淺談二極管的結(jié)構(gòu)、特性、參數(shù)

一、半導體類型

半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間。導電能力是由原子結(jié)構(gòu)決定，硅和鍺原子最外層軌道4個價電子。在硅或鍺晶體中，原子在空間排列成規(guī)則的晶格，兩個相鄰原子共有一對價電子，組成共價鍵。

本征半導體：純凈不含雜質(zhì)的半導體稱為本征半導體，由于晶體共價鍵結(jié)合力很強，-273度時，晶體中不存在能導電的載流子，如果溫度升高，如室溫下，將有少數(shù)價電子克服共價鍵束縛成為自由電子，自由電子數(shù)量少，因此本征半導體導電力弱。

空穴：價電子成為自由電子時，原來共價鍵中留下一個空位，這個空位稱為空穴。可以將空穴視為帶正電的載流子。

載流子：半導體中存在兩種載流子，自由電子和空穴。

雜質(zhì)半導體：本征半導體摻入某種特定雜志。

N型半導體：4價硅和鍺晶體摻入少量5價雜質(zhì)元素如磷，這樣會多出來一個電子，只受原子核吸引，容易成為自由電子。N型半導體中電子濃度大于空穴濃度，由于電子帶負電，故用Negative表示。N型半導體多數(shù)載流子是電子，少數(shù)載流子是空穴。

P型半導體：4價硅和鍺晶體摻入少量3價雜質(zhì)元素如硼，雜質(zhì)原子和周圍硅原子組成共價鍵，將容易從其他位置的共價鍵中奪取一個電子，那其他地方就產(chǎn)生一個空穴。P型半導體中空穴濃度大于電子濃度。由于空穴帶正電，故用Positive表示。P型半導體多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是電子。

可見雜質(zhì)半導體導電能力提高。

二、PN結(jié)的結(jié)構(gòu)與單向?qū)щ娦?/p>

半導體一側(cè)摻雜成P型半導體，另一側(cè)摻雜成N型半導體。

PN結(jié)：如下圖所示，N區(qū)電子向P區(qū)擴散，P區(qū)空穴向N區(qū)擴散。電子空穴相遇，將消失。于是交界處產(chǎn)生由不能移動的正負離子組成的空間電荷區(qū)，稱為PN結(jié)、耗盡層。

內(nèi)電場：擴散后，P區(qū)帶負電，N區(qū)帶正電。二者之間產(chǎn)生生電位差，形成的電場稱為內(nèi)電場，方向從N指向P。內(nèi)電場將阻止多數(shù)載流子繼續(xù)擴散，有利于少數(shù)載流子運動，即有利于p區(qū)電子向N移，不利于P區(qū)空穴向N移。

漂移運動：載流子在電場作用下的定向移動。

PN結(jié)中兩種載流子運動：多數(shù)載流子擴散運動產(chǎn)生擴散電流；少數(shù)載流子漂移運動產(chǎn)生漂移電流。

動態(tài)平衡狀態(tài)：達到動態(tài)平衡時，擴散電路與漂移電流相等，PN結(jié)中總電流為0。

空間電荷區(qū)寬度：擴散，寬度增大，飄移，寬度減小，動態(tài)平衡，寬度穩(wěn)定。很薄，幾微米-十幾微米。

電位壁壘Ud：硅，0.6-0.8V；鍺，0.2-0.3V 。

正向偏置：PN結(jié)外加電壓V，正極接P區(qū)，負極接N區(qū)。

如下圖所示，外電場使P區(qū)空穴右移，與空間電荷區(qū)負離子中和；N區(qū)電子左移，與空間電荷區(qū)正離子中和，使空間電荷區(qū)變窄，有利于多數(shù)載流子的擴散運動，不利于少數(shù)載流子飄移運動?；芈沸纬烧螂娏鱅，方向從P到N。

正向偏置，PN結(jié)接上小電壓可得到大的正向電流，防止回路電流過大，加一個電阻R。

反向偏置：PN結(jié)外加電壓V，正極接N區(qū)，負極接P區(qū)。

如下圖，P區(qū)空穴和N區(qū)電子逐漸遠離耗盡層，電位壁壘增加，不利于多數(shù)載流子擴散，有利于少數(shù)載流子漂移。回路中形成少數(shù)載流子運動產(chǎn)生的反向電流I。

