3.3 半导体二极管
3.3.1 半导体二极管的几种常见结构
在 PN 结上加上引线和封装,就成为一个二极管.二极管按结构分有点接触型,面接触 型和平面型三大类.它们的结构示意图如图(a),(b),(c)所示. (1) 点接触型二极管——PN 结面积小,结电容小,用于检波和变频等高频电路. (2) 面接触型二极管——PN 结面积大,用于工频大电流整流电路. (3) 平面型二极管—往往用于集成电路制造工艺中. 结面积可大可小, PN 用于高频整流 和开关电路中.
二极管的结构示意图
3.3.2 二极管的伏安特性
半导体二极管的伏安特性曲线如图 01.12 所示.处于第一象限的是正向伏安特性曲线, 处于第三象限的是反向伏安特性曲线. 根据理论推导, 二极管的伏安特性曲线可用下式表示
I = I S (e 1)
V VT
式中 IS 为反向饱和电流,V 为二极管两端的电压降,VT =kT/q 称为温度的电压当量,k 为 玻耳兹曼常数,q 为电子电荷量,T 为热力学温度. 对于室温(相当 T=300 K),则有 VT=26 mV.
二极管的伏安特性曲线
(1) 正向特性
当 V>0,即处于正向特性区域.正向区又分为两段: 当 0
当 V<0 时,即处于反向特性区域.反向区也分两个区域: 当 VBR
半导体二极管的参数包括最大整流电流 IF, 反向击穿电压 VBR, 最大反向工作电压 VRM, 反向电流 IR,最高工作频率 fmax 和结电容 Cj 等.几个主要的参数介绍如下: (1) 最大整流电流 IF——二极管长期连续工作时,允许通过二极管的最大整流电流的平 均值. (2) 反向击穿电压 VBR 和最大反向工作电压 VRM——二极管反向电流急剧增加时对应的 反向电压值称为反向击穿电压 VBR.为安全计,在实际工作时,最大反向工作电压 VRM 一般 只按反向击穿电压 VBR 的一半计算. (3) 反向电流 IR——在室温下,在规定的反向电压下,一般是最大反向工作电压下的反 向电流值.硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级;锗二极管在微安(A)级. (4) 正向压降 VF——在规定的正向电流下,二极管的正向电压降.小电流硅二极管的正 向压降在中等电流水平下,约 0.6～0.8 V;锗二极管约 0.2～0.3 V. (5)动态电阻rd——反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数.显然, rd与工作电流的大 小有关,即 rd =VF /IF (6)半导体二极管的温度特性 温度对二极管的性能有较大的影响,温度升高时,反向电流将呈指数规律增加,如硅 二极管温度每增加 8℃,反向电流将约增加一倍;锗二极管温度每增加 12℃,反向电流大约 增加一倍.另外,温度升高时,二极管的正向压降将减小,每增加 1℃,正向压降 VF(Vd)大 约减小 2 mV,即具有负的温度系数.这些可以从图所示二极管的伏安特性曲线上看出.
温度对二极管伏安特性曲线的影响
3.2.4 半导体二极管的型号
国家标准对半导体器件型号的命名举例如下: 2AP9 用数字代表同类型器件的不同型号. 用字母代表器件的类型,P 代表普通管. 用字母代表器件的材料,A 代表 N 型 Ge. B 代表 P 型 Ge,C 代表 N 型 Si,D 代表 N 型 Si 2 代表二极管,3 代表三极管.
3.4 稳压二极管
稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管. 稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极 管的伏安特性曲线完全一样, 稳压二极管伏安特性曲线的反向区, 符号和典型应用电路如图 所示.
(a) 符号
(b) 伏安特性 稳压二极管的伏安特性