第二节半导体二极管

第二节半导体二极管 一基本结构和表示符号在一个PN结的P区和N区各接出一条引线，然后再封装在管壳内，就制成一只晶体二极管。 P区引出线叫正极（或阳极）N区引出端叫负极（阴极）

它的符号为： 半导体二极管又称晶体二极管，简称二极管。二极管按其结构的不同可以分为点接触型和面接触型两类。点接触型二极管的结构，如图1.4（a）所示。这类管子的PN结面积和极间电容均很小，不能承受高的反向电压和大电流，因而适用于制做高频检波和脉冲数字电路里的开关元件，以及作为小电流的整流管。面接触型二极管或称面结型二极管，其结构如图1.4（b）所示。这种二极管的PN结面积大，可承受较大的电流，其极间电容大，因而适用于整流，而不宜用于高频电路中。

图1.4半导体二极管的结构及符号 （a）点接触型结构;（b）面接触型结构;

二伏安特性 根据制造材料的不同，二极管可分为硅、锗两大类。相应的伏安特性也分为两类。图1.5（a）所示为硅二极管的伏安特性;图1.5（b）所示为锗二极管的伏安特性。现以图1.5（a）所示硅二极管为例来分析二极管的伏安特性。

图1.5 二极管的伏安特性 （a）硅二极管2CP6;

D E 图1.5 二极管的伏安特性 （b）锗二极管2AP15

1）正向特性 0A段：称为“死区”。ＡＢ段：称为正向导通区。 2）反向特性 0Ｄ段：称为反向截止区。这时二极管呈现很高的电阻，在电路中相当于一个断开的开关，呈截止状态。ＤＥ段：称为反向击穿区。当反向电压增加到一定值时，反向电流急剧加大，这种现象称为反向击穿。发生击穿时所加的电压称为反向击穿电压，记做ＵB。

普通二极被击穿后，不能恢复，失去单向导电性，将造成永久性损坏。普通二极被击穿后，不能恢复，失去单向导电性，将造成永久性损坏。理想二极管：外加正向电压时，正向电压降和正向电阻等于零，相当于开关闭合；外加反向电压时，二极管截止，相当于开关断开。 

三半导体二极管的主要参数 二极管的参数是定量描述二极管性能的质量指标，只有正确理解这些参数的意义，才能合理、正确地使用二极管。 1. 最大整流电流IF 最大整流电流是指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。因为电流通过ＰＮ结时要引起管子发热。电流太大，发热量超过限度，就会使ＰＮ结烧坏。例如２ＡＰ１最大整流电流为１６mA。

2. 最高反向工作电压URM 是保证二极管不被击穿所允许施加的最大反向电压。一般规定为反向击穿电压的一半或三分之二。 3. 最大反向电流IRM 指二极管加上最高反向工作电压时的反向电流。希望该值越小越好。二极管的参数是正确使用二极管的依据，一般半导体器件手册中都给出不同型号管子的参数。在使用时，应特别注意不要超过最大整流电流和最高反向工作电压，否则管子容易损坏。

四、二极管基本电路及其应用 1、整流应用：如下图

2、钳位应用 例1-1在如下图所示的电路中，已知输入端A的电位为 UA＝3V，B的电位UB＝0V，通过电阻R连接－12V电源，求输出端电位UF。钳位作用隔离作用

解：因为UA>UB,所以二极管D1优先导通，设二极管为理想元件，则输出端F的电位为UF＝3V。当D1导通后，D2上加的是反向电压，D2因而截止。 在这里，二极管D1起钳位作用，把F端的电位钳位在3V；D2起隔离作用，把输入端B和输出端F隔离开来。 3、限幅应用

例1.2 在上图中，已知输入电压，电源电动势E＝5V，二极管为理想元件，试画出输出电压的波形。解：当ui≥E 时，D导通其等效电路为：当ui<E时，D截止其等效电路为：

4、稳压应用 5、开关应用 6、特殊二极管特殊用途的二极管在电子设备中早已得到广泛的应用，这里简单介绍几种特殊用途的二极管。 （1）稳压二极管：是一种特殊的面接触型硅管，工作在反向击穿区。

