二極管的分類與特性參數(shù)(精)

二極管的分類與特性參數(shù)(精)二極管的分類與參數(shù)一、半導(dǎo)體二極管1.1二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管簡稱二極管，由一個PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線和管殼構(gòu)成，其基本結(jié)構(gòu)和符號如圖1所示。引線引線外殼線觸絲線基片PN結(jié)二極管的電路符號：PN陽極陰極點接觸型面接觸型圖1二極管的結(jié)構(gòu)及符號1.2二極管的分類1、根據(jù)所用的半導(dǎo)體材料不同，可分為鍺二極管和硅二極管。2、按照管芯結(jié)構(gòu)不同，可分為：（1）點接觸型二極管由于它的觸絲與半導(dǎo)體接觸面很小，只允許通過較小的電流（幾十毫安以下），但在高頻下工作性能很好，適用于收音機(jī)中對高頻信號的檢波和微弱交流電的整流，如國產(chǎn)的鍺二極管2AP系列、2AK系列等。（2）面接觸型二極管面接觸型二極管PN結(jié)面積較大，并做成平面狀，它可以通過較大了電流，適用于對電網(wǎng)的交流電進(jìn)行整流。如國產(chǎn)的2CP系列、2CZ系列的二極管都是面接觸型的。（3）平面型二極管它的特點是在PN結(jié)表面被覆一層二氧化硅薄膜，避免PN結(jié)表面被水分子、氣體分子以及其他離子等沾污。這種二極管的特性比較穩(wěn)定可靠，多用于開關(guān)、脈沖及超高頻電路中。國產(chǎn)2CK系列二極管就屬于這種類型。3、根據(jù)管子用途不同，可分為整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、光電二極管及發(fā)光二極管等。1.3二極管的特性向電壓小于0.1，硅二極管正向電壓小于0.5V的區(qū)域稱為死區(qū)。而將0.1V稱為鍺二極管的死區(qū)電壓（又稱門檻電壓），0.5V稱為硅二極管的死區(qū)電壓，通常用符號UON表示。當(dāng)正向電壓超過門檻電壓時，二極管正向電流急劇增大，二極管呈現(xiàn)很小電阻而處于導(dǎo)通狀態(tài)。硅管的正向?qū)妷杭s為0.6～0.7V，鍺管約為0.2～0.3V。2．在反向電壓的作用下，當(dāng)反向電壓不大時，反向電流隨反向電壓的增大而稍有增大，但變化極微小。當(dāng)反向電壓超過某一值時，反向電流急劇增大。我們稱此物理現(xiàn)象為雪崩擊穿（avalanchebreakdown）。出現(xiàn)擊穿的外加電壓值，稱為擊穿電壓。還有一種擊穿叫齊納擊穿（zenerbreakdown），它的擊穿電壓不高，不致造成PN結(jié)內(nèi)部過熱以致燒毀，這種現(xiàn)象是可逆的，即當(dāng)外加電壓撤除后，器件的特性可以恢復(fù)。齊納擊穿大多數(shù)出現(xiàn)在特殊二極管中，如穩(wěn)壓二極管。UUI死區(qū)電壓硅管0.5V,鍺管0.1V。導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.8V,鍺管0.1~0.3V。反向擊穿電壓UBR正向特性反向特性反向飽和電流Is圖1-2-二極管方程：1.4主要參數(shù)二極管參數(shù)是反映二極管性能質(zhì)量的指標(biāo)，使用時必須根據(jù)二極管的參數(shù)合理選用。1、最大整流電流IDM二極管長期工作時，允許流過二極管的最大正向平均電流。2、最大反向工作電壓URM二極管正常使用時允許加的最高反向電壓值。超過此值，二極管將有擊穿的危險。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。3、最大反向電流IRM指二極管加最大反向工作電壓時的反向飽和電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆睿虼朔聪螂娏髟叫≡胶?。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。4、最高工作頻率fM保持二極管單向?qū)ㄐ阅軙r，外加電壓允許的最高頻率。使用時如果超過此值，二極管的單向?qū)щ娦阅懿荒芎芎皿w現(xiàn)。二極管工作頻率與PN結(jié)的極間電容大小相關(guān)，電容越小，工作頻率越高。5、二極管的極間電容二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：勢壘電容CB和擴(kuò)散電容CD。勢壘電容：由PN結(jié)的空間電荷區(qū)形成的，又稱結(jié)電容。擴(kuò)散電容：由多數(shù)載流子在擴(kuò)散過程中的積累而引起的。在P區(qū)有電子的積累，在N區(qū)有空穴的積累。CB在正向和反向偏置時均不能忽略。而反向偏置時，由于載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容可忽略。