二極管的特性與應用

 

幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導體二極管，它在許多的電路中起著(zhù)重要的作用，它是誕生最早的半導體器件之一，其應用也非常廣泛。

 

二極管的應用

 

1、整流二極管

 

利用二極管單向導電性，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動(dòng)直流電。

 

2、開(kāi)關(guān)元件

 

二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導通狀態(tài)，相當于一只接通的開(kāi)關(guān)；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止狀態(tài)，如同一只斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。利用二極管的開(kāi)關(guān)特性，可以組成各種邏輯電路。

 

3、限幅元件

 

二極管正向導通后，它的正向壓降基本保持不變（硅管為0.7V，鍺管為0.3V）。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號幅度限制在一定范圍內。

 

 

4、繼流二極管

 

在開(kāi)關(guān)電源的電感中和繼電器等感性負載中起繼流作用。

 

5、檢波二極管

 

在收音機中起檢波作用。

 

6、變容二極管

 

使用于電視機的高頻頭中。

 

二極管的工作原理

 

晶體二極管為一個(gè)由p型半導體和n型半導體形成的p-n結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當不存在外加電壓時(shí)，由于p-n 結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。當外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結空間電荷層中的電場(chǎng)強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數值很大的反向擊穿電流，稱(chēng)為二極管的擊穿現象。

 

二極管的類(lèi)型

 

二極管種類(lèi)有很多，按照所用的半導體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩壓二極管、開(kāi)關(guān)二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管等。按照管芯結構，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點(diǎn)接觸型二極管是用一根很細的金屬絲壓在光潔的半導體晶片表面，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地燒結在一起，形成一個(gè)“PN結”。由于是點(diǎn)接觸，只允許通過(guò)較小的電流（不超過(guò)幾十毫安），適用于高頻小電流電路，如收音機的檢波等。面接觸型二極管的“PN結”面積較大，允許通過(guò)較大的電流（幾安到幾十安），主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過(guò)較大的電流，而且性能穩定可靠，多用于開(kāi)關(guān)、脈沖及高頻電路中。

 

一、根據構造分類(lèi)

 

半導體二極管主要是依靠PN結而工作的。與PN結不可分割的點(diǎn)接觸型和肖特基型，也被列入一般的二極管的范圍內。包括這兩種型號在內，根據PN結構造面的特點(diǎn)，把晶體二極管分類(lèi)如下：

 

1、點(diǎn)接觸型二極管

 

點(diǎn)接觸型二極管是在鍺或硅材料的單晶片上壓觸一根金屬針后，再通過(guò)電流法而形成的。因此，其PN結的靜電容量小，適用于高頻電路。但是，與面結型相比較，點(diǎn)接觸型二極管正向特性和反向特性都差，因此，不能使用于大電流和整流。因為構造簡(jiǎn)單，所以?xún)r(jià)格便宜。對于小信號的檢波、整流、調制、混頻和限幅等一般用途而言，它是應用范圍較廣的類(lèi)型。

 

2、鍵型二極管

 

鍵型二極管是在鍺或硅的單晶片上熔接或銀的細絲而形成的。其特性介于點(diǎn)接觸型二極管和合金型二極管之間。與點(diǎn)接觸型相比較，雖然鍵型二極管的PN結電容量稍有增加，但正向特性特別優(yōu)良。多作開(kāi)關(guān)用，有時(shí)也被應用于檢波和電源整流（不大于50mA）。在鍵型二極管中，熔接金絲的二極管有時(shí)被稱(chēng)金鍵型，熔接銀絲的二極管有時(shí)被稱(chēng)為銀鍵型。

 

3、合金型二極管

 

在N型鍺或硅的單晶片上，通過(guò)合金銦、鋁等金屬的方法制作PN結而形成的。正向電壓降小，適于大電流整流。因其PN結反向時(shí)靜電容量大，所以不適于高頻檢波和高頻整流。

 

4、擴散型二極管

 

在高溫的P型雜質(zhì)氣體中，加熱N型鍺或硅的單晶片，使單晶片表面的一部變成P型，以此法PN結。因PN結正向電壓降小，適用于大電流整流。最近，使用大電流整流器的主流已由硅合金型轉移到硅擴散型。

 

5、臺面型二極管

 

PN結的制作方法雖然與擴散型相同，但是，只保留PN結及其必要的部分，把不必要的部分用藥品腐蝕掉。其剩余的部分便呈現出臺面形，因而得名。初期生產(chǎn)的臺面型，是對半導體材料使用擴散法而制成的。因此，又把這種臺面型稱(chēng)為擴散臺面型。對于這一類(lèi)型來(lái)說(shuō)，似乎大電流整流用的產(chǎn)品型號很少，而小電流開(kāi)關(guān)用的產(chǎn)品型號卻很多。

 

6、平面型二極管

 

在半導體單晶片（主要地是N型硅單晶片）上，擴散P型雜質(zhì)，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在N型硅單晶片上僅選擇性地擴散一部分而形成的PN結。因此，不需要為調整PN結面積的藥品腐蝕作用。由于半導體表面被制作得平整，故而得名。并且，PN結合的表面，因被氧化膜覆蓋，所以公認為是穩定性好和壽命長(cháng)的類(lèi)型。最初，對于被使用的半導體材料是采用外延法形成的，故又把平面型稱(chēng)為外延平面型。對平面型二極管而言，似乎使用于大電流整流用的型號很少，而作小電流開(kāi)關(guān)用的型號則很多。

 

7、合金擴散型二極管

 

它是合金型的一種。合金材料是容易被擴散的材料。把難以制作的材料通過(guò)巧妙地摻配雜質(zhì)，就能與合金一起過(guò)擴散，以便在已經(jīng)形成的PN結中獲得雜質(zhì)的恰當的濃度分布。此法適用于制造高靈敏度的變容二極管。

 

8、外延型二極管

 

用外延面長(cháng)的過(guò)程制造PN結而形成的二極管。制造時(shí)需要非常高超的技術(shù)。因能隨意地控制雜質(zhì)的不同濃度的分布，故適宜于制造高靈敏度的變容二極管。

 

9、肖特基二極管

 

基本原理是：在金屬（例如鉛）和半導體（N型硅片）的接觸面上，用已形成的肖特基來(lái)阻擋反向電壓。肖特基與PN結的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左右。其特長(cháng)是：開(kāi)關(guān)速度非?？欤悍聪蚧謴蜁r(shí)間trr特別地短。因此，能制作開(kāi)關(guān)二極和低壓大電流整流二極管。

 

 

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