1.2 二极管

1.2.1 二极管的类型、结构及符号

在PN的两端各引出一个电极引线，并用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。二极管的电路图形符号如图1-10所示，其中的箭头，表示正向电流的方向，与P区相连的正极也叫作阳极，与N区相连的负极也叫作阴极。

按结构的不同，二极管可分为点接触型、面接触型和平面型三种类型。点接触型二极管PN结面积很小，结电容很小，多用于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件，如图1-11a所示。面接触型二极管PN结面积大，结电容也大，多用在低频整流电路中，如图1-11b所示。平面型二极管，结面积较大时，可作大功率整流；结面积较小时，结电容也小，适合在数字电路中作开关二极管用，如图1-11c所示。

1.2.2 二极管的伏安特性曲线

二极管的性能可用其伏安特性来描述，图1-12a所示为硅二极管伏安特性，图1-12b所示为锗二极管伏安特性。图中横坐标为电压，纵坐标表示电压，由此可见，二极管的伏安特性就是加在二极管两端的电压与流过二极管电流之间的关系。

（1）正向特性

当二极管两端的外加正向电压较低时，流过二极管正向电流很小，几乎为零，称为死区。当正向电压超过某一数值时，如图1-12所示的A点，正向电流明显增大，A点所对应的电压称为死区电压（或称导通电压），用U_（on）表示，通常，硅管的死区电压U_（on）约为0.5V，锗管约为0.1V。当正向电压超过死区电压后，随着电压升高，正向电流迅速增大，即二极管处于导通状态。当二极管正向导通后，其正向压降基本不变，硅二极管约为0.7V，锗二极管约为0.3V。

（2）反向特性

如图1-12所示，在反向特性区中，当二极管外加反向电压时，只有很小的反向漏电流，称为反向饱和电流。此时，二极管处于反向截止状态。当反向电压加到一定值时，反向电流急剧增加，产生反向击穿，二极管不再具有单向导电性。普通二极管的反向击穿电压U_（BR）一般在几十伏以上。

1.2.3 二极管的主要参数

二极管的主要参数可以简单明了地描述二极管器件的性能和极限运用条件，也是在实际运用时合理选用二极管的主要依据。二极管的主要参数如下。

（1）最大整流电流I_OM

最大整流电流是指二极管允许通过的最大正向平均电流。工作时，应使流过二极管的平均工作电流＜I_OM，否则，二极管将过热烧毁。此值与PN结的面积、材料和散热情况有关。

（2）最大反向工作电压U_BRM

最大反向工作电压是二极管允许的最高工作电压。当反向电压超过此值时，二极管可能被击穿。为保证二极管安全工作，通常取U_（BR）/2作为最大反向工作电压U_BRM。

（3）反向峰值电流I_RM

反向峰值电流是指在二极管上加最大反向工作电压时的反向电流值。此值越小，二极管的单向导电性越好。由于反向电流是由少数载流子形成，所以它受温度的影响很大。

1.2.4 二极管的应用

利用二极管的单向导电性，可以用于整流、检波、限幅、元件保护等电路，也可以在数字电路中作为开关元件等。

【例1-1】如图1-13a所示为由二极管构成的限幅电路，设输入电压u_i=30sinωtV，直流电压源E=15V，忽略二极管正向压降。试在图1-13b中画出输出电压u_o的波形。

解：忽略二极管的正向压降时，在输入电压u_i处于正半周且高于15V时，即u_i＞15V，二极管导通，u_o=E=15V。当u_i处于负半周或虽处于正半周但其数值低于15V时，即u_i＜15V，二极管截止，则u_o=u_i。输出电压u_o的波形如图1-14所示。

1.2.5 稳压二极管和其他特殊二极管简介

1．稳压二极管

稳压二极管是一种采用特殊工艺制造的可以工作在反向击穿区的半导体二极管，其电路图形符号如图1-15所示。稳压二极管就是利用二极管在反向击穿时，流过二极管的电流变化很大，而二极管两端电压基本不变的特性来实现稳压的，其稳定电压就是反向击穿电压。

稳压管的主要参数如下。

1）稳定电压U_Z：是稳压二极管工作在反向击穿区时的端电压。由于U_Z随工作电流的不同而略有变化，所以测试U_Z时应使稳压二极管的电流为规定值。U_Z是挑选稳压二极管的主要依据之一。不同型号的稳压二极管，其U_Z的值不同。

2）稳定电流I_Z：就是稳压二极管正常工作时的流过的电流。如果工作电流＜I_Z，则其稳压性能变差；如果工作电流＞I_Z，只要不超过额定功耗，稳压二极管可以正常工作。每一种型号的稳压二极管，都规定有一个最大稳定电流I_ZM。因而，稳压二极管稳压时的工作电流应介于I_Z和I_ZM之间。

3）动态电阻r_Z：是指稳定工作范围内，稳压二极管两端电压的变化量与相应电流的变化量之比，即

r_Z的数值通常为几欧至几十欧，稳压二极管的r_Z越小，说明反向击穿特性曲线越陡，稳压特性越好。

4）额定功率P_Z：是指在稳压二极管允许结温下的最大功率损耗。由于稳压二极管两端加有电压U_Z，其中就有电流I_Z流过，因此PN结上就要产生功率损耗，即P_Z=U_ZI_Z。这部分功耗转化为热能，使得PN结的温度升高，稳压二极管发热。当稳压二极管的PN结温度超过允许值时，稳压二极管将不能正常工作，以致烧坏。

2．发光二极管

发光二极管（Light Emitting Diode，LED）是一种半导体组件。初时多用作指示灯、显示发光二极管板等；随着白光LED的出现，也被用于照明。当发光二极管的PN结加上正向电压时，电子与空穴复合过程以光的形式放出能量。不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光，如砷化镓二极管发红光、磷化镓二极管发绿光、碳化硅二极管发黄光、氮化镓二极管发蓝光。发光二极管外形如图1-16a所示，其电路图形符号如图1-16b所示。

3．光电二极管

当光线照射到光电二极管的PN结上时，能激发更多的电子，使之产生更多的电子-空穴对，从而提高了少数载流子的浓度。在PN结两端加反向电压时，反向电流会增加，所产生反向电流的大小与光的照度成正比，所以光电二极管正常工作时所加的电压为反向电压。为使光线能照射到PN结上，在光电二极管的管壳上设有一个小的通光窗口。光电二极管的外形如图1-17a所示，其电路图形符号如图1-17b所示。