二 半导体二极管

二极管的结构和类型

1.二极管的结构

 

 

                                      图6-9 二极管的结构和符号

2.二极管的分类

1）点接触型

点接触型二极管PN结的面积小，极间电容也小，因而不能承受高的反向电压和大的正向电流，适用于高频检波、脉冲数字电路里的开关元件或小电流的整流管。

2）面接触型

面接触型二极管PN结的面积大，可以通过较大一些的电流，但同时极间电容也大，适用于低频及整流电路。

3.二极管的伏安特性

1）正向偏置

当二极管的阳极加高电位，阴极加低电位时，二极管正向偏置，此时二极管产生正向电流。但当正向电压较低，外电场不足以克服PN结内电场对多数载流子扩散运动造成的阻力，这时二极管的正向电流很小，呈现较大的电阻，这个区域被称为死区。通常，硅二极管的死区电压约为0.5 V，锗二极管的死区电压约为0.2 V。只有当正向电压超出死区电压值时，外电场抵消了内电场，二极管开始导通，正向电流随外加电压的增加而明显增大，正向电阻变得很小，正向电流开始急剧增大时所对应的正向电压称为正向压降。当二极管完全导通后，正向电压降基本维持不变，称为二极管正向导通压降，一般硅二极管为0.7 V，锗二极管为0.3 V。

2）反向偏置

当外加电压使二极管的阳极电位小于阴极电位时，二极管反向偏置，外电场与内电场方向一致，只有少数载流子的漂移运动，形成的反向电流极小，且几乎不随电压的增大而增大，此电流值称为反向饱和电流。此时二极管呈现很高的电阻，近似于截止状态。一般硅二极管的饱和电流为几微安以下，锗二极管较大，通常为几十到几百微安。这种特性称为反向截止特性。

3）反向击穿特性

当反向电压增大到一定数值时，由于外电场过强，会使反向电流急剧增加，二极管失去单向导电性，这种现象称为二极管的反向击穿。

4.二极管的主要参数

1）最大整流电流IFM

2）最大反向工作电压URM

3）最大反向电流IRM

4）最高工作频率fM

5.二极管在实际电路中的应用

1）整流

所谓整流就是将交流电变为单方向脉动的直流电。

2）钳位

利用二极管正向导通时压降很小的特性，可组成钳位电路。

3）限幅

所谓限幅就是将电路的输出电压限制在某一数值之下。利用理想二极管正向导通后其两端电压很小且基本不变的特性，可以构成各种限幅电路，使输出电压限制在某一电压值以内。

4）元件保护

 

              图6-17 二极管保护电路

6.二极管的使用常识

1）二极管的选用原则

（1）保证选用的二极管型号所对应的参数能满足实际电路的要求。

（2）一般情况下整流电路首选稳定性好的硅管，高频检波电路才选锗管。

2）二极管引脚识别

二极管阳极、阴极一般在二极管的管壳上有识别标记，对于极性不明的二极管，可用万用表的电阻挡通过测量二极管的正反向电阻值来判别其阳极和阴极。一般采用万用表电阻挡的R×1k或R×100挡。若测得的电阻值较小（指针的偏转角大于1/2）时，则说明二极管在万用表内置电池的偏置下正向导通，此时黑表笔接触的一端为二极管的阳极，红表笔接触的一端为二极管的阴极；若测得的电阻值很大（指针的偏转角小于1/4）时，则黑表笔接触的一端为二极管的阴极，红表笔接触的一端为二极管的阳极。

〖补充知识〗

1.稳压二极管

稳压管的主要参数如下。

（1）稳定电压UZ。稳压二极管反相击穿后的稳定工作电压值。

（2）稳定电流IZ。工作电压等于稳定电压时的工作电流，是稳压二极管工作时的电流值，若实际电流低于此值时稳压效果变坏，只要不超过稳压管的额定功率，电流越大，稳压效果越好。

（3）最大稳定电流IZM。稳压二极管允许通过的最大反向电流。

（4）动态电阻rZ。稳压二极管正常工作时，其电压的变化量与相应电流变化量的比值。动态电阻越小，稳压效果越好。

（5）最大允许耗散功率PZM。管子不致发生热击穿而损坏的最大功率损耗，它等于最大稳定电流与相应稳定电压的乘积。

2.发光二极管

发光二极管简称LED，是由镓（Ga）、砷（As）、磷（P）等化合物制成的。经常使用的发红光、绿光、黄光的发光二极管，管脚引线较长者为正极，较短者为负极，开启电压范围为1.5～2.3 V。为使二极管工作稳定，其两端电压一般应在5 V以下。

3.光敏二极管

光敏二极管在电路中一般处于反向工作状态，在没有光照时，其反向电阻很大，管子中只有很小的电流；当有光照时，其反向电阻大大减小，反向电流也随之增加。显然电流的大小和光照的强度有关，光照越强，电流也越大。光敏二极管主要用于光电继电器、触发器及光电转换的自动测控系统中。