整流二極管工作原理圖

整流二極管工作原理圖

A.　半導(dǎo)體的基本知識
　　多數(shù)現(xiàn)代電子器件是由性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的半導(dǎo)體材料制成的。為了從電路的觀點理解這些器件的性能，首先必須從物理的角度了解它們是如何工作的。

一、半導(dǎo)體材料

　　從導(dǎo)電性能上看，物質(zhì)材料可分為三大類：

　　導(dǎo)體： 電阻率ρ < 10-4 ，電阻變小。這時的外加電壓稱為正向電壓或正向偏置電壓用VF表示。

　　在VF作用下，通過PN結(jié)的電流稱為正向電流IF。外加正向電壓的電路如圖所示。


2、外加反向電壓

　　當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時，外電場與內(nèi)電場的方向相同，內(nèi)電場變強，結(jié)果使空間電荷區(qū)（PN結(jié)）變寬, 同時空間電荷區(qū)中載流子的濃度減小，電阻變大。這時的外加電壓稱為反向電壓或反向偏置電壓用VR表示。在VR作用下，通過PN結(jié)的電流稱為反向電流IR或稱為反向飽和電流IS。如下圖所示。



3、PN結(jié)的伏安特性

根據(jù)理論分析，PN結(jié)的伏安特性可以表達(dá)為：
　　式中iD為通過PN結(jié)的電流，vD為PN結(jié)兩端的外加電壓；VT為溫度的電壓當(dāng)量=kT/q=T/11600=0.026V， 其中k為波爾慈曼常數(shù)（1.38×10-23J/K），T為絕對溫度（300K），q為電子電荷（1.6×10-19C） ；e為自然對數(shù)的底；IS為反向飽和電流。



整流二極管工作原理C. 　半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)

　　半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)的不同可分為點接觸型和面接觸型兩類。

　　點接觸型二極管是由一根很細(xì)的金屬觸絲(如三價元素鋁)和一塊半導(dǎo)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(dǎo)體牢固地熔接在一起，三價金屬與鍺結(jié)合構(gòu)成PN結(jié)，并做出相應(yīng)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(xì)， 形成的PN結(jié)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(shù)字電路里的開關(guān)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(jié)型二極管的PN結(jié)是用合金法或擴(kuò)散法做成的，其結(jié)構(gòu)如圖2.7 所示。由于這種二極管的PN結(jié)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。

　　圖2.7中的硅工藝平面型二極管結(jié)構(gòu)圖， 是集成電路中常見的一種形式。代表二極管的符號也在圖2.7中示出。

　　部分二極管實物如圖2.8所示?！　　　?br>

整流二極管工作原理d 、二極管的伏安特性:

　　實際。由圖可以看出，二極管的V-I特性和PN結(jié)的V-I特性(圖2.6)基本上是相同的。下面對二極管V-I特性分三部分加以說明:

1、正向特性：二極管外加正向偏置電壓時的V-I特性


　　對應(yīng)于圖2.9（b）的第①段為正向特性，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(xiàn)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(jié)的內(nèi)電場，因而這時的正向電流幾乎為零，二極管呈現(xiàn)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(qū)電壓)約為0·5V，鍺管的Vth約為0·lV，當(dāng)正向電壓大于Vth時，內(nèi)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(dǎo)體中的少數(shù)載流子（電子）和N型半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子（空穴），在反向電壓作用下很容易通過PN結(jié)， 形成反向飽和電流。但由于少數(shù)載流子的數(shù)目很少， 所以， 一般硅管的反向電流比鍺管小得多，其數(shù)量級為：硅管nA級，鍺管大mA級。

　　溫度升高時，由于少數(shù)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(dāng)增加反向電壓時， 因在一定溫度條件下， 少數(shù)載流子數(shù)目有限，故起始一段反向電流沒有多大變化，當(dāng)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(yīng)于圖2.9的第③段，其原因與PN結(jié)擊穿相同。