二極管又稱晶體二極管,簡稱二極管(diode)，另外，還有早期的真空電子二極管;它是一種具有單向傳導電流的電子器件。在半導體二極管內(nèi)部有一個PN結(jié)兩個引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的轉(zhuǎn)導性。一般來講，晶體二極管是一個由p型半導體和n型半導體燒結(jié)形成的p-n結(jié)界面。在其界面的兩側(cè)形成空間電荷層，構(gòu)成自建電場。當外加電壓等于零時，由于p-n 結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的二極管特性。

1.結(jié)構(gòu)

在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。

(1) 點接觸型二極管--PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。

(2) 面接觸型二極管--PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。

(3) 平面型二極管-往往用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。

2. 伏安特性及主要參數(shù)

(1)伏安特性曲線

P半導體二極管的伏安特性曲線如圖4-10所示。處于第一象限的是正向伏安特性曲線，處于第三象限的是反向伏安特性曲線。

圖4-.10 二極管的伏安特性曲線

●　正向特性

當U>0，即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段：

當0

當U>Uth時，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長。

硅二極管的死區(qū)電壓Uth=0.5 V左右， 鍺二極管的死區(qū)電壓Uth=0.1 V左右。

● 反向特性

當U<0時，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個區(qū)域：

當UBR

(2)主要參數(shù)

① 最大整流電流ID:二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大正向平均電流。

② 反向工作峰值電壓URWN：保證二極管不被反向擊穿而規(guī)定的電壓。在實際工作時，定為反向擊穿電壓的一半。

③ 反向峰值電流IRM：是二極管加上反向工作峰值時的反向飽和電流。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級;鍺二極管在微安(mA)級。

4.3.1 半導體二極管的結(jié)構(gòu)類型

在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。它們的結(jié)構(gòu)示意圖如圖01.11(a)、(b)、(c)所示。

(1) 點接觸型二極管&mdash;—PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。

(2) 面接觸型二極管——PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。

(3) 平面型二極管—往往用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。

圖01.11 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖

4.3.2 半導體二極管的伏安特性曲線

半導體二極管的伏安特性曲線如圖01.12所示。處于第一象限的是正向伏安特性曲線，處于第三象限的是反向伏安特性曲線。根據(jù)理論推導，二極管的伏安特性曲線可用下式表示

式中IS 為反向飽和電流，V 為二極管兩端的電壓降，VT =kT/q 稱為溫度的電壓當量，k為玻耳茲曼常數(shù)，q 為電子電荷量，T 為熱力學溫度。對于室溫(相當T=300 K)，則有VT=26 mV。

圖01.12 二極管的伏安特性曲線

(1) 正向特性

當V>0，即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段：

當0

當V>Vth時，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長。

硅二極管的死區(qū)電壓Vth=0.5 V左右，

鍺二極管的死區(qū)電壓Vth=0.1 V左右。

(2) 反向特性

當V<0時，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個區(qū)域：

當VBR

當V≥VBR時，反向電流急劇增加，VBR稱為反向擊穿電壓。

在反向區(qū)，硅二極管和鍺二極管的特性有所不同。硅二極管的反向擊穿特性比較硬、比較陡，反向飽和電流也很小;鍺二極管的反向擊穿特性比較軟，過渡比較圓滑，反向飽和電流較大。從擊穿的機理上看，硅二極管若|VBR|≥7 V時，主要是雪崩擊穿;若VBR≤4 V則主要是齊納擊穿，當在4 V～7 V之間兩種擊穿都有，有可能獲得零溫度系數(shù)點。

1.3.3 半導體二極管的參數(shù)

半導體二極管的參數(shù)包括最大整流電流IF、反向擊穿電壓VBR、最大反向工作電壓VRM、反向電流IR、最高工作頻率fmax和結(jié)電容Cj等。幾個主要的參數(shù)介紹如下：

(1) 最大整流電流IF——二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大整流電流的平均值。

(2) 反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓VRM——二極管反向電流急劇增加時對應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓VBR。為安全計，在實際工作時，最大反向工作電壓VRM一般只按反向擊穿電壓VBR的一半計算。

(3) 反向電流IR——在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下，一般是最大反向工作電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級;鍺二極管在微安(uA)級。

(4) 正向壓降VF——在規(guī)定的正向電流下，二極管的正向電壓降。小電流硅二極管的正向壓降在中等電流水平下，約0.6～0.8 V;鍺二極管約0.2～0.3 V。

(5)動態(tài)電阻rd——反映了二極管正向特性曲線斜率的倒數(shù)。顯然， rd與工作電流的大小有關(guān)，即

rd =△VF /△IF

1.3.4 半導體二極管的溫度特性

溫度對二極管的性能有較大的影響，溫度升高時，反向電流將呈指數(shù)規(guī)律增加，如硅二極管溫度每增加8℃，反向電流將約增加一倍;鍺二極管溫度每增加12℃，反向電流大約增加一倍。另外，溫度升高時，二極管的正向壓降將減小，每增加1℃，正向壓降VF(Vd)大約減小2 mV，即具有負的溫度系數(shù)。這些可以從圖01.13所示二極管的伏安特性曲線上看出。

圖01.13 溫度對二極管伏安特性曲線的影響

4.3.5 半導體二極管的型號

國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：

4.3.6 穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊硅二極管。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線與硅二極管的伏安特性曲線完全一樣，穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線的反向區(qū)、符號和典型應(yīng)用電路如圖01.14所示。

(a) 符號 (b) 伏安特性 (c) 應(yīng)用電路

圖01.14 穩(wěn)壓二極管的伏安特性

從穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線上可以確定穩(wěn)壓二極管的參數(shù)。

(1) 穩(wěn)定電壓VZ ——在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。

(2)動態(tài)電阻rZ——其概念與一般二極管的動態(tài)電阻相同，只不過穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻是從它的反向特性上求取的。 RZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。

rz =△VZ /△IZ

(3)最大耗散功率 PZM ——穩(wěn)壓管的最大功率損耗取決于PN結(jié)的面積和散熱等條件。反向工作時，PN結(jié)的功率損耗為 PZ= VZ IZ，由 PZM和VZ可以決定IZmax。

(4)最大穩(wěn)定工作電流IZMAX 和最小穩(wěn)定工作電流IZMIN ——穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率，即PZmax =VZIZmax 。而Izmin對應(yīng)VZmin。 若IZ

(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù) —&mdash;溫度的變化將使VZ改變，在穩(wěn)壓管中，當丨VZ丨 >7 V時，VZ具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿。

當丨VZ丨<4 V時， VZ具有負溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。

當4 V<丨VZ丨 <7 V時，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標準穩(wěn)壓管使用。

穩(wěn)壓二極管在工作時應(yīng)反接，并串入一只電阻。

電阻的作用一是起限流作用，以保護穩(wěn)壓管;其次是當輸入電壓或負載電流變化時，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。