二极管的单向导电性及特性解析

1.构成

当P型半导体（含有大量的正电荷）和N型半导体（含有大量的电子）结合在一起时，P型半导体中的正电荷向N型半导体中扩散，N型半导体中的电子向P型半导体中扩散，于是在P型半导体和N型半导体中间就形成一个特殊的薄层，这个薄层称之为PN结，该过程如图4-1所示。

图4-1 PN结的形成

从含有PN结的P型半导体和N型半导体两端各引出一个电极并封装起来就构成了二极管，与P型半导体连接的电极称为正极（或阳极），用“+”或“A”表示，与N型半导体连接的电极称为负极（或阴极），用“-”或“K”表示。

2.结构、符号和外形

二极管内部结构、电路符号和实物外形如图4-2所示。

图4-2 二极管

3.性质

（1）性质说明 下面通过分析图4-3中的两个电路来说明二极管的性质。

图4-3 二极管的性质说明图

在图4-3a所示电路中，当闭合开关S后，发现灯泡会发光，表明有电流流过二极管，二极管导通；而在图4-3b所示电路中，当开关S闭合后灯泡不亮，说明无电流流过二极管，二极管不导通。通过观察这两个电路中二极管的接法可以发现，在图4-3a中，二极管的正极通过开关S与电源的正极连接，二极管的负极通过灯泡与电源负极相连，而在图4-3b中，二极管的负极通过开关S与电源的正极连接，二极管的正极通过灯泡与电源负极相连。

由此可以得出这样的结论：当二极管正极与电源正极连接，负极与电源负极相连时，二极管能导通，反之，二极管不能导通。二极管这种单方向导通的性质称二极管的单向导电性。

（2）伏安特性曲线 在电子工程技术中，常采用伏安特性曲线来说明元器件的性质。伏安特性曲线又称电压电流特性曲线，它用来说明元器件两端电压与通过电流的变化规律。(www.xing528.com)

二极管的伏安特性曲线用来说明加到二极管两端的电压U与通过电流I之间的关系。二极管的伏安特性曲线如图4-4a所示，图4-4b、c则是为解释伏安特性曲线而画的电路。

在图4-4a中的坐标图中，第一象限内的曲线表示二极管的正向特性，第三象限内的曲线则是表示二极管的反向特性。下面从两方面来说明伏安特性曲线。

1）正向特性。正向特性是指给二极管加正向电压（二极管正极接高电位，负极接低电位）时的特性。在图4-4b电路中，电源直接接到二极管两端，此电源电压对二极管来说是正向电压。将电源电压U从0V开始慢慢调高，在刚开始时，由于电压U很低，流过二极管的电流极小，可认为二极管没有导通，只有当正向电压达到图4-4a所示的U_A电压时，流过二极管的电流急剧增大，二极管导通。这里的U_A电压称为正向导通电压，又称门电压（或阈值电压），不同材料的二极管，其门电压是不同的，硅材料二极管的门电压为0.5～0.7V，锗材料二极管的门电压为0.2～0.3V。

图4-4 二极管的伏安特性曲线

从上面的分析可以看出，二极管的正向特性是，当二极管加正向电压时不一定能导通，只有正向电压达到门电压时，二极管才能导通。

2）反向特性。反向特性是指给二极管加反向电压（二极管正极接低电位，负极接高电位）时的特性。在图4-4c所示电路中，电源直接接到二极管两端，此电源电压对二极管来说是反向电压。将电源电压U从0V开始慢慢调高，在反向电压不高时，没有电流流过二极管，二极管不能导通。当反向电压达到图4-4a所示U_B电压时，流过二极管的电流急剧增大，二极管反向导通了，这里的U_B电压称为反向击穿电压，反向击穿电压一般很高，远大于正向导通电压，不同型号的二极管反向击穿电压不同，低的十几伏，高的有几千伏。普通二极管反向击穿导通后通常是损坏性的，所以反向击穿导通的普通二极管一般不能再使用。

从上面的分析可以看出，二极管的反向特性是，当二极管加较低的反向电压时不能导通，但反向电压达到反向击穿电压时，二极管会反向击穿导通。

二极管的正、反向特性与生活中的开门类似：当您从室外推门（门是朝室内开的）时，如果力很小，门是推不开的，只有力气较大时门才能被推开，这与二极管加正向电压，只有达到门电压才能导通相似；当您从室内往外推门时，是很难推开的，但如果推门的力气非常大，门也会被推开，不过门被开的同时一般也就损坏了，这与二极管加反向电压时不能导通，但反向电压达到反向击穿电压（电压很高）时，二极管会击穿导通相似。

4.主要参数

（1）最大整流电流I_FM二极管长时间使用时允许流过的最大正向平均电流称为最大整流电流，或称作二极管的额定工作电流。当流过二极管的电流大于最大整流电流时，容易被烧坏。二极管的最大整流电流与PN结面积、散热条件有关。PN结面积大的面接触型二极管的I_FM大，点接触型二极管的I_FM小；金属封装二极管的I_FM大，而塑封二极管的I_FM小。

（2）最高反向工作电压U_R最高反向工作电压是指二极管正常工作时两端能承受的最高反向电压。最高反向工作电压一般为反向击穿电压的一半。在高压电路中需要采用U_R大的二极管，否则二极管易被击穿损坏。

（3）最大反向电流I_R最大反向电流是指二极管两端加最高反向工作电压时流过的反向电流。该值越小，表明二极管的单向导电性越好。

（4）最高工作频率f_M最高工作频率是指二极管在正常工作条件下的最高频率。如果加给二极管的信号频率高于该频率，二极管将不能正常工作，f_M的大小通常与二极管的PN结面积有关，PN结面积越大，f_M越低，故点接触型二极管的f_M较高，而面接触型二极管的f_M较低。在无线电设备（如收音机、电视机等）中用作检波（解调）的二极管要求其最高工作频率高于所检波的信号频率，国产2AP系列锗二极管工作频率较高，达40～400MHz。

（5）反向恢复时间t_r当二极管加反向电压的瞬间并不会马上反向截止，而是会存在一定的反向电流，该电流一般用于中和PN结电荷并对形成的结电容反向充电，这个过程完成后反向电流减小到近似为0，二极管才完全截止。反向恢复时间是指在规定条件下，从二极管外加反向电压开始到反向电流下降到最大反向电流的10%所需的时间。