模電之半導體基礎篇3（半導體二極管、二極管應用）

半導體二極管

1、二極管的結構與類型

• PN結+引線+管殼=二極管
• 按材料分爲：硅二極管、鍺二極管
• 按結構分爲：點接觸型、面接觸型、平面型（集成電路中）

2、伏安特性
1）PN結的伏安方程

2）二極管的伏安特性

3、正向特性與反向特性

• 正向特性：有死區（電流約等於0的區域）
  硅管死區電壓爲0.5V，鍺管死區電壓爲0.1V

• 反向特性
  
  1）硅管Is小於0.1微安，鍺管幾十到幾百微安
  
  2）反向電流急劇增大，二極管發生擊穿

4、二極管的擊穿
擊穿分爲可逆的電擊穿（降低反向電壓，二極管仍能正常工作）、不可逆的熱擊穿（PN結被燒壞，一旦擊穿二極管就損壞了）

• 齊納擊穿條件：半導體的摻雜濃度較高、空間電荷層有較強的電場
• 擊穿的機理：電場將PN結中的價電子從共價鍵中激發出來
• 擊穿特點：擊穿電壓低於4V、擊穿電壓具有負的溫度係數
• 雪崩擊穿條件：半導體的摻雜濃度較低、空間電荷區中有較強的電場
• 擊穿的機理：電場使PN結中的少子“碰撞電離”共價鍵中的價電子
• 擊穿特點：擊穿電壓高於6V、擊穿電壓有正的溫度係數

5、溫度對伏安特性的影響
當溫度上升時，死區電壓、正向管壓降降低，即溫度每升高1度，管壓降將低（2~2.5）mV
溫度升高，反向飽和電流增大，即平均溫度每升高10度，反向飽和電流增大1倍

6、二極管的主要參數

I(F)：最大整流電流(最大正向平均電流)
U(RM)：一最高反向工作電壓，爲U(BR)的(1/2-2/3)
I®反向電流(越小單向導電性越好)
f(M)一最高工作頻率(超過時單向導電性變差)

7、影響工作頻率的原因——PN結的電容效應
低頻時，因電容很小，容抗大，對PN結的影響很小
高頻時，因電容大，容抗小，使電容分流，導致單向導電性變差
結面積小的結電容小，工作頻率高

8、半導體器件的型號及二極管的選擇
1）中國半導體器件型號的命名：

2）日本半導體器件命名：

3）美國半導體器件命名：

9、半導體二極管的模型

• 理想二極管模型：
• 二極管的恆壓降模型：
  

二極管的應用

1、通常採用理想模型或恆壓降模型來分析二極管
1）斷開二極管，分析電路斷開點的開路電壓
2）判斷：如果該電壓能使二極管正偏，且大於二級掛你的死區電壓，二極管導通；否則二極管截止
3）如果電路中有多個二極管(共陽極或共陰極，連接)，利用方法1、2分別判斷各個二極管兩端的開路電壓，開路
電壓高的二極管優先導通;當此二極管導通後，再根據電路的約束條件，判斷另一-個二極管的工作狀態。

2、多個二極管共陰極或共陽極連接時的分析方法
1）在電路中選擇一個適當的參考點
2）斷開二極管，分析電路中各二極管的陽極和陰極電位
3）判斷各二極菅是否滿足導通條件
4）在滿足導通條件~下，(共陽極連接時)比較陰極電位，電位最低者優先導通，其他二極管則截止。(共陰極連接時)比較陽極電位，電位最高者優先導通，其他二極管截止。此後並用模型替代電路中的二極管。