二極管的工作原理

1、二極管的工作原理晶體二極管為一個由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體 形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷 層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時， 由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)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(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時，外界電 場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴(kuò) 散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電 壓偏置時，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強(qiáng)， 形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓 值無關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓 高到一定程度時，p-n結(jié)空間電荷層中的電場 強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生 大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊

2、穿 電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。p-n結(jié)的反向 擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。二極管的類型二極管種類有很多，按照所用的半導(dǎo)體材 料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（S i管）。根據(jù)其不同用途，可分為檢波二極管、 整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管、硅功率 開關(guān)二極管、旋轉(zhuǎn)二極管等。按照管芯結(jié)構(gòu)， 又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及 平面型二極管。點(diǎn)接觸型二極管是用一根很細(xì) 的金屬絲壓在光潔的半導(dǎo)體晶片表面，通以脈 沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地?zé)Y(jié)在一 起，形成一個“PN結(jié)。由于是點(diǎn)接觸，只允許 通過較小的電流（不超過幾十毫安），適用于 高頻小電

3、流電路，如收音機(jī)的檢波等。面接觸 型二極管的“PN結(jié)”面積較大，允許通過較大的 電流（幾安到幾十安），主要用于把交流電變 換成直流電的“整流”電路中。平面型二極管是 一種特制的硅二極管，它不僅能通過較大的電 流，而且性能穩(wěn)定可靠，多用于開關(guān)、脈沖及 高頻電路中。一、根據(jù)構(gòu)造分類半導(dǎo)體二極管主要是依靠PN結(jié)而工作 的。與PN結(jié)不可分割的點(diǎn)接觸型和肖特基型， 也被列入一般的二極管的范圍內(nèi)。包括這兩種 型號在內(nèi)，根據(jù)PN結(jié)構(gòu)造面的特點(diǎn)，把晶體 二極管分類如下：1、點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管是在鍺或硅材料的單晶 片上壓觸一根金屬針后，再通過電流法而形成 的。因此，其PN結(jié)的靜電容量小，適用于高 頻電

4、路。但是，與面結(jié)型相比較，點(diǎn)接觸型二 極管正向特性和反向特性都差，因此，不能使 用于大電流和整流。因?yàn)闃?gòu)造簡單，所以價格 便宜。對于小信號的檢波、整流、調(diào)制、混頻 和限幅等一般用途而言，它是應(yīng)用范圍較廣的 類型。2、鍵型二極管鍵型二極管是在鍺或硅的單晶片上熔接 或銀的細(xì)絲而形成的。其特性介于點(diǎn)接觸型二 極管和合金型二極管之間。與點(diǎn)接觸型相比 較，雖然鍵型二極管的PN結(jié)電容量稍有增加， 但正向特性特別優(yōu)良。多作開關(guān)用，有時也被 應(yīng)用于檢波和電源整流（不大于50mA）。在鍵 型二極管中，熔接金絲的二極管有時被稱金鍵 型，熔接銀絲的二極管有時被稱為銀鍵型。3、合金型二極管在N型鍺或硅的單晶片上，通過

5、合金銦、 鋁等金屬的方法制作PN結(jié)而形成的。正向電 壓降小，適于大電流整流。因其PN結(jié)反向時 靜電容量大，所以不適于高頻檢波和高頻整 流。4、擴(kuò)散型二極管在高溫的P型雜質(zhì)氣體中，加熱N型鍺或 硅的單晶片，使單晶片表面的一部變成P型， 以此法PN結(jié)。因PN結(jié)正向電壓降小，適用 于大電流整流。最近，使用大電流整流器的主 流已由硅合金型轉(zhuǎn)移到硅擴(kuò)散型。5、臺面型二極管PN結(jié)的制作方法雖然與擴(kuò)散型相同，但 是，只保留PN結(jié)及其必要的部分，把不必要 的部分用藥品腐蝕掉。其剩余的部分便呈現(xiàn)出 臺面形，因而得名。初期生產(chǎn)的臺面型，是對 半導(dǎo)體材料使用擴(kuò)散法而制成的。因此，又把 這種臺面型稱為擴(kuò)散臺面型。對于

