二極體原理

1.結構
在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極體。二極體按結構分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。
(1) 點接觸型二極體--PN結面積小，結電容小，用於檢波和變頻等高頻電路。
(2) 面接觸型二極體--PN結面積大，用於工頻大電流整流電路。
(3) 平面型二極體-往往用於集成電路製造工藝中。PN結面積可大可小，用於高頻整流和開關電路中。
2. 伏安特性及主要參數
(1)伏安特性曲線
P半導體二極體的伏安特性曲線如圖4-10所示。處於第一象限的是正向伏安特性曲線，處於第三象限的是反向伏安特性曲線。

圖4-.10 二極體的伏安特性曲線
●　正向特性
當U>0，即處於正向特性區域。正向區又分為兩段：
當0
當U>Uth時，開始出現正向電流，並按指數規律增長。
硅二極體的死區電壓Uth=0.5 V左右， 鍺二極體的死區電壓Uth=0.1 V左右。
● 反向特性
當U
當UBR
(2)主要參數
① 最大整流電流ID:二極體長期連續工作時，允許通過二極體的最大正向平均電流。
② 反向工作峰值電壓URWN：保證二極體不被反向擊穿而規疾的電壓。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：是二極體加上反向工作峰值時的反向飽和電流。硅二極體的反向電流一般在納安(nA)級;鍺二極體在微安(mA)級。
4.3.1 半導體二極體的結構類型
在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極體。二極體按結構分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。它們的結構示意圖如圖01.11(a)、(b)、(c)所示。
(1) 點接觸型二極體——PN結面積小，結電容小，用於檢波和變頻等高頻電路。
(2) 面接觸型二極體——PN結面積大，用於工頻大電流整流電路。
(3) 平面型二極體—往往用於集成電路製造工藝中。PN結面積可大可小，用於高頻整流和開關電路中。

圖01.11 二極體的結構示意圖
4.3.2 半導體二極體的伏安特性曲線
半導體二極體的伏安特性曲線如圖01.12所示。處於第一象限的是正向伏安特性曲線，處於第三象限的是反向伏安特性曲線。根據理論推導，二極體的伏安特性曲線可用下式表示

式中IS 為反向飽和電流，V 為二極體兩端的電壓降，VT =kT/q 稱為溫度的電壓當量，k為玻耳茲曼常數，q 為電子電荷量，T 為熱力學溫度。對於室溫(相當T=300 K)，則有VT=26 mV。

圖01.12 二極體的伏安特性曲線
(1) 正向特性
當V>0，即處於正向特性區域。正向區又分為兩段：
當0
當V>Vth時，開始出現正向電流，並按指數規律增長。
硅二極體的死區電壓Vth=0.5 V左右，
鍺二極體的死區電壓Vth=0.1 V左右。
(2) 反向特性
當V
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，硅二極體和鍺二極體的特性有所不同。硅二極體的反向擊穿特性比較硬、比較陡，反向飽和電流也很小;鍺二極體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，硅二極體若|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，有可能獲得零溫度係數點。
1.3.3 半導體二極體的參數
半導體二極體的參數包括最大整流電流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和結電容Cj等。幾個主要的參數介紹如下：
(1) 最大整流電流IF——二極體長期連續工作時，允許通過二極體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——二極體反向電流急劇增加時對應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，在規疾的反向電壓下，一般是最大反向工作電壓下的反向電流值。硅二極體的反向電流一般在納安(nA)級;鍺二極體在微安(uA)級。
(4) 正向壓降VF——在規疾的正向電流下，二極體的正向電壓降。小電流硅二極體的正向壓降在中等電流水平下，約0.6～0.8 V;鍺二極體約0.2～0.3 V。
(5)動態電阻rd——反映了二極體正向特性曲線斜率的倒數。顯然， rd與工作電流的大小有關，即
rd =△VF /△IF
1.3.4 半導體二極體的溫度特性
溫度對二極體的性能有較大的影響，溫度升高時，反向電流將呈指數規律增加，如硅二極體溫度每增加8℃，反向電流將約增加一倍;鍺二極體溫度每增加12℃，反向電流大約增加一倍。另外，溫度升高時，二極體的正向壓降將減小，每增加1℃，正向壓降VF(Vd)大約減小2 mV，即具有負的溫度係數。這些可以從圖01.13所示二極體的伏安特性曲線上看出。



圖01.13 溫度對二極體伏安特性曲線的影響
4.3.5 半導體二極體的型號
國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：



4.3.6 穩壓二極體