半导体二极管的工作原理与应用

1.二极管的结构与符号

二极管是各种半导体器件及其应用电路的基础，各种普通二极管器件的外形图及封装形式如图5.5所示。

二极管及其应用

图5.5　普通二极管的外形图及封装形式

二极管的基本结构如图5.6（a）所示。将PN结用外壳封装起来，并在两端加上电极引线就构成了半导体二极管。其中，由P区引出的电极称为阳极a，由N区引出的电极称为阴极k。二极管的电路符号如图5.6（b）所示，其箭头方向表示正向电流的方向，即由阳极指向阴极的方向。二极管的分类主要有点接触型二极管，面接触型二极管、平面型二极管三个类型，如图5.7所示。

图5.6　二极管的结构和符号

图5.7　二极管的分类

2.二极管的伏安特性

由于二极管的组成核心是PN结，因此二极管最基本的特性就是单向导电性，图5.8所示为二极管的伏安特性曲线。

图5.8　二极管的伏安特性曲线

（1）正向特性。

当二极管的阳极加高电位，阴极加低电位时，二极管正向偏置，此时二极管产生正向电流。但当正向电压较低，外电场不足以克服PN结内电场对多数载流子扩散运动造成的阻力，这时二极管的正向电流很小，呈现较大的电阻，这个区域被称为死区。通常，硅二极管的死区电压约为0.5 V，锗二极管的死区电压约为0.2 V。只有当正向电压超出死区电压值时，外电场抵消了内电场，二极管开始导通，正向电流随外加电压的增加而明显增大，正向电阻变得很小，正向电流开始急剧增大时所对应的正向电压称为正向压降。当二极管完全导通后，正向电压降基本维持不变，称为二极管正向导通压降，一般硅管的管压降为0.6～0.8 V，锗管的管压降为0.1～0.3 V。

（2）反向特性。

当外加电压使二极管的阳极电位小于阴极电位时，二极管反向偏置，外电场与内电场方向一致，只有少数载流子的漂移运动，形成的反向电流极小，且几乎不随电压的增大而增大，此电流值称为反向饱和电流。此时二极管呈现很高的电阻，近似于截止状态。一般硅二极管的饱和电流为几微安，锗二极管较大，通常为几十到几百微安。这种特性称为反向截止特性。(www.xing528.com)

（3）反向击穿特性。

当反向电压增大到一定数值时，由于外电场过强，会使反向电流急剧增加，二极管失去单向导电性，这种现象称为二极管的反向击穿，如图5.8所示，其中反向电流开始明显增大时所对应的电压UBR称为反向击穿电压。

二极管反向击穿后，一方面失去了单向导电性，另一方面PN结将流过很大的电流，可能导致PN结过热而烧毁。因此，普通二极管在实际应用中不允许工作在反向击穿区。

3.二极管的主要参数

半导体器件的参数是用来表示其性能指标和安全使用范围，是正确使用和合理选择器件的依据。

（1）最大整流电流IFM。

IFM是指二极管正常工作时允许通过的最大正向平均电流。如果在实际应用中流过二极管的平均电流超过IFM，管子将过热而烧坏。

（2）最高反向工作电压URM。

URM是指二极管在使用时所允许加的最大反向电压，通常取反向击穿电压UBR的一半为URM。在实际使用时，二极管所承受的最大反向电压不应超过URM，以免二极管反向击穿。

（3）反向电流IR。

IR是指二极管未击穿时的反向电流。IR越小，二极管的单向导电性越好。

（4）最高工作频率fM。

fM是二极管正常工作的上限频率，当工作频率超过fM，二极管将失去单向导电性。