1）稳压特性 稳压二极管的伏安特性曲线、图形符号及稳压管电路如图1.10所示，它的正向特性曲线与普通二极管相似，而反向击穿特性曲线很陡。在正常情况下稳压管工作在反向击穿区，由于曲线很陡，反向电流在很大范围内变化时，端电压变化很小，因而具有稳压作用。图中的UB表示反向击穿电压，当电流的增量ΔIZ很大时，只引起很小的电压变化ΔUZ。只要反向电流不超过其最大稳定电流，就不会形成破坏性的热击穿。因此，在电路中应与稳压管串联一个具有适当阻值的限流电阻。

阳极阴极图1.10 稳压管的伏安特性曲线、图形符号及稳压管电路 （a）伏安特性曲线;（b）图形符号;（c）稳压管电路

2）基本参数 （1）稳定电压UZ是指在规定的测试电流下，稳压管工作在击穿区时的稳定电压。（2）稳定电流IZ是指稳压管在稳定电压时的工作电流，其范围在IZmin～IZmax之间。（3）最小稳定电流IZmin是指稳压管进入反向击穿区时的转折点电流。（4）最大稳定电流IZmax是指稳压管长期工作时允许通过的最大反向电流，其工作电流应小于IZmax。（5）最大耗散功率PM是指管子工作时允许承受的最大功率，其值为PM=IZmax·UZ。 （6）动态电阻rZ。它被定义为rZ=ΔUZ/ΔIZ。

2. 光电二极管 光电二极管的结构与普通二极管的结构基本相同，只是在它的ＰＮ结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。光电二极管的ＰＮ结在反向偏置状态下运行，其反向电流随光照强度的增加而上升。图１.１１（ａ）是光电二极管的图形符号，图（b）是它的特性曲线。光电二极管的主要特点是其反向电流与光照度成正比。能将光信号转变为电信号输出。光电二极管可用来作为光控元件。当制成大面积的光电二极管时，能将光能直接转换为电能，可作为一种能源，因而称为光电池。

图1.11 光电二极管 （ａ）图形符号; （b）特性曲线

3. 发光二极管 发光二极管是一种能把电能转换成光能的特殊器件。这种二极管不仅具有普通二极管的正、反向特性，而且当给管子施加正向偏压时，管子还会发出可见光和不可见光（即电致发光）。目前应用的有红、黄、绿、蓝、紫等颜色的发光二极管。此外，还有变色发光二极管，即当通过二极管的电流改变时，发光颜色也随之改变。图1.12（a）所示为发光二极管的图形符号。发光二极管常用来作为显示器件，它的另一个重要的用途是将电信号变为光信号，通过光缆传输，然后再用光电二极管接收，再现电信号。

图1.12 发光二极管 （a）图形符号; （b）光电传输系统

P24 4、 • 在如图所示的各个电路中，己知直流电压＝3V，电阻R＝1KΩ，二极管的正向压降为0.7V，求。。 5、二极管电路如图所示，已知输入电压 V，二极管的正向压降和反向电流均可忽略。试画出输出电压的波形

6、两个稳压管 和，其稳定电压分别为5.5V和8.5V，正向压降都是0.5V。如果得到0.5V、3V、6V、9V和14V几种稳定电压，这两个稳压管(还有限流电阻)应该如何连接? 画出各个电路。

4、解：（a) D导通 （b) D截止（c) D导通 5、（a) V 30 S V 30 S

uo=ui 解：ui ≥ 0时，D导通其等效电路为： 30 u0=0v ui<0时，D截止其等效电路为： -30

ui>－5V时，D截止其等效电路为： 解：ui ≤－5V时，D导通其等效电路为： u0=－5V -5 -5 -30 uo=ui -5 -30

ui>5V时，D截止其等效电路为： 解：ui ≤5V时，D导通其等效电路为： ui=uo 5 uo=5V

6、解： (a) uo=0.5V (c) Uo=5.5+0.5=6(v) Uo=8.5-5.5=3(v) (d) Uo=8.5+0.5=9(v)

(e) Uo=5.5+8.5=14(v)

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