1.2 半导体二极管

由上一节知识，可以得到二极管的基本结构，由 P 区引出的电极为阳极，由 N 区引出的电极为阴极。

分类

点接触型二极管 ：

特点：结面积小，结电容小

适用： 高频，小电流

面接触型二极管 ：

特点：节面积大，结电容大

适用：低频，大电流

平面二极管 ：

适用：节面积大的用于大功率整流，节面积小的用于数字脉冲电路中的开关管

主要参数

$U_{(BR)}$ 为反向击穿电压

$U_{RM}=\frac{U_{(BR)}}{2}$ 为最高反向工作电压

$I_F$ 为最大整流电流（最大正向平均电流）

$I_R$ 未被击穿时的反向电流（越小单向导电性越好）

$R_D$ 直流电阻

$r_D=\frac{\mathrm{\Delta }U}{\mathrm{\Delta }I}$ 交流电阻

$f_M$ 最高工作频率

$I_S$ 为反向饱和电流

$U_T=\frac{kT}{q}$ 为温度电压当量

伏安特性

伏安特性方程 ：

$$I_D=I_S(e^{\frac{U_D}{U_T}}-1)$$

图像 ：

材料	开启电压 $U_{on}/V$	导通电压 $U/V$	反向饱和电流 $I_s/\mu A$
硅	0.5	0.6~0.8（常取 0.7）	＜0.1
锗	0.1	0.2~0.3（常取 0.3）	几十

$0\to U_{on}$ 的部分称作死区

温度对二极管特性的影响 ：T 升高时 $U_{on}$ 以 (2~2.5) mV/℃下降，图像表现为正向左移，反向下移。

二极管常用电路模型

直流或低频大信号模型

理想二极管模型

外加电压远大于二极管正向导通电压，且正向导通电阻可忽略不计时

近似正向导通、反向截止。

二极管视作理想开关。

恒压降模型

外加电压与正向导通电压相差不多时，且正向导通电阻可忽略不计时

外加电压小于正向导通电压时截止，大于时导通

视作理想二极管 串联恒压源。

二极管折线化模型

二极管正向电压和正向导通电阻均不可忽略时

视作理想二极管 串联恒压源 再串联电阻。

导通时 $u_D=U_{on}+r_D{i}_D$

截止时 $i_D=0$

二极管的动态电阻 $r_D=\frac{\mathrm{\Delta }U}{\mathrm{\Delta }I}$

低频小信号模型

根据叠加性原理 $i_D=I_D+i_d$，分为直流和交流分别计算响应，最后叠加。

计算交流响应时二极管近似为 $r_D$，其阻值大小可由结电流方程求导得出。

$i_D=I_S(e^{\frac{U_D}{U_T}}-1)\approx I_S{e}^{\frac{U_D}{U_T}}$ 得 $r_D=\frac{\mathrm{\Delta }{u}_D}{\mathrm{\Delta }{i}_D}=\frac{\mathrm{d}{u}_D}{\mathrm{d}{i}_D}=\frac{U_T}{I_D}$

稳压二极管

又称齐纳二极管，工作范围是反向击穿区。

符号为

等效电路为

伏安特性

与常规二极管不同的是，在 $0$ 至 $U_Z$ 之间，图像很贴近 x 轴，即 $I_S$ 极小，$U_Z$ 之后曲线极陡

主要参数

$U_Z$ 为稳定电压，即流过电流时稳压管两端的反向电压值

$I_{Zmin}$ 为进入稳压区的最小电流

$I_{Zmax}$ 为不至于损坏的最大电流

电流越大稳压效果越好，小于 $I_{Zmin}$ 时不稳压。

NOTE

稳压条件：

• 反向击穿区
• $I_{Zmin}⩽$ 工作电流 $⩽I_{Zmax}$

$P_{ZM}$ 最大耗散功率，$P_{ZM}=U_Z{I}_{Zmax}$，稳压管功率超过该值时会损坏

$r_Z$ 动态电阻（$\mathrm{几}\mathrm{\Omega }\mathrm{至}\mathrm{几}\mathrm{十}\mathrm{\Omega }$），其大小为稳压管两端电压和电流的变化量之比 $r_Z=\frac{\mathrm{\Delta }{U}_Z}{\mathrm{\Delta }{I}_Z}$，其值越小稳压效果越好。

$C_T$ 温度系数，$C_T=\frac{\mathrm{\Delta }{U}_Z}{\mathrm{\Delta }T}$。$U_Z$ 小于 4V 的管子 $C_T$ 小于零，属于齐纳击穿；$U_Z$ 大于 7V 的管子 $C_T$ 大于零，属于雪崩击穿。

WARNING

稳压管电路需串联合适大小的电阻来限制电流，来保证稳压管不超过 $I_{Zmax}$

其他二极管

发光二极管

光电二极管

变容二极管、通道二极管、肖特基二极管...