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半导体二极管及其应用

电子电路区别于以前所学电路的主要特点是电路中引入各种电子器件。电子器件的类型

很多，目前使用得最广泛的是半导体器件——二极管、稳压管、晶体管、绝缘栅场效应管等。

由于本课程的任务不是研究这些器件内部的物理过程，而是讨论它们的应用，因此，在简单

介绍这些器件的外部特性的基础上，讨论它们的应用电路。

我们在物理课中已经知道，在纯净的四价半导体晶体材料（主要是硅和锗）中掺入微量

三价（例如硼）或五价（例如磷）元素，半导体的导电能力就会大大增强。这是由于形成了

有传导电流能力的载流子。掺入五价元素的半导体中的多数载流子是自由电子，称为电子半

导体或N型半导体。而掺入三价元素的半导体中的多数载流子是空穴，称为空穴半导体或Ｐ

型半导体。在掺杂半导体中多数载流子（称多子）数目由掺杂浓度确定，而少数载流子（称

少子）数目与温度有关，并且温度升高时，少数载流子数目会增加。

在一块半导体基片上通过适当的半导体工艺技术可以形成Ｐ型半导体和Ｎ型半导体的交

接面，称为PN结。PN结具有单向导电性：当PN结加正向电压时，Ｐ端电位高于N端，PN

结变窄,由多子形成的电流可以由Ｐ区向Ｎ区流通，见图4-1(a),而当PN结加反向电压时，

Ｎ端电位高于Ｐ端，PN结变宽,由少子形成的电流极小，视为截止(不导通)，见图4-1(b)。

RERE

II≈0

外加电场外加电场

NPNP

自建电场自建电场

（a）PN结加正向电压（b）PN结加反向电压

图4-1PN结的单向导电性

半导体二极管就是由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。由Ｐ区引出的电

极称为阳极，Ｎ区引出的电极称为阴极。因为PN结的单向导电性，二极管导通时电流方向

是由阳极通过管子内部流向阴极。二极管的种类很多，按材料来分，最常用的有硅管和锗管

两种；按结构来分，有点接触型，面接触型和硅平面型几种；按用途来分，有普通二极管、

整流二极管、稳压二极管等多种。

阳极阳极阳极阳极阳极

阴极阴极阴极阴极阴极

—202—

（a）符号（b）点接触型（c）面接触型（d）硅平面型（e

图4-2常用二极管的符号、结构和外形示意图

图4-2是常用二极管的符号、结构及外形的示意图。二极管的符号如图4-2（a）所示。

箭头表示正向电流的方向。一般在二极管的管壳表面标有这个符号或色点、色圈来表示二极

管的极性，左边实心箭头的符号是工程上常用的符号，右边的符号为新规定的符号。

从工艺结构来看，点接触型二极管（一般为锗管）如图4-2(b)其特点是结面积小，因此

结电容小，允许通过的电流也小，适用高频电路的检波或小电流的整流，也可用作数字电路

里的开关元件；面接触型二极管（一般为硅管）如图4-2(c)其特点是结面积大，结电容大，

允许通过的电流较大，适用于低频整流；硅平面型二极管如图4-2(d)，结面积大的可用于大

功率整流，结面积小的，适用于脉冲数字电路作开关管。

二极管的电流与电压的关系曲线I=f（V），称为二极管的伏安特性。其伏安特性曲线

如图4-3所示。二极管的核心是一个PN结，具有单向导电性，其实际伏安特性与理论伏安

特性略有区别。由图4-3可见二极管的伏安特性曲线是非线性的，可分为三部分：正向特性、

反向特性和反向击穿特性。

1．正向特性

当外加正向电压很