6、這一類型來 說，似乎大電流整流用的產(chǎn)品型號很少，而小 電流開關(guān)用的產(chǎn)品型號卻很多。6、平面型二極管在半導(dǎo)體單晶片（主要地是N型硅單晶片） 上，擴(kuò)散P型雜質(zhì)，利用硅片表面氧化膜的屏 蔽作用，在N型硅單晶片上僅選擇性地?cái)U(kuò)散一 部分而形成的PN結(jié)。因此，不需要為調(diào)整P N結(jié)面積的藥品腐蝕作用。由于半導(dǎo)體表面被 制作得平整，故而得名。并且，PN結(jié)合的表 面，因被氧化膜覆蓋，所以公認(rèn)為是穩(wěn)定性好 和壽命長的類型。最初，對于被使用的半導(dǎo)體 材料是采用外延法形成的，故又把平面型稱為 外延平面型。對平面型二極管而言，似乎使用 于大電流整流用的型號很少，而作小電流開關(guān) 用的型號則很多。7、合金擴(kuò)散型二極管它是合

7、金型的一種。合金材料是容易被擴(kuò) 散的材料。把難以制作的材料通過巧妙地?fù)脚?雜質(zhì)，就能與合金一起過擴(kuò)散，以便在已經(jīng)形 成的PN結(jié)中獲得雜質(zhì)的恰當(dāng)?shù)臐舛确植?。?法適用于制造高靈敏度的變?nèi)荻O管。8、外延型二極管用外延面長的過程制造PN結(jié)而形成的二 極管。制造時需要非常高超的技術(shù)。因能隨意 地控制雜質(zhì)的不同濃度的分布，故適宜于制造 高靈敏度的變?nèi)荻O管。9、肖特基二極管基本原理是：在金屬（例如鉛）和半導(dǎo)體（N型硅片）的接觸面上，用已形成的肖特基 來阻擋反向電壓。肖特基與PN結(jié)的整流作用 原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左 右。其特長是：開關(guān)速度非?？欤悍聪蚧謴?fù)時 間trr特別地短。因此，能

8、制作開關(guān)二極和低壓 大電流整流二極管。二、根據(jù)用途分類1、檢波用二極管就原理而言，從輸入信號中取出調(diào)制信號 是檢波，以整流電流的大?。?00mA）作為界 線通常把輸出電流小于100mA的叫檢波。鍺 材料點(diǎn)接觸型、工作頻率可達(dá)400MHz，正向 壓降小，結(jié)電容小，檢波效率高，頻率特性好， 為2AP型。類似點(diǎn)觸型那樣檢波用的二極管， 除用于檢波外，還能夠用于限幅、削波、調(diào)制、 混頻、開關(guān)等電路。也有為調(diào)頻檢波專用的特 性一致性好的兩只二極管組合件。2、整流用二極管就原理而言，從輸入交流中得到輸出的直 流是整流。以整流電流的大?。?00mA）作為 界線通常把輸出電流大于100mA的叫整流。面結(jié)型，工

9、作頻率小于KHz，最高反向電壓從 25伏至3000伏分AX共22檔。分類如下: 硅半導(dǎo)體整流二極管2CZ型、硅橋式整流 器QL型、用于電視機(jī)高壓硅堆工作頻率近 100KHz 的 2CLG 型。內(nèi)3、限幅用二極管大多數(shù)二極管能作為限幅使用。也有象保 護(hù)儀表用和高頻齊納管那樣的專用限幅二極 管。為了使這些二極管具有特別強(qiáng)的限制尖銳 振幅的作用，通常使用硅材料制造的二極管。 也有這樣的組件出售：依據(jù)限制電壓需要，把 若干個必要的整流二極管串聯(lián)起來形成一個 整體。4、調(diào)制用二極管通常指的是環(huán)形調(diào)制專用的二極管。就是 正向特性一致性好的四個二極管的組合件。即 使其它變?nèi)荻O管也有調(diào)制用途，但它們通常 是

