模拟电子技术基础 第二讲 主讲 ：黄友锐 安徽理工大学电气工程系

1.3 半导体二极管 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 半导体二极管的结构类型 半导体二极管的伏安特性曲线 半导体二极管的参数 半导体二极管的温度特性 半导体二极管的型号 稳压二极管

1.3.1 半导体二极管的结构类型 (1) 点接触型二极管 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01.11所示。 PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。 (1) 点接触型二极管 (a)点接触型 图 01.11 二极管的结构示意图

(2) 面接触型二极管 (3) 平面型二极管 二极管符号 PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。 往往用于集成电路制造工 (2) 面接触型二极管 (b)面接触型 往往用于集成电路制造工 艺中。PN 结面积可大可小， 用于高频整流和开关电路中。 图 01.11 二极管的结构示意图 (c)平面型 二极管符号 (3) 平面型二极管

1.3.2 半导体二极管的伏安特性曲线 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: (1.1) 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。

图 01.12 二极管的伏安特性曲线 图示

(1) 正向特性 正向区又分为两段： 硅二极管的死区电压Vth=0.5 V左右， 锗二极管的死区电压Vth=0.1 V左右。 (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＜V＜Vth时，正向电流为零，Vth称为死区电压或开启电压。 当V＞Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。 硅二极管的死区电压Vth=0.5 V左右， 锗二极管的死区电压Vth=0.1 V左右。

(2) 反向特性 当V＜0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域： (2) 反向特性 当V＜0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域： 当VBR＜V＜0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS 。 当V≥VBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压 。

在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。 硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。 从击穿的机理上看，硅二极管若|VBR|≥7V时,主要是雪崩击穿；若|VBR|≤4V时, 则主要是齐纳击穿。当在4V～7V之间两种击穿都有，有可能获得零温度系数点。

1.3.3 半导体二极管的参数 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： 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。 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。 (1) 最大整流电流IF—— (2) 反向击穿电压VBR—— 和最大反向工作电压VRM

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。 (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0.6～0.8V；锗二极管约0.2～0.3V。 (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

1.3.4 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2mV，即具有负的温度系数。这些可以从图01.13所示二极管的伏安特性曲线上看出。

图 01.13 温度对二极管伏安特性曲线的影响

国家标准对半导体器件型号的命名举例如下： 1.3.5 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：

半导体二极管图片

半导体二极管图片

半导体二极管图片

1.3.6 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01.14所示。

(b) (a) (c) (a)符号 (b) 伏安特性 (c)应用电路 图 01.14 稳压二极管的伏安特性

(2) 动态电阻rZ —— rZ =VZ /IZ 从稳压二极管的伏安特性曲线上可以确定稳压二极管的参数。 (1) 稳定电压VZ ——

稳压管的最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等条件。反向工作时PN结的功率损耗为 PZ= VZ IZ，由 PZM和VZ可以决定IZmax。 (3) 最大耗散功率 PZM —— 稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax =VZIZmax 。而Izmin对应于VZmin。若IZ＜Izmin，则不能起稳压作用。 (4) 最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流IZmin ————

(5)稳定电压温度系数——VZ 当VZ ＜4 V时， VZ具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。 当4 V＜VZ  ＜7 V时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。

稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。 电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。

1.3.7 特殊二极管简介 光电二极管 利用半导体的光敏特性，其反向电流随光照强度的增加而上升。 I V 照度增加 符号

2. 发光二极管 有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几 ~ 几十mA 符号

若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零， 二极管电路分析举例 定性分析：判断二极管的工作状态 导通截止 反向截止时二极管相当于断开。 若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零， 否则，正向管压降 硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V 分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。 若 V阳 >V阴或 UD为正，二极管导通（正向偏置） 若 V阳 <V阴或 UD为负，二极管截止（反向偏置）

例1： 电路如图，求：UAB D A + 3k UAB 6V 12V – B 取B 点作为参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。 V阳 =－6 V，V阴 =－12 V，V阳 >V阴 ，二极管导通，若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =－ 6V。 实际上， UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V

例2: 电路如图，求：UAB 取 B 点作参考点，V1 阳 =－6 V，V2 阳 =0 V ，V1 阴 = V2 阴 ，由于V2 阳电压高，因此VD2导通。 VD１ 6V 12V 3k B A VD2 UAB + – 若忽略二极管正向压降，二极管VD2可看作短路，UAB = 0 V ，VD1截止。

ui uo 例3 二极管的用途： 已知： 整流、检波、限幅、箝位、开关、 元器件保护、温度补偿等。 二极管是理想的，试画出 uo 波形。 R 二极管的用途： 整流、检波、限幅、箝位、开关、 元器件保护、温度补偿等。 已知： 二极管是理想的，试画出 uo 波形。 + + D ui uo 8V – – u2 18V 参考点 8V ui > 8V 二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V 二极管截止，可看作开路 uo = ui