6.2二極管演講人

6.2.1結(jié)構(gòu)與符號如圖6.3（a）所示，將一個PN結(jié)用外殼封裝起來，從P區(qū)和N區(qū)各引出一根引線，就構(gòu)成了一個二極管,外殼的材料一般用塑料、玻璃、環(huán)氧樹脂或金屬。將P區(qū)引出的電極稱為二極管的正極或陽極，用“+”表示；N區(qū)引出的電極稱為二極管的負(fù)極或陰極，用符號“—”表示。如圖6.3（b）所示，二極管的文字符號為VD，箭頭代表二極管正向?qū)〞r的電流方向，它表示二極管具有單向?qū)щ娦浴＃╝）二極管結(jié)構(gòu)示意圖（b）二極管電路符號（c）幾種典型的二極管

圖6.3二極管的外形結(jié)構(gòu)與電路符號圖

6.2.1結(jié)構(gòu)與符號二極管的種類很多，從制作材料來分，二極管分為硅二極管和鍺二極管；從制作工藝結(jié)構(gòu)來分，二極管可分為點接觸型、面接觸型和平面型；從用途來分，可分為整流二極管、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管等等，如圖6.3（c）所示，分別是普通二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管和發(fā)光二極管。二極管的外殼上一般印有符號表示極性，有的外殼上一端印有灰色的色圈，該色圈表示負(fù)極；有的在外殼一端標(biāo)出一個色點，有色點的這一端表示二極管的正極；有的整流二極管帶螺紋的一端是負(fù)極。二極管的正、負(fù)極除了可以根據(jù)外殼上的標(biāo)記進(jìn)行判斷外，還可以使用萬用表進(jìn)行測量來分辨。

6.2.2伏安特性所謂伏安特性是指加在二極管兩端的電壓與通過它的電流之間的關(guān)系，如圖6.4所示，以硅管的伏安特性曲線為例來說明當(dāng)二極管兩端的電壓發(fā)生改變時，電流隨之而來的變化。在該圖中，可以將曲線分為4段：OA段、AB段、OC段和CD段。AB段稱為正向?qū)▍^(qū)，CD段稱為反向擊穿區(qū)，此時二極管的反向電流急劇增大，失去單向?qū)щ娦?，但兩端電壓變化不大。圖6.4二極管的伏安特性曲線

6.2.2伏安特性1.死區(qū)（OA段）當(dāng)二極管兩端電壓為零時，通過二極管的電流也為零。當(dāng)二極管承受正向電壓時，在OA段由于外加正向電壓較小，還不足以克服內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運動的阻礙作用，正向電流很小，基本為零，二極管呈現(xiàn)的電阻很大，這一段曲線比較平坦，基本與電壓軸重合，二極管雖然施加了正向電壓，但不導(dǎo)通，將OA段稱為死區(qū)，A點對應(yīng)的電壓值稱為死區(qū)電壓，常溫下硅二極管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺二極管約為0.2V。2.正向?qū)▍^(qū)（AB段）當(dāng)二極管兩端的正向電壓上升到大于死區(qū)電壓時，外電場的作用將內(nèi)電場基本抵消，正向電流增長很快，二極管呈現(xiàn)的電阻很小，在電路中相當(dāng)于一個導(dǎo)通的開關(guān)。此時正向電壓微小的增大就會引起正向電流急劇地增加，電壓與電流的關(guān)系曲線是一條陡直的曲線，將AB段稱作正向?qū)▍^(qū)。二極管正向?qū)ê髢啥说碾妷簬缀醪蛔?，將這個電壓稱為正向?qū)妷?。硅管的?dǎo)通電壓約為0.6-0.7V，鍺管的導(dǎo)通電壓約為0.2-0.3V。

6.2.2伏安特性3.反向截止區(qū)（OC段）當(dāng)二極管承受反向電壓時，增強(qiáng)了內(nèi)電場的作用，二極的反向電流主要是少子的漂移運動形成的。反向電壓剛開始增加時，反向電流略有增加，隨后在一定范圍內(nèi)基本不隨反向電壓增大。反向電流的值很小，近似為零，通常也被稱為反向飽和電流，一般硅二極管的反向電流只有幾十微安，鍺二極管的可達(dá)幾百微安。在OC段，二極管呈現(xiàn)了很大的電阻，在電路中相當(dāng)于一個斷開的開關(guān)，將OC段稱為反向截止區(qū)。4.反向擊穿區(qū)（CD段）當(dāng)反向電壓增大到越過圖中C點后，反向電流急劇加大，這時候二極管反向也變得導(dǎo)通了，這種現(xiàn)象叫反向擊穿，曲線CD段稱為反向擊穿區(qū)。C點對應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓，不同的二極管，反向擊穿電壓的值不一樣。產(chǎn)生反向擊穿的原因是在外加反向強(qiáng)電場的作用下，會激發(fā)產(chǎn)生大量的空穴和自由電子，使反向電流急劇增大。當(dāng)二極管的反向功耗不大時，這種擊穿過程是可逆的，即當(dāng)反向擊穿電壓降低后，二極管可恢復(fù)到原來狀態(tài)。但若反向功耗過大時，二極管會因為溫度過高而發(fā)生熱擊穿現(xiàn)象，這時二極管會因過熱而永久燒毀。因此在實際應(yīng)用中，二極管通常串聯(lián)一個電阻來起到限流的作用。