10、直接作為調(diào)頻用。5、混頻用二極管使用二極管混頻方式時，在50010,000 Hz的頻率范圍內(nèi)，多采用肖特基型和點(diǎn)接觸型 二極管。6、放大用二極管用二極管放大，大致有依靠隧道二極管和 體效應(yīng)二極管那樣的負(fù)阻性器件的放大，以及 用變?nèi)荻O管的參量放大。因此，放大用二極 管通常是指隧道二極管、體效應(yīng)二極管和變?nèi)?二極管。7、開關(guān)用二極管有在小電流下（10mA程度）使用的邏輯 運(yùn)算和在數(shù)百毫安下使用的磁芯激勵用開關(guān) 二極管。小電流的開關(guān)二極管通常有點(diǎn)接觸型 和鍵型等二極管，也有在高溫下還可能工作的 硅擴(kuò)散型、臺面型和平面型二極管。開關(guān)二極 管的特長是開關(guān)速度快。而肖特基型二極管的 開關(guān)時間特短，因而是

11、理想的開關(guān)二極管。2A K型點(diǎn)接觸為中速開關(guān)電路用；2CK型平面接 觸為高速開關(guān)電路用；用于開關(guān)、限幅、鉗位 或檢波等電路；肖特基（SBD）硅大電流開關(guān)， 正向壓降小，速度快、效率高。8、變?nèi)荻O管用于自動頻率控制（AFC）和調(diào)諧用的小 功率二極管稱變?nèi)荻O管。日本廠商方面也有 其它許多叫法。通過施加反向電壓，使其PN 結(jié)的靜電容量發(fā)生變化。因此，被使用于自動 頻率控制、掃描振蕩、調(diào)頻和調(diào)諧等用途。通 常，雖然是采用硅的擴(kuò)散型二極管，但是也可 采用合金擴(kuò)散型、外延結(jié)合型、雙重?cái)U(kuò)散型等 特殊制作的二極管，因?yàn)檫@些二極管對于電壓 而言，其靜電容量的變化率特別大。結(jié)電容隨 反向電壓VR變化，取代可變

12、電容，用作調(diào)諧 回路、振蕩電路、鎖相環(huán)路，常用于電視機(jī)高 頻頭的頻道轉(zhuǎn)換和調(diào)諧電路，多以硅材料制 作。9、頻率倍增用二極管對二極管的頻率倍增作用而言，有依靠變 容二極管的頻率倍增和依靠階躍（即急變）二 極管的頻率倍增。頻率倍增用的變?nèi)荻O管稱 為可變電抗器，可變電抗器雖然和自動頻率控 制用的變?nèi)荻O管的工作原理相同，但電抗器 的構(gòu)造卻能承受大功率。階躍二極管又被稱為 階躍恢復(fù)二極管，從導(dǎo)通切換到關(guān)閉時的反向 恢復(fù)時間trr短，因此，其特長是急速地變成關(guān) 閉的轉(zhuǎn)移時間顯著地短。如果對階躍二極管施 加正弦波，那么，因tt （轉(zhuǎn)移時間）短，所以 輸出波形急驟地被夾斷，故能產(chǎn)生很多高頻諧 波。10、穩(wěn)

13、壓二極管是代替穩(wěn)壓電子二極管的產(chǎn)品。被制作成 為硅的擴(kuò)散型或合金型。是反向擊穿特性曲線 急驟變化的二極管。作為控制電壓和標(biāo)準(zhǔn)電壓 使用而制作的。二極管工作時的端電壓（又稱 齊納電壓）從3V左右到150V，按每隔10%， 能劃分成許多等級。在功率方面，也有從200 mW至100W以上的產(chǎn)品。工作在反向擊穿狀 態(tài)，硅材料制作，動態(tài)電阻RZ很小，一般為 2CW型；將兩個互補(bǔ)二極管反向串接以減少溫 度系數(shù)則為2DW型。11、PIN 型二極管（PIN Diode）這是在P區(qū)和N區(qū)之間夾一層本征半導(dǎo)體 （或低濃度雜質(zhì)的半導(dǎo)體）構(gòu)造的晶體二極 管。PIN中的I是”本征意義的英文略語。當(dāng)其 工作頻率超過100