反向飽和電流：反向電壓超過一定值，反向電流不再增加，所以稱為反向飽和電流。它對溫度敏感。

單向?qū)щ娦裕阂虼?，PN結(jié)正向偏置，回路中產(chǎn)生較大正向電流，PN結(jié)導通；PN結(jié)反向偏置，回路產(chǎn)生較小反向電流，PN結(jié)截止?？梢?，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?/p>

三、二極管的伏安特性

二極管：PN結(jié)外面裝上管殼，再引出兩個電極，陽極從P引出，陰極從N引出。就成為二極管。

二極管的伏安特性：用來描述二極管的性能。流過二極管的電流I與加在管子兩端的電壓U之間的關(guān)系曲線I=f(U) 就是二極管的伏安特性。

正向特性：圖的右半部分展示正向特性。

死區(qū)電壓：正向電壓較小時，正向電流幾乎為零，正向電壓超過死區(qū)電壓時，正向電流才開始快速增長。死區(qū)電壓大小與二極管材料和溫度等有關(guān)。硅，0.5V；鍺，0.1V 。

反向特性：圖的左半部分展示反向特性。

反向飽和電流：圖中的Is表示反向飽和電流，一定范圍內(nèi)，反向電流不隨著反向電壓增大而增大。

反向擊穿電壓：反向電壓繼續(xù)升高，超過Ubr，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象為擊穿。Ubr稱為反向擊穿電壓。

二極管方程：也就是PN結(jié)伏安特性表達式，Is是反向飽和電流，Ut是溫度的電壓當量。

U小于0，那么u絕對值很大時候，e的u次方就是趨于0，那么I就等于-Is。

四、二極管的參數(shù)

最大整流電流If：二極管長期運行，允許通過管子的最大正向平均電流。由溫升限定。

最高反向工作電壓Ur：工作時，加在二極管的反向電壓不能超過它，否則，二極管可能被擊穿。

反向電流Ir：室溫下，二極管兩端加上規(guī)定的反向電壓時，流過管子的反向電流，Ir越小越好，因為單向?qū)щ娦栽胶谩Ｓ缮贁?shù)載流子形成，受溫度影響大。

最高工作頻率fm：取決于PN結(jié)結(jié)電容大小，結(jié)電容越大，允許的fm越低。

電容效應：如果二極管兩端電壓變化，PN結(jié)中存儲的電荷量也變化，像一個電容器。

五、穩(wěn)壓管

穩(wěn)壓管：也是一種二極管，工作在反向擊穿區(qū)。實現(xiàn)穩(wěn)壓的原理就是，二極管工作在反向擊穿區(qū)，反向電流變化大，但是管子兩端電壓變化小，穩(wěn)壓管伏安特性與符號如下圖所示。

穩(wěn)壓管的主要參數(shù)如下。

穩(wěn)定電壓Uz：穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時的工作電壓，型號2DW7C穩(wěn)壓管，穩(wěn)定電壓在6.1-6.5V之間。

穩(wěn)定電流Iz：穩(wěn)壓管正常工作時的參考電流，電流低于Iz，穩(wěn)壓性能變差，高于Iz，不超過額定功耗，穩(wěn)壓管正常工作。

動態(tài)內(nèi)阻rz：穩(wěn)壓管兩端電壓和電流變化量之比，rz越小，穩(wěn)壓性能越好。

額定功耗：管子兩端有電壓，管子里面流過電流，需要消耗功率，部分功率轉(zhuǎn)化為熱能，使管子發(fā)熱。

電壓的溫度系數(shù)：電流不變，溫度變化1度，引起的穩(wěn)定電壓變化的百分比。電壓的溫度系數(shù)越小越好。

穩(wěn)壓管電路如下圖所示。

1.外加電源正極接穩(wěn)壓管N區(qū)，負極接P區(qū)，因為，穩(wěn)壓管要工作在反向擊穿區(qū)。

2.穩(wěn)壓管與負載電阻Rl并聯(lián)，穩(wěn)壓管兩端電壓變化小，所以輸出電壓穩(wěn)定。

3.流過穩(wěn)壓管的電流Iz不能超過規(guī)定值，避免過熱燒壞管子。不能太小，小于臨界值Izmin，穩(wěn)壓管失去穩(wěn)壓作用。

4.接入限流電阻R，用來調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的電流Iz大小。

編輯：黃飛

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