6.2.2伏安特性溫度對二極管的伏安特性影響較大，實驗表明，當(dāng)溫度每升高10°時，導(dǎo)通電壓減小20-25mV左右，反向電流增大將近一倍。二極管實際上就是由一個PN結(jié)構(gòu)成的，因此二極管跟PN結(jié)一樣，也具有“正向?qū)ā⒎聪蚪刂埂钡男再|(zhì)。二極管在電路中使用時，若其正向壓降遠(yuǎn)小于和它串聯(lián)的電壓，或者反向電流遠(yuǎn)小于和它并聯(lián)的電流，這時可將二極管看成是理想二極管。所謂理想二極管就是認(rèn)為該二極管沒有死區(qū)，導(dǎo)通電壓為零，反偏時反向電流也為零。6.2.3二極管的主要性能參數(shù)1.最大整流電流

2.最高反向工作電壓

指二極管長期工作運行允許通過的最大正向平均電流，相當(dāng)于額定工作電流。二極管使用時工作電流不應(yīng)超過此值，否則，會因電流過大而燒壞二極管。3.最高反向電流

它是指二極管未被擊穿時的反向電流值，其值越小，說明二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩Ｔ撝凳軠囟扔绊懘?，硅管的反向電流要比鍺管的小，一般在幾個微安以下。4.最高工作頻率

使二極管具有單向?qū)щ娦缘淖罡吖ぷ黝l率。因為PN結(jié)有電容效應(yīng)，當(dāng)信號頻率超過此值時，二極管反偏的等效阻抗變小，反向電流變得較大。于是，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?。指允許加在二極管兩端的最大反向電壓，一般取反向擊穿電壓的一半。工作時若管子所加反向電壓值超過了，管子就有可能被擊穿而失去單向?qū)щ娦浴?/p>

6.2.4特殊二極管及其應(yīng)用1.發(fā)光二極管發(fā)光二極管是一種能將電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件，通常簡稱為LED。使用時加上正向偏壓就可發(fā)光，其亮度隨著流過的電流增大而提高，二極管發(fā)光的顏色有紅色、黃色、綠色等多種多樣，與制造材料有關(guān)。外形可做成點狀或條狀，可以單個使用，也可做成8段碼顯示器。發(fā)光二極管具有使用方便、節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示電路中作為指示信號燈或報警信號燈，還可以顯示數(shù)字或圖形符號。發(fā)光二極管的工作電流一般為幾毫安至幾十毫安，正向電壓多在1.5-2.5V之間。在圖6.5中，分別是發(fā)光二極管的外形、電路符號及由多個發(fā)光二極管構(gòu)成的數(shù)碼管。圖6.5發(fā)光二極管

6.2.4特殊二極管及其應(yīng)用2.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是用特殊工藝制造的、面結(jié)合型的硅二極管。穩(wěn)壓管正常工作時要工作在反向擊穿區(qū)，利用的是PN結(jié)反向擊穿后在一定的電流范圍內(nèi)端電壓基本不變的原理，因此具有穩(wěn)定電壓的作用，使用時需串聯(lián)合適的限流電阻。若電流太小則不穩(wěn)壓，若電流太大則因功耗過大而損壞。穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)有穩(wěn)定電壓，即穩(wěn)壓二極管反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓值；穩(wěn)定電流

是指穩(wěn)壓管在穩(wěn)定電壓時的工作電流，其范圍在

之間；最大耗散功率

是保證穩(wěn)壓管安全工作所允許的最大功耗；動態(tài)電阻

反映了穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能，其值越小越好。穩(wěn)壓二極管的實物及電路符號如圖6.6所示。在電動汽車動力電池的BMS上面就常用穩(wěn)壓管來作為電壓基準(zhǔn)源。圖6.6穩(wěn)壓二極管

6.2.4特殊二極管及其應(yīng)用3.光電二極管光電二極管是一種PN結(jié)面積相對較大的半導(dǎo)體器件，管殼上有一個玻璃窗口以使其能接收入射光。光電二極管使用時需工作在反向偏置狀態(tài)，當(dāng)沒有光照時，反向