正向電流大，積累的電荷多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容CD。PN結(jié)高頻小信號時的等效電路：rrd勢壘電容CB和擴(kuò)散電容CD的綜合效應(yīng)C圖1-2-10二極管的極間電容PN結(jié)正向偏置時，rd很小，C較大（主要取決于CD);PN結(jié)反向偏置時，rd很大，C較?。ㄖ饕Q于CB).二極管模型UDUDrD圖1-2-硅管：死區(qū)電壓UT=0.5V，管壓降UD＝0.6～0.7V；鍺管：死區(qū)電壓UT=0.1V，管壓降UD＝0.2～0.3V。理想二極管：UT=0，UD＝0，rD＝0二、穩(wěn)壓二極管二極管工作在反向擊穿狀態(tài)時，盡管流經(jīng)二極管的電流可以在較大范圍變化，但二極管的反向電壓卻基本不變。穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管，也是一個二極管，外形也相似。因為具有穩(wěn)壓作用，故稱為穩(wěn)壓管。2.1穩(wěn)壓二極管的擊穿方式二極管的反向擊穿

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二極管處于反向偏置時，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過PN結(jié)的電流很小，但電壓超過某一數(shù)值時，反向電流急劇增加，這種現(xiàn)象我們就稱為反向擊穿。二極管的正向擊穿方式可分為雪崩擊穿和齊納擊穿兩種方式。齊納擊穿：高摻雜情況下，耗盡層很窄，宜于形成強(qiáng)電場，而破壞共價鍵，使價電子脫離共價鍵束縛形成電子－空穴對，致使電流急劇增加。雪崩擊穿：如果摻雜濃度較低，不會形成齊納擊穿，而當(dāng)反向電壓較高時，能加快少子的漂移速度，從而把電子從共價鍵中撞出，形成雪崩式的連鎖反應(yīng)。上述兩種過程屬電擊穿，是可逆的，當(dāng)加在穩(wěn)壓管兩端的反向電壓降低后，管子仍可恢復(fù)原來的狀態(tài)。但它有一個前提條件，即反向電流和反向電壓的乘積不超過PN結(jié)容許的耗散功率，超過了就會因為熱量散不出去而使PN結(jié)溫度上升，直到過熱而燒毀，這屬于熱擊穿。2.2穩(wěn)壓二極管的參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓UZ即反向擊穿電壓，它是穩(wěn)壓管正常工作時管子兩端的電壓。由于工藝的原因，即時同一型號的穩(wěn)壓管，UZ的值也不一定相同，半導(dǎo)體手冊給出的UZ是一個范圍，但對于一個具體的穩(wěn)壓管，UZ是一個確定值。（2）電壓溫度系數(shù)Z反映穩(wěn)定電壓值受溫度影響的參數(shù)，表示溫度每升高1℃時穩(wěn)定電壓值的相對變化量。硅穩(wěn)壓管低于4V時具有負(fù)溫度系數(shù)，高于7V時具有正的溫度系數(shù)，在4V～7V之間，Z很小。穩(wěn)定性要求較高的場合，一般采用4V～（3）動態(tài)電阻rZ反向擊穿狀態(tài)下，穩(wěn)壓管兩端電壓變化量和相應(yīng)的通過管子電流變化量之比。rZ的大小反映穩(wěn)壓管性能的優(yōu)劣。rZ越小，穩(wěn)壓性能越好。（4）穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。穩(wěn)定電流IZ是穩(wěn)壓管正常工作時的電流參考值。實際電流低于此值，穩(wěn)壓效果略差，高于此值只要不超過最大穩(wěn)定電流Izmax，電流越大，穩(wěn)壓效果越好，但管子的功耗將增加。最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin分別指穩(wěn)壓管具有正常穩(wěn)壓作用時的最大工作電流和最小工作電流。－－穩(wěn)壓誤差曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。IIZIZmaxUZUZ+U圖2穩(wěn)壓二極管特性（5）最大允許功耗穩(wěn)壓管不產(chǎn)生擊穿的最大功率損耗，是由管子的溫升決定的參數(shù)。三、發(fā)光二極管、光電二極管和變?nèi)荻O管發(fā)光二極管通常用元素周期表中Ⅲ、Ⅴ族元素的化合物，如砷化鎵、磷化鎵光電二極管光電二極管發(fā)光二極管反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升，可將光信號轉(zhuǎn)換為電信號圖1-2-16光電二極管圖1-2-17發(fā)光二極管等所制成的，當(dāng)這種管子通以電流時將發(fā)出光來，這是由于電子與空穴直接復(fù)合而放出能量的結(jié)果。光電二極管的結(jié)構(gòu)與PN結(jié)二極管類似，但在它的PN結(jié)處，通過管殼上的一個玻璃窗口能接收外部的光照。這種器件的PN結(jié)在反向偏置狀態(tài)下運(yùn)行，它的反向電流隨光