14、MHz時，由于少數(shù)載流子的 存貯效應(yīng)和本征層中的渡越時間效應(yīng)，其二 極管失去整流作用而變成阻抗元件，并且，其 阻抗值隨偏置電壓而改變。在零偏置或直流反 向偏置時，”本征”區(qū)的阻抗很高；在直流正向 偏置時，由于載流子注入本征區(qū)，而使本征 區(qū)呈現(xiàn)出低阻抗?fàn)顟B(tài)。因此，可以把 PIN二 極管作為可變阻抗元件使用。它常被應(yīng)用于高 頻開關(guān)(即微波開關(guān))、移相、調(diào)制、限幅等 電路中。12、雪崩二極管(Avalanche Diode)它是在外加電壓作用下可以產(chǎn)生高頻振 蕩的晶體管。產(chǎn)生高頻振蕩的工作原理是欒 的：利用雪崩擊穿對晶體注入載流子，因載流 子渡越晶片需要一定的時間，所以其電流滯后 于電壓，出現(xiàn)延遲時

15、間，若適當(dāng)?shù)乜刂贫稍綍r 間，那么，在電流和電壓關(guān)系上就會出現(xiàn)負(fù)阻 效應(yīng)，從而產(chǎn)生高頻振蕩。它常被應(yīng)用于微波 領(lǐng)域的振蕩電路中。13、江崎二極管 (Tunnel Diode)它是以隧道效應(yīng)電流為主要電流分量的 晶體二極管。其基底材料是砷化鎵和鍺。其P 型區(qū)的N型區(qū)是高摻雜的(即高濃度雜質(zhì)的)。 隧道電流由這些簡并態(tài)半導(dǎo)體的量子力學(xué)效 應(yīng)所產(chǎn)生。發(fā)生隧道效應(yīng)具備如下三個條件：費(fèi)米能級位于導(dǎo)帶和滿帶內(nèi)；空間電荷層 寬度必須很窄（0.01微米以下）；簡并半導(dǎo)體 P型區(qū)和N型區(qū)中的空穴和電子在同一能級上 有交疊的可能性。江崎二極管為雙端子有源器 件。其主要參數(shù)有峰谷電流比（IP / PV），其 中，下標(biāo)

16、P”代表”峰”；而下標(biāo)V代表谷”。江 崎二極管可以被應(yīng)用于低噪聲高頻放大器及 高頻振蕩器中（其工作頻率可達(dá)毫米波段）， 也可以被應(yīng)用于高速開關(guān)電路中。14、快速關(guān)斷（階躍恢復(fù)）二極管（StepRecovary Diode）它也是一種具有PN結(jié)的二極管。其結(jié)構(gòu) 上的特點(diǎn)是：在PN結(jié)邊界處具有陡峭的雜質(zhì) 分布區(qū)，從而形成自助電場。由于PN結(jié)在 正向偏壓下，以少數(shù)載流子導(dǎo)電，并在PN結(jié) 附近具有電荷存貯效應(yīng)，使其反向電流需要經(jīng) 歷一個存貯時間后才能降至最小值（反向飽 和電流值）。階躍恢復(fù)二極管的自助電場縮短 了存貯時間，使反向電流快速截止，并產(chǎn)生豐 富的諧波分量。利用這些諧波分量可設(shè)計(jì)出梳 狀頻譜發(fā)

17、生電路?？焖訇P(guān)斷（階躍恢復(fù)）二極 管用于脈沖和高次諧波電路中。15、肖特基二極管 (Schottky Barrier Diode)它是具有肖特基特性的金屬半導(dǎo)體結(jié)的 二極管。其正向起始電壓較低。其金屬層除材 料外，還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其 半導(dǎo)體材料采用硅或砷化鎵，多為N型半導(dǎo)體。 這種器件是由多數(shù)載流子導(dǎo)電的，所以，其反 向飽和電流較以少數(shù)載流子導(dǎo)電的PN結(jié)大得 多。由于肖特基二極管中少數(shù)載流子的存貯效 應(yīng)甚微，所以其頻率響僅為RC時間常數(shù)限制， 因而，它是高頻和快速開關(guān)的理想器件。其工 作頻率可達(dá)100GHz。并且，MIS (金屬一絕 緣體一半導(dǎo)體)肖特基二極管可以用來制作太 陽

