項(xiàng)目五半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)知識(shí)－課題2 半導(dǎo)體二極管

項(xiàng)目五半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)知識(shí)課題二半導(dǎo)體二極管學(xué)習(xí)導(dǎo)入二極管是由半導(dǎo)體制成的。二極管是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，將一個(gè)PN結(jié)加上兩條電極引線做成管芯，并用管殼封裝而成。二極管和三極管為主的半導(dǎo)體器件是構(gòu)成電子電路的主要部件，在生活中應(yīng)用非常廣泛。本節(jié)主要介紹二極管的外形、結(jié)構(gòu)與符號(hào)，二極管的特性及特性曲線，擴(kuò)展介紹一些特殊二極管的性能。一、二極管的外形、結(jié)構(gòu)與符號(hào)

二極管的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)如下圖5-6所示。

（a）外形（b）內(nèi)部（c）符號(hào)

圖5-6二極管一、二極管的外形、結(jié)構(gòu)與符號(hào)

半導(dǎo)體按所用半導(dǎo)體材料可分為硅二極管和鍺二極管，，它們的正向?qū)妷海≒N結(jié)電壓）差別較大，鍺管為0.2~0.3V，硅管為0.6~0.7V。；按用途分類可分為普通二極管和特殊二極管，特殊二極管主要包括穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、變?nèi)荻O管等，通常所說(shuō)的二極管是指普通二極管。按內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型二極管三類。二、二極管的特性曲線

1．正向偏置與導(dǎo)通狀態(tài)

二極管正向電流、電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)電路如圖5-7（a）所示，二極管陽(yáng)極接電源正極，二極管陰極接電源負(fù)極，二極管處于正向偏置狀態(tài)，根據(jù)PN結(jié)的單向?qū)щ娦钥芍O管內(nèi)的PN結(jié)呈導(dǎo)通狀態(tài)，電路中燈泡處于亮燈狀態(tài)。下面具體分析導(dǎo)通過(guò)程。

圖5-7二極管正向偏置導(dǎo)通與電流、電壓的關(guān)系特性

二、二極管的特性曲線

1）二極管VD兩端正向電壓小于0.5V時(shí)，電路中幾乎沒(méi)有電流，對(duì)應(yīng)的電壓稱為二極管的死區(qū)電壓或閾值電壓。死區(qū)電壓的大小與二極管的材料及溫度等因素有關(guān)。在室溫情況下，硅管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺管約為0.2V。2）當(dāng)二極管兩端正向電壓大于0.5V后，二極管呈現(xiàn)電阻很小，電路中電流迅速增加，二極管正向?qū)ā?）隨著二極管電流增大，二極管VD兩端電壓維持在0.6V~0.7V之間不再增加（硅管約為0.6V~0.7V，鍺管約為0.2V~0.3V）。

二、二極管的特性曲線

2．反向偏置與截止?fàn)顟B(tài)二極管的反向電流、電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)電路如圖5-8（a）所示，二極管陽(yáng)極接電源負(fù)極，二極管陰極接電源正極，二極管反向偏置。根據(jù)PN結(jié)的單向?qū)щ娦钥芍O管內(nèi)的PN結(jié)呈截止?fàn)顟B(tài)，電路中燈泡處于滅燈狀態(tài)。

圖5-8二極管反向偏置截止與電流、電壓關(guān)系特性二、二極管的特性曲線

1）二極管加反向電壓時(shí)，當(dāng)反向電壓不超過(guò)一定范圍，反向電流十分微小并隨電壓增加而基本不變。這個(gè)電流稱為反向飽和電流，通?？梢院雎圆挥?jì)。2）當(dāng)反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流將急劇增加，稱為反向擊穿，此時(shí)二極管失去單向?qū)щ娦裕O管損壞，這種狀態(tài)屬于不可逆的。此時(shí)的電壓稱為反向擊穿電壓。綜上所述，二極管具有在正向電壓導(dǎo)通，反向電壓截止的特性，同PN結(jié)相同，這個(gè)特性稱為二極管的單向?qū)щ娦浴?/p>

二、二極管的特性曲線

3．二極管的主要參數(shù)二極管的參數(shù)是選擇和使用二極管的依據(jù)。主要參數(shù)有：1）最大整流電流：二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向電流。在規(guī)定的散熱條件下，二極管的正向平均電流不能超過(guò)此值。：指保證二極管不被擊穿所允許施加的最大反向電壓。若查過(guò)此值，二極管可能會(huì)被擊穿。通常URM的數(shù)值為反向擊穿電壓的一半。：指二極管在常溫下加最大反向工作電壓而未擊穿時(shí)的反向電流。反向電流越小，二極最高工作頻率是指允許加在二極管兩端的交流電壓最高頻率。2）最大反向工作電壓3）最大反向電流管的單相導(dǎo)電性能越好。它受溫度影響很大，溫度越高，電流數(shù)值越大。4）最高工作頻率一、二極管的外形、結(jié)構(gòu)與符號(hào)

4．溫度對(duì)二極管伏安特性的影響二極管是溫度的敏感器件，溫度的變化對(duì)其伏安特性的影響主要表現(xiàn)為：隨著溫度的升高，其正向特性曲線左移，即正向壓降減??；反向特性曲線下移，即反向電流增大。

綜上所述，二極管的伏安特性具有以下特點(diǎn)：1）二極管具有單向?qū)щ娦裕?）二極管的伏安特性具有非線性；3）二極管的伏安特性與溫度有關(guān)。三、特殊二極管

1．穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型硅二極管。穩(wěn)壓二極管是利用PN結(jié)反向擊穿特性所表現(xiàn)出的穩(wěn)壓性能制成的器件。穩(wěn)壓二極管也稱齊納二極管或反向擊穿二極管，在電路中起穩(wěn)定電壓作用。其擊穿后的特性曲線很陡，這就說(shuō)明流過(guò)穩(wěn)壓管的反向電流在很大范圍內(nèi)(從幾毫安到幾十甚至上百毫安)變化時(shí)，管子兩端的電壓基本不變，穩(wěn)壓管在電路中能起穩(wěn)壓作用，正是利用了這一特性。穩(wěn)壓管的反向擊穿是可逆的，這一點(diǎn)與一般二極管不一樣。只要去掉反向電壓，穩(wěn)壓管就會(huì)恢復(fù)正常。它既具有普通二極管的單向?qū)щ娞匦?，又可工作于反向擊穿狀態(tài)。

三、特殊二極管

2．發(fā)光二極管發(fā)光二極管（LED）是一種由磷化鎵（GaP）等半導(dǎo)體材料制成的、能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯示器件。當(dāng)其內(nèi)部有一定電流通