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直流電。

 

2、開關元件

 

二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導通狀態，相當于一只接通的開關；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止狀態，如同一只斷開的開關。利用二極管的開關特性，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

 

在開關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。當不存在外加電壓時，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引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態。當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場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，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流I0。當外加的反向電壓高到一定程度時，p-n結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載流子的倍增過程，產生大量電子空穴對，產生了數值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現象。

 

二極管的類型

 

二極管種類有很多，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、開關二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發光二極管等。按照管芯結構，又可分為點接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點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“PN結”。由于是點接觸，只允許通過較小的電流（不超過幾十毫安），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，它不僅能通過較大的電流，而且性能穩定可靠，多用于開關、脈沖及高頻電路中。

 

一、根據構造分類

 

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，把晶體二極管分類如下：

 

1、點接觸型二極管

 

點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。因為構造簡單，所以價格便宜。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。其特性介于點接觸型二極管和合金型二極管之間。與點接觸型相比較，雖然鍵型二極管的PN結電容量稍有增加，但正向特性特別優良。多作開關用，有時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被稱金鍵型，熔接銀絲的二極管有時被稱為銀鍵型。

 

3、合金型二極管

 

在N型鍺或硅的單晶片上，通過合金銦、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，又把這種臺面型稱為擴散臺面型。對于這一類型來說，似乎大電流整流用的產品型號很少，而小電流開關用的產品型號卻很多。

 

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，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的類型。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，而作小電流開關用的型號則很多。

 

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巧妙地摻配雜質，就能與合金一起過擴散，以便在已經形成的PN結中獲得雜質的恰當的濃度分布。此法適用于制造高靈敏度的變容二極管。

 

8、外延型二極管

 

用外延面長的過程制造PN結而形成的二極管。制造時需要非常高超的技術。因能隨意地控制雜質的不同濃度的分布，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。其特長是：開關速度非常快：反向恢復時間trr特別地短。因此，能制作開關二極和低壓大電流整流二極管。

 

 

推薦閱讀：