晶體二極體的結構及伏安特性特性詳解

晶體二極體的結構及伏安特性特性詳解
二極體的結構與伏安特性

晶體二極體也稱半導體二極體，它是在PN結上加接觸電極、引線和管殼封裝而成的。按其結構，通常有點接觸型和面結型兩類。常用符號如圖Z0107中V、VD（本資料用D）來表示。 　　 　　　　　　　　　　
點接觸型適用於工作電流小、工作頻率高的場合；（如圖Z0108）
面結合型適用於工作電流較大、工作頻率較低的場合；（如圖Z0109）
平面型適用於工作電流大、功率大、工作頻率低的場合。（如圖Z0110）

按使用的半導體材料分，有硅二極體和鍺二極體；按用途分，有普通二極體、整流二極體、檢波二極體、混頻二極體、穩壓二極體、開關二極體、光敏二極體、變容二極體、光電二極體等。
二極體是由一個PN結構成的，它的主要特性就是單嚮導電性，通常主要用它的伏安特性來表示。
二極體的伏安特性是指流過二極體的電流iD與加於二極體兩端的電壓uD之間的關係或曲線。用逐點測量的方法測繪出來或用晶體管圖示儀顯示出來的U～I曲線，稱二極體的伏安特性曲線。圖Z0111 是二極體的伏安特性曲線示意圖，依此為例說明其特性。

一、正向特性
由圖可以看出，當所加的正向電壓為零時，電流為零；當正向電壓較小時，由於外電場遠不足以克服PN結內電場對多數載流子擴散運動所造成的阻力，故正向電流很小（幾乎為零），二極體呈現出較大的電阻。這段曲線稱為死區。
當正向電壓升高到一定值Uγ（Uth ）以後內電場被顯著減弱，正向電流才有明顯增加。Uγ 被稱為門限電壓或閥電壓。Uγ視二極體材料和溫度的不同而不同，常溫下，硅管一般為0.5V左右，鍺管為0.1V左右。在實際應用中，常把正向特性較直部分延長交於橫軸的一點，定為門限電壓Uγ的值，如圖中虛線與U軸的交點。
當正向電壓大於Uγ以後，正向電流隨正向電壓幾乎線性增長。把正向電流隨正向電壓線性增長時所對應的正向電壓，稱為二極體的導通電壓，用UF來表示。通常，硅管的導通電壓約為0.6～0.8V （一般取為0.7V），鍺管的導通電壓約為0.1～0.3V （一般取為0.2V）。
二、反向特性
當二極體兩端外加反向電壓時，PN結內電場進一步增強，使擴散更難進行。這時只有少數載流子在反向電壓作用下的漂移運動形成微弱的反向電流IR。反向電流很小，且幾乎不隨反向電壓的增大而增大（在一定的範圍內），如圖Z0111中所示。但反向電流是溫度的函數，將隨溫度的變化而變化。常溫下，小功率硅管的反向電流在nA數量級，鍺管的反向電流在μA數量級。
三、反向擊穿特性
當反向電壓增大到一定數值UBR時，反向電流劇增，這種現象稱為二極體的擊穿，UBR（或用VB表示）稱為擊穿電壓，UBR視不同二極體而定，普通二極體一般在幾十伏以上且硅管較鍺管為高。
擊穿特性的特點是，雖然反向電流劇增，但二極體的端電壓卻變化很小，這一特點成為製作穩壓二極體的依據。
四、二極體伏安特性的數學表達式
由理論分析可知，二極體的伏安特性可近似用下面的數學表達式來表示：

式中，iD為流過二極體的電流，uD。為加在二極體兩端的電壓，VT稱為溫度的電壓當量，與熱力學溫度成正比，表示為
VT = kT／q其中T為熱力學溫度，單位是K；q是電子的電荷量，；k為玻耳茲曼常數，室溫下，可求得VT = 26mV。IR（sat）是二極體的反向飽和電流。
五、溫度對二極體伏安特性的影響
二極體是溫度的敏感器件，溫度的變化對其伏安特性的影響主要表現為：隨著溫度的升高，其正向特性曲線左移，即正向壓降減小；反向特性曲線下移，即反向電流增大。一般在室溫附近，溫度每升高1°C，其正向壓降減小2～2.5mV；溫度每升高10°C：，反向電流大約增大1倍左右。
綜上所述，二極體的伏安特性具有以下特點：
① 二極體具有單嚮導電性；
② 二極體的伏安特性具有非線性；
③ 二極體的伏安特性與溫度有關。