18、能電池或發(fā)光二極管。16、阻尼二極管具有較高的反向工作電壓和峰值電流，正 向壓降小，高頻高壓整流二極管，用在電視機(jī) 行掃描電路作阻尼和升壓整流用。17、瞬變電壓抑制二極管TVP管，對電路進(jìn)行快速過壓保護(hù)，分雙 極型和單極型兩種，按峰值功率(500W - 50 00W)和電壓(8.2V200V)分類。18、雙基極二極管（單結(jié)晶體管）兩個基極，一個發(fā)射極的三端負(fù)阻器件， 用于張馳振蕩電路，定時電壓讀出電路中，它 具有頻率易調(diào)、溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。19、發(fā)光二極管用磷化鎵、磷砷化鎵材料制成，體積小， 正向驅(qū)動發(fā)光。工作電壓低，工作電流小，發(fā) 光均勻、壽命長、可發(fā)紅、黃、綠單色光。20、硅功率開關(guān)二極

19、管硅功率開關(guān)二極管具有高速導(dǎo)通與截止 的能力。它主要用于大功率開關(guān)或穩(wěn)壓電路、 直流變換器、高速電機(jī)調(diào)速及在驅(qū)動電路中作 高頻整流及續(xù)流箝拉，具有恢復(fù)特性軟、過載能 力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)、廣泛用于計(jì)算機(jī)、雷達(dá)電源、步 進(jìn)電機(jī)調(diào)速等方面。21、旋轉(zhuǎn)二極管主要用于無刷電機(jī)勵磁、也可作普通整流 用。三、根據(jù)特性分類點(diǎn)接觸型二極管，按正向和反向特性分 類如下。1、一般用點(diǎn)接觸型二極管這種二極管正如標(biāo)題所說的那樣，通常被 使用于檢波和整流電路中，是正向和反向特性 既不特別好，也不特別壞的中間產(chǎn)品。如：S D34、SD46、1N34A等等屬于這一類。2、高反向耐壓點(diǎn)接觸型二極管是最大峰值反向電壓和最大直流反向電 壓

20、很高的產(chǎn)品。使用于高壓電路的檢波和整 流。這種型號的二極管一般正向特性不太好或 一般。在點(diǎn)接觸型鍺二極管中，有SD38、1N 38A、OA81等等。這種鍺材料二極管，其耐 壓受到限制。要求更高時有硅合金和擴(kuò)散型。3、高反向電阻點(diǎn)接觸型二極管正向電壓特性和一般用二極管相同。雖然 其反方向耐壓也是特別地高，但反向電流小， 因此其特長是反向電阻高。使用于高輸入電阻 的電路和高阻負(fù)荷電阻的電路中，就鍺材料高 反向電阻型二極管而言，SD54、1N54A等等 屬于這類二極管。4、高傳導(dǎo)點(diǎn)接觸型二極管它與高反向電阻型相反。其反向特性盡管 很差，但使正向電阻變得足夠小。對高傳導(dǎo)點(diǎn) 接觸型二極管而言，有SD56

21、、1N56A等等。 對高傳導(dǎo)鍵型二極管而言，能夠得到更優(yōu)良的 特性。這類二極管，在負(fù)荷電阻特別低的情況 下，整流效率較高。二極管的導(dǎo)電特性二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦浴?在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負(fù) 極流出。下面通過簡單的實(shí)驗(yàn)說明二極管的正 向特性和反向特性。正向特性。在電子電路中，將二極管的正極接在高電 位端，負(fù)極接在低電位端，二極管就會導(dǎo)通， 這種連接方式，稱為正向偏置。必須說明，當(dāng) 加在二極管兩端的正向電壓很小時，二極管仍 然不能導(dǎo)通，流過二極管的正向電流十分微 弱。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值（這一數(shù)值 稱為“門坎電壓”又稱“死區(qū)電壓”鍺管約為0. 1V，硅管約為0.5V）以后，二極管才能直正 導(dǎo)通。導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不 變（鍺管約為0.3V，硅管約為0.7V），稱為二 極管的“正向壓降。反向特性。在電子電路中，二極管的正極接在低電位 端，負(fù)極接在高電位端，此時二極管中幾乎沒 有電流流過，此時二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種 連接方式，稱為反向偏置。二極管處于反向偏 置時，仍然會有微弱的反向電流流過二極管， 稱為漏電流。當(dāng)二極管兩端的反向電壓增大到 某一數(shù)值，反向電流會急劇增大，二極管將失 去單方向?qū)щ娞?/p>