二极管的相关知识详解

二极管

二极管又叫半导体二极管、晶体二极管，是最常用的基本电子元件之一。二极管只往一个方向传送电流，由p型半导体和n型半导体形成的p-n结构成，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

作用

1. 整流二极管

利用二极管单向导电特性，可以把方向交替变化的交流电转变成单一方向的脉动直流电

2. 稳压二极管

反向击穿电压恒定，且击穿后可恢复，利用这一特性可以实现稳压电路。

3. 限幅元件

二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。

4. 显示元件

作为发光管用于VCD、DVD、计算器等显示器上。

5. 检波二极管

在各种收音装置中起检波作用。

6. 继流二极管

在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。

7. 变容二极管

使用于电视机的高频头中起变容作用。

结构

二极管有点接触型和面接触型两种结构形式

点接触型二极管是由一根很细的金属触丝(如三价元素铝)和一块半导体(如锗)的表面接触，然后在正方向通过很大的瞬时电流，使触丝和半导体牢固地熔接在一起，三价金属与锗结合构成PN结，并做出相应的电极引线，外加管壳密封而成，如图 2.7所示。由于点接触型二极管金属丝很细， 形成的PN结面积很小， 所以，也不能承受高的反向电压和大的电流。这种类型的管子适于做高频检波和脉冲数字电路里的开关元件， 也可用来作小电流整流。 如2APl是点接触型锗二极管， 最大整流电流为16mA， 最高工作频率为15OMHz。

面接触型或称面结型二极管的PN结是用合金法或扩散法做成的。由于这种二极管的PN结面积大，可承受较大的电流，但极间电容也大。这类器件适用于整流，而不宜用于高频电路中。如2CPl为面接触型硅二极管，最大整流电流为40OmA， 最高工作频率只有3kHz。

特性举例

1. 正向特性：二极管外加正向偏置电压时的V-I特性

对应于第①段的正向特性，此时加于二极管的正向电压只有零点几伏，但相对来说流过管子的电流却很大，因此管子呈现的正向电阻很小。但是，在正向特性的起始部分，由于正向电压较小，外电场还不足以克服PN结的内电场，因而这时的正向电流几乎为零，二极管呈现出一个大电阻，好像有一个门坎。 硅管的门坎电压Vth(又称死区电压)约为0·5V，锗管的Vth约为0·lV，当正向电压大于Vth时，内电场大为削弱，电流因而迅速增长。

2. 反向特性：二极管外加反向偏置电压时的V-I特性

P型半导体中的少数载流子（电子）和N型半导体中的少数载流子（空穴），在反向电压作用下很容易通过PN结， 形成反向饱和电流。但由于少数载流子的数目很少， 所以， 一般硅管的反向电流比锗管小得多，其数量级为：硅管nA级，锗管大mA级。

温度升高时，由于少数载流子增加，反向电流将随之急剧增加。

3. 反向击穿特性：二极管击穿时的V-I特性

当增加反向电压时， 因在一定温度条件下， 少数载流子数目有限，故起始一段反向电流没有多大变化，当反向电压增加到一定大小时，反向电流剧增，这叫做二极管的反向击穿， 对应于第③段，其原因与PN结击穿相同。

相关参数

1、最高反向工作电压

加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。

2、 反向电流

反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10℃，反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管，在25℃时反向电流若为250uA，温度升高到35℃，反向电流将上升到500uA，依此类推，在75℃时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25℃时反向电流仅为5uA，温度升高到75℃时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。

3、最大整流电流

是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为141左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以在规定散热条件下，二极管使用中不要超过二极管最大整流电流值。例如，常用的IN4001－4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。

4.动态电阻Rd

二极管特性曲线静态工作点Q附近电压的变化与相应电流的变化量之比。

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