第四讲(2012.2.3.5).ppt

第三节 半导体二极管 1 、二极管的结构与类型 半导体二极管按其结构的不同，可分为点接触型、 面接触型和平面型三种。 常见二极管的结构、 外形和电路符号如图1-11所示。 二极管的两极分别叫做正极或阳极（P区）， 负极或阴极（N区）。 2、二极管的伏安特性曲线与近似模型 2.1 伏安特性曲线 二极管的伏安特性也就是PN结的伏安特性。 把二极管的电流随外加偏置电压的变化规律， 称为二极管的伏安特性， 以曲线的形式描绘出来， 就是伏安特性曲线。 二极管的伏安特性曲线如图1-12所示， 下面分三部分对二极管的伏安特性曲线进行分析。 1） 正向特性——外加正偏电压UF 当UF＝0时， IF＝0， PN结处于平衡状态， 即图1-12中的坐标原点。 当UF开始增加时， 即正向特性的起始部分。 由于此时UF较小， 外电场还不足以克服PN结的内电场， 正向扩散电流仍几乎为零，这部分工作区域称为死区，相应的电压成为门坎电压或死区电压。 只有当UF大于死区电压（锗管约0.1 V， 硅管约0.5 V）后， 外加电场才足以克服内电场， 使扩散运动迅速增加， 才开始产生大的正向电流IF。 2） 反向特性——外加反向偏压UR 当外加反向偏压时， 宏观电流是由少子组成的反向漂移电流。 当反向电压UR在一定范围内变化时， 反向电流IR几乎不变， 所以又称为反向饱和电流IS。 当温度升高时， 少子数目增加， 所以IS增加。 室温下一般硅管的反向饱和电流小于1 μA， 锗管为几十到几百微安， 如图中B段所示。 3） 反向击穿特性 反向击穿特性属于反向特性的特殊部分。 当UR继续增大， 并超过某一特定电压值时， 反向电流将急剧增大， 这种现象称之为击穿。 发生击穿时的UR叫击穿电压UBR， 如图1-12中C段所示。 如果PN结击穿时的反向电流过大（比如没有串接限流电阻等原因）， 使PN结的温度超过PN结的允许结温（硅PN结约为150～200 ℃， 锗PN结约为75～100 ℃）时， PN结将因过热而损坏。 所谓理想，认为正偏二极管的管压降为0 V，忽略模型就是将二极管的单向导电特性理想化其0.7 V或0.3 V的导通电压，相当于短路导线； 而当二极管处于反偏状态时，认为二极管的等效电阻为无穷大，反向电流为0， 如右图的伏安特性曲线所示。应用条件：和它串联的电压远大于二极管的导通压降时，反向电流远小于和它并联的电流。 利用理想模型来分析，不会产生较大的误差。 恒压降模型的伏安特性曲线如右图所示，其反偏模型还是理想的，其特性是：只有当正向电压超过导通电压时，二极管才导通，导通后的管压降是一个恒定值，对于硅管和锗管来说，分别取0.7 V和0.3 V的典型值。否则就不导通，电流为零。这个模型比理想模型更接近实际情况， 因此应用比较广泛， 一般在二极管电流大于1 mA时，恒压降模型的近似精度还是相当高的。 为了得到更好的近似效果，可用折线来表示二极管的特性曲线，其特性曲线和等效电路如右图所示。图中rD（on）=ΔU/ΔI为等效电阻。 这种等效电路在信号变化范围比较大时，与实际特性的近似程度更好。 3 二极管的主要参数 为了正确选用及判断二极管的好坏， 必须对其主要参数有所了解。 1） 最大整流电流IF 指二极管在一定温度下， 长期允许通过的最大正向平均电流， 否则会使二极管因过热而损坏。 另外， 对于大功率二极管， 必须加装散热装置。 2） 反向击穿电压UBR 管子反向击穿时的电压值称为反向击穿电压UBR。 一般手册上给出的最高反向工作电压URM约为反向击穿电压的一半， 以保证二极管正常工作的余量。 3）、最大反向工作电压URM URM指二极管工作时所允许加的最大反向电压，通常取反向击穿电压UBR的一半作为URM 。超过此值不一定发生反向击穿，但长期稳定工作的可靠性降低。 4）反向电流IR（反向饱和电流IS） 指在室温和规定的反向工作电压下（管子未击穿时）的反向电流。 这个值越小， 则管子的单向导电性就越好。 它随温度的增加而按指数上升。 5）结电容与最高工作频率fM PN结加电压后， 其空间电荷区会发生变化， 这种变化造成的电容效应称为结电容。工作频率超过fM时，二极管的单向导电性能变坏。因为交流信号可以由结电容效应而顺利通过二极管。 6． 二极管的温度特性 半导体具有热敏性， 而电子电路又不可避免地要受到外界温度及电路本身发热的影响。 所以， 温度变化容易造成半导体器件工作不稳定， 研究温度对半导体器 件的影响是十分必要的。 一组实测二极管的正向特性（图1-14所示）， 对