二極管的相關知識詳解

二極管

二極管又叫半導體二極管、晶體二極管，是最常用的基本電子元件之一。二極管只往一個方向傳送電流，由p型半導體和n型半導體形成的p-n結構成，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，由于p-n 結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態。

作用

1. 整流二極管

利用二極管單向導電特性，可以把方向交替變化的交流電轉變成單一方向的脈動直流電

2. 穩壓二極管

反向擊穿電壓恒定，且擊穿后可恢復，利用這一特性可以實現穩壓電路。

3. 限幅元件

二極管正向導通后，它的正向壓降基本保持不變（硅管為0.7V，鍺管為0.3V）。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號幅度限制在一定范圍內。

4. 顯示元件

作為發光管用于VCD、DVD、計算器等顯示器上。

5. 檢波二極管

在各種收音裝置中起檢波作用。

6. 繼流二極管

在開關電源的電感中和繼電器等感性負載中起繼流作用。

7. 變容二極管

使用于電視機的高頻頭中起變容作用。

結構

二極管有點接觸型和面接觸型兩種結構形式

點接觸型二極管是由一根很細的金屬觸絲(如三價元素鋁)和一塊半導體(如鍺)的表面接觸，然后在正方向通過很大的瞬時電流，使觸絲和半導體牢固地熔接在一起，三價金屬與鍺結合構成PN結，并做出相應的電極引線，外加管殼密封而成，如圖 2.7所示。由于點接觸型二極管金屬絲很細， 形成的PN結面積很小， 所以，也不能承受高的反向電壓和大的電流。這種類型的管子適于做高頻檢波和脈沖數字電路里的開關元件， 也可用來作小電流整流。 如2APl是點接觸型鍺二極管， 最大整流電流為16mA， 最高工作頻率為15OMHz。

面接觸型或稱面結型二極管的PN結是用合金法或擴散法做成的。由于這種二極管的PN結面積大，可承受較大的電流，但極間電容也大。這類器件適用于整流，而不宜用于高頻電路中。如2CPl為面接觸型硅二極管，最大整流電流為40OmA， 最高工作頻率只有3kHz。

特性舉例

1. 正向特性：二極管外加正向偏置電壓時的V-I特性

對應于第①段的正向特性，此時加于二極管的正向電壓只有零點幾伏，但相對來說流過管子的電流卻很大，因此管子呈現的正向電阻很小。但是，在正向特性的起始部分，由于正向電壓較小，外電場還不足以克服PN結的內電場，因而這時的正向電流幾乎為零，二極管呈現出一個大電阻，好像有一個門坎。 硅管的門坎電壓Vth(又稱死區電壓)約為0·5V，鍺管的Vth約為0·lV，當正向電壓大于Vth時，內電場大為削弱，電流因而迅速增長。

2. 反向特性：二極管外加反向偏置電壓時的V-I特性

P型半導體中的少數載流子（電子）和N型半導體中的少數載流子（空穴），在反向電壓作用下很容易通過PN結， 形成反向飽和電流。但由于少數載流子的數目很少， 所以， 一般硅管的反向電流比鍺管小得多，其數量級為：硅管nA級，鍺管大mA級。

溫度升高時，由于少數載流子增加，反向電流將隨之急劇增加。

3. 反向擊穿特性：二極管擊穿時的V-I特性

當增加反向電壓時， 因在一定溫度條件下， 少數載流子數目有限，故起始一段反向電流沒有多大變化，當反向電壓增加到一定大小時，反向電流劇增，這叫做二極管的反向擊穿， 對應于第③段，其原因與PN結擊穿相同。

相關參數

1、最高反向工作電壓

加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時，會將管子擊穿，失去單向導電能力。為了保證使用安全，規定了最高反向工作電壓值。例如，IN4001二極管反向耐壓為50V，IN4007反向耐壓為1000V。

2、 反向電流

反向電流是指二極管在規定的溫度和最高反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向導電性能越好。值得注意的是反向電流與溫度有著密切的關系，大約溫度每升高10℃，反向電流增大一倍。例如2AP1型鍺二極管，在25℃時反向電流若為250uA，溫度升高到35℃，反向電流將上升到500uA，依此類推，在75℃時，它的反向電流已達8mA，不僅失去了單方向導電特性，還會使管子過熱而損壞。又如，2CP10型硅二極管，25℃時反向電流僅為5uA，溫度升高到75℃時，反向電流也不過160uA。故硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩定性。

3、最大整流電流

是指二極管長期連續工作時允許通過的最大正向電流值，其值與PN結面積及外部散熱條件等有關。因為電流通過管子時會使管芯發熱，溫度上升，溫度超過容許限度（硅管為141左右，鍺管為90左右）時，就會使管芯過熱而損壞。所以在規定散熱條件下，二極管使用中不要超過二極管最大整流電流值。例如，常用的IN4001－4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。

4.動態電阻Rd

二極管特性曲線靜態工作點Q附近電壓的變化與相應電流的變化量之比。

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