半導體二極體

半導體二極體是指利用半導體特性的兩端電子器件。最常見的半導體二極體是PN結型二極體和金屬半導體接觸二極體。它們的共同特點是伏安特性的不對稱性，即電流沿其一個方向呈現良好的導電性，而在相反方向呈現高阻特性。可用作為整流、檢波、穩壓、恆流、變容、開關、發光及光電轉換等。利用高摻雜PN結中載流子的隧道效應可製成超高頻放大或超高速開關的隧道二極體。

基本介紹

• 中文名：半導體二極體
• 外文名：semiconductor diode
• 別稱：晶體二極體
• 簡稱：二極體
• 性質：一種能夠單向傳導電流的電子器件

結構

PN結兩端各引出一個電極並加上管殼，就形成了半導體二極體。PN結的P型半導體一端引出的電極稱為陽極，PN結的N型半導體一端引出的電極稱為陰極。半導體二極體按結構不同可分為點接觸型、面接觸型和平面型。

點接觸型半導體二極體由一根金屬絲與半導體表面相接觸，經過特殊工藝，在接觸點上形成PN結，作出引線，加上管殼封裝而成。點接觸型二極體的PN結面積小，高頻性能好，適用於高頻檢波電路、開關電路。

面接觸型半導體二極體，它的PN結是用合金法工藝製作而成的。面接觸型二極體的PN結面積大，可通過較大的電流，一般用於低頻整流電路中。

是平面型半導體二極體，它的PN結是用擴散法工藝製作的。平面型二極體常用矽平面開關管，其PN結面積較大時，適用於大功率整流；其PN結面積較小時，適用於脈衝數字電路中做開關管使用。

伏安特性

二極體的核心是PN結，它的特性就是PN結的特性——單嚮導電性。常用伏安特性曲線來描述二極體的單嚮導電性。如圖所示，橫坐標代表電壓，縱坐標代表電流。

矽二極體的伏安特性曲線

正向特性（外加正向電壓）

正向特性即二極體正向偏置時的電壓與電流的關係。二極體兩端加正向電壓較小時，正向電壓產生的外 電場不足以使多子形成擴散運動，這時的二極體實際上還沒有很好地導通，通常稱為“死區”，二極體相當於一個極大的電阻，正向電流很小。

當正向電壓超過一定值後，內電場被大大削弱，多子在外電場的作用下形成擴散運動，這時，正向電流隨正向電壓的增大迅速增大，二極體導通。該電壓稱為門檻電壓（也稱閾值電壓），用V_th表示。在室溫下，矽管的V_th約為0.5V，鍺管的V_th約為0.1V。

二極體一旦導通後，隨著正向電壓的微小增加，正向電流會有極大的增加，此時二極體呈現的電阻很小，可認為二極體具有恆壓特性。二極體的正向壓降矽管約為0.6～0.8V（通常取0.7V），鍺管約為0.2~0.3V(通常取0.2V)。 ·

反向特性（外加反向電壓）

反向特性即二極體反向偏置時的電壓與電流的關係。反向電壓加強了內電場對多子擴散的阻礙，多子幾乎不能形成電流，但是少子在電場的作用下漂移，形成很小的漂移電流，且與反向電壓的大小基本無關。此時的反向電流稱為反向飽和電流盡，二極體呈現很高的反向電阻，處於截止狀態。

反向擊穿特性

反向電壓增加到一定數值時，反向電流急劇增大，這種現象稱為二極體的反向擊穿。此時對應的電壓稱為反向擊穿電壓，用%R表示。實際套用中，應該對反向擊穿後的電流加以限制，以免損壞二極體。

主要參數

二極體

開啟電壓U_on：使二極體開始導通的臨界電壓稱為開啟電壓U_on。

反向電流：當二極體所加反向電壓的數值足夠大時，產生反向電流為I_S。

最大整流電流I_F：指二極體長期工作，允許通過的最大直流電流。

最高反向工作電壓U_R：指二極體正常使用允許加的最高反向電壓。

穩壓管：穩壓二極體是一種矽材料製成的面接觸型晶體二極體。當穩壓管外加反向電壓的數值大到一定程度時則擊穿。

穩壓二極體

穩定電壓U_Z：U_Z是在規定電流下穩壓管的反向擊穿電壓；

穩定電流I_Z：I_Z是穩壓管工作在穩壓狀態時的參考電流。只要不超過穩壓管的額定功率，電流愈大，穩壓效果愈好；

額定功耗P_ZM：P_ZM等於穩壓管的穩定電壓UZ與最大穩定電流IZM的乘積。穩壓管超過此值時，會因結溫升高而損壞；

動態電阻r_Z：r_Z為穩壓管工作在穩壓區時，穩壓管電壓的變化量與電流變化量之比，即 r_Z愈小，電流變化時UZ的變化愈小，穩壓性能愈好；

溫度係數 ： 表示溫度每變化1℃穩壓值的變化量；

限流電阻：穩壓管電路中必須串聯一個電阻來限制電流，從而保證穩壓管正常工作，故稱這個電阻為限流電阻。

識別方法

a、目視法判斷半導體二極體的極性：一般在實物的電路圖中可以通過眼睛直接看出半導體二極體的正負極。在實物中如果看到一端有顏色標示的是負極，另外一端是正極。

b、用萬用表判斷半導體二極體的極性:通常選用萬用表的歐姆檔（R*100或R*1K），然後分別用萬用表的兩表筆分別出接到二極體的兩個極上出，當二極體導通，測的阻值較小（一般幾十歐姆至幾千歐姆之間），這時黑表筆接的是二極體的正極，紅表筆接的是二極體的負極。當測的阻值很大（一般為幾百至幾千歐姆），這時黑表筆接的是二極體的負極，紅表筆接的是二極體的正極。

c、測試注意事項：用數字式萬用表去測二極體時，紅表筆接二極體的正極，黑表筆接二極體的負極，此時測得的阻值才是二極體的正嚮導通阻值，這與指針式萬用表的表筆接法剛好相反。

變容二極體是根據普通二極體內部 “PN結” 的結電容能隨外加反向電壓的變化而變化這一原理專門設計出來的一種特殊二極體。變容二極體在無繩電話機中主要用在手機或座機的高頻調製電路上，實現低頻信號調製到高頻信號上，並發射出去。在工作狀態，變容二極體調製電壓一般加到負極上，使變容二極體的內部結電容容量隨調製電壓的變化而變化。

分類及其作用

半導體二極體按其用途可分為：普通二極體和特殊二極體。普通二極體包括整流二極體、檢波二極體、穩壓二極體、開關二極體、快速二極體等；特殊二極體包括變容二極體、發光二極體、隧道二極體、觸發二極體等。

現將幾種二極體的作用介紹如下：

發光二極體：它具有單嚮導電性。只有當外加的正向電壓使得正向電流足夠大時才發光，正向電流愈大，發光愈強。

光電二極體：它是遠紅外線接收管，是一種光能與電能進行轉換的器件。光電二極體的工作原理：它是利用PN結外加反向電壓時，在光線照射下，改變反向電流和反向電阻，當沒有光照射時，反向電流很小，反向電阻很大；當有光照射時，反向電阻減小，反向電流加大。

點接觸型二極體，通過的電流小，結電容小，適用於高頻電路和開關電路。

面接觸型二極體，結面積大，電流大，結電容大，適用於低頻整流電路。

平面型二極體，結面積較大時可以通過較大電流，適用於大功率整流，結面積較小時，可作為數字電路中的開關管。