半导体二极管

一、简介

将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了半导体二极管，简称二极管。

• P区引出的电极为阳极，N区引出的电极为阴极。
  二极管的三种常见结构：点接触型二极管、面接触型二极管和平面二极管如图所示。
  

（a）点接触型

• 接触面小，不能流过大电流。
• 结电容小，一般在1pF以下，工作频率可以工作在100MHz以上。
• 适用于高频电路和小功率整流。

（b）面接触型

• 结面积大，能够流过较大的电流。
• 结电容大，工作频率不能太高。
• 一般仅用作整流管。

（c）平面型

• 结面积较大的可以用于大功率整流。
• 结面积小的课作为脉冲数字电路中的开关管。

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二、二极管伏安特性

与PN结一样，二极管具有单向导电性，但由于封装的物理特性原因，其单向导电性降低。二极管的伏安特性曲线如图所示。可以看出环境温度对二极管的特性有所影响。根据经验，在室温附近，温度每升高1℃，正向压降减小2~2.5mV；温度每升高10℃，反向电流约增大一倍。

• 常用的两种材料硅（Si）与锗（Ge）制成的二极管比较。

材料	开启电压Uon/V	导通电压	反向饱和电流Is/uA
硅（Si）	~=0.5	0.6~0.8	<0.1
锗（Ge）	~=0.1	0.1~0.3	几十

• 二极管的主要参数
  （1）最大整流电流I_F
  I_F是二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。在规定散热条件下，二极管正向平均电流若超过此值，则将因结温升过高而烧坏。
  （2）最高反向工作电压U_R
  U_R是二极管工作时允许外加的最大反向电压，超过此值时，二极管可能因反向击穿而损坏。通常U_R为击穿电压U_（BR）的一半。
  （3）反向电流I_R
  I_R是二极管未击穿时的反向电流。I_R愈小，二极管的单向导电性愈好，I_R对温度非常敏感。
  （4）最高工作频率f_M
  f_M是二极管工作的上限截止频率。超过此值时，由于结电容的作用，二极管将不能很好的体现单向导电性。

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三、二极管常见种类

1、稳压二极管
稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。稳压管在反向击穿时，在一定范围内（或者说在一定的功率损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性。因而广泛应用于稳压电源与限幅电路之中。

• 稳压管的伏安特性
  稳压管的伏安特性与普通二极管类似。如图所示。
  
• 稳压管的主要参数
  （1）稳定电压U_Z
  U_Z是在规定电流下稳压管的反向击穿电压。
  （2）稳定电流I_Z
  I_Z是稳压管工作在稳压状态时的参考电流，电流低于此值时稳压效果变坏，甚至根本不稳压，故也常将I_Z记作I_Zmin。
  （3）额定功耗P_ZM
  P_ZM等于稳压管的稳定电压U_Z与最大稳定电流I_ZM（或记作I_Zmax）的乘积。稳压管的功耗超过此值时，会因结温升过高而损坏。
  只要不超过稳压管的额定功耗，电流愈大，稳压效果愈好。
  （4）动态电阻r_z
  r_z是稳压管工作在稳压区时，端电压变化量与其电流变化量之比，即r_z=ΔU_Z/ΔI_Z。r_z愈小，电流变化时U_Z的变化愈小，即稳压管的稳压特性愈好。
  （5）温度系数α
  α表示温度每变化1℃稳压值的变化量，即α= ΔU_Z/ΔT稳定电压小于4V的管子具有负温度系数(属于齐纳击穿)，即温度升高时稳定电压值下降;稳定电压大于7 V的管子具有正温度系数(属于雪崩击穿)，即温度升高时稳定电压值上升;而稳定电压在4~7V之间的管子，温度系数非常小，近似为零(齐纳击穿和雪崩击穿均有)。
  2、其他二极管
  例如发光二极管、光电二极管等。

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