2.1.3半导体二极管
一．二极管的结构及类型
1.构成：PN结+引线+管壳=二极管(Diode)
2.符号：阳极（正极）阴极（负极）
3.分类：（1）根据材料：??硅二极管、锗二极管
（2）根据结构：??点接触型、面接触型、平面型。
二．半导体二极管的伏安特性
二极管由一个PN结构成，具有单向导电性。当外加正向电压小于Uth时，外电场不足以克服PN结的内电场对多子扩散运动造成的阻力，正向电流几乎为零，二极管呈现为一个大电阻，好像有一个门坎，因此将电压Uth称为门槛电压(又称死区电压)。
二极管电流iD随外加于二极管两端的电压uD的作用而变化的规律，称为二极管的伏安特性曲线。
图7二极管的伏安特性曲线
如图所示：根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示:
式中:为反向饱和电流，U为二极管两端的电压降，称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q为电子电荷量，T为热力学温度。对于室温（相当T=300K），则有。
（1）正向特性：u>0的部分称为正向特性，分两段：当0＜U＜Uth时，正向电流为零，Uth称为死区电压或开启电压；当U＞Uth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。硅二极管的死区电压Uth=0.6V左右，锗二极管的死区电压Uth=0.2V左右
（2）反向特性：u<0的部分称为反向特性。当UR＜U＜0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS。
反向击穿：当U≥UR时，反向电流急剧增加，UBR称为反向击穿电压。
三．二极管的主要参数
1．最大整流电流IF：是指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。因为电流通过PN结要引起管子发热，电流太大，发热量超过限度，就会使PN结烧坏。
2．反向击穿电压UBR：指管子反向击穿时的电压值。击穿时，反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至因过热而烧坏。一般手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半，以确保管子安全运行。3．反向电流IR：指管子未击穿时的反向电流，其值愈小，则管子的单向导电性愈好。由于温度增加，反向电流会急剧增加，所以在使用二极管时要注意温度的影响。4．极间电容CJ：二极管的极间电容包括势垒电容和扩散电容，在高频运用时必须考虑结电容的影响。二极管不同的工作状态，其极间电容产生的影响效果也不同。二极管的参数是正确使用二极管的依据，一般半导体器件手册中都给出不同型号管子参数。使用时，应特别注意不要超过最大整流电流和最高反向工作电压，否则将容易损坏管子。
四．二极管的单向导电性
1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负时，处于正向导通状态，正向电阻较小，正向电流较大。如图8（a）所示。
（a）（b）
图8
2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正）时，处于反向截止状态，反向电阻较大，反向电流很小。如图8（b）所示。
3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。
4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。
五．二极管电路分析举例
定性分析：判断二极管的工作状态
若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。否则，正向管压降硅：0.6~0.7V；锗：0.2~0.3V。
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。
若V阳>V阴或UD为正(正向偏置)，二极管导通；
若V阳
【例1】：电路如图9所示，求：UAB。
图9图9（a）
解：取B点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。如图9（a）所示。
V阳=－6V；V阴=－12V
V阳>V阴；二极管导通
若忽略管压降，二极管可看作短路
图9（b）
∴UAB=–6V
否则，UAB低于－6V一个管压降，
UAB=（V阴-V阳）+（-6V）=-6.3Ｖ或-6.7V
在这里，二极管起钳位作用。
【例2】(2006)电路如图10所示，二极管为理想二极管，,,当瞬间，输出电压等于多少？
图10
A.0V;B.3V;C.-3V;D.0.7V
解：当时，，二极管阳极电位最低，所以二极管截止电路中没有电流，，答案是A。
【例3】电路如图11所示，二极管为理想二极管，A点与B点的电位差约等于多少？
A.0V;B.-3V;C.1.0V;D.+3V
图11图11（a）
解：先将二极管摘开，求出A点和B点的电位
,二极管承受正向电压而导通，管压降为零，所以答案为A。
【例4】图12所示各电路中的二极管性能均为理想。试判断各电路中的二极管是导通还是截止，并求出A、B两点之间的电压ＵAB值。
图12图12（a）
解：在图12电路中，当二极管开路时，由图12（a）可知二极管D1、D2两端的正向电压分别为10V和25V。二极管D2两端的正向电压高于D1两端的正向电压，二极管D2优先导通。当二极管D2导通后，UAB=－15V，二极管D1两端又为反向电压。故D1截止、D2导通。UAB=－15V。
【例5】电路如图13所示。设输入信号，，二极管导通压降可以忽略不计，试分别画出输出电压的波形。
图13图13(a)
解：?在图13所示电路中，当二极管断开时，二极管两端的电压等于。所以当时，二极管截止，当时，二极管导通，由此画出输出电压的波形如图（a）所示。
【例6】（2008）电路如图14所示。设二极管正向导通时的电压降为0.7V,则电压为（）V。
A.0.7；B.0.3；C.-5.7；D.-11.4；
图14图14（a）
图14（b）图14（c）
解：图14的戴维南等效电路如图14（c）所示
由图（c）可知，二极管截止，则
所以答案是：B
小结：本节主要需要掌握PN结和二极管的伏安特性，了解PN结的形成过程。在此基础上熟悉PN结或二极管具有单向导电性和反向击穿特性，利用单向导电性可以实现整流作用，利用反向击穿特性可以实现稳压作用，这是二极管在实际电子电路中应用最多的两个方面。除此之外，还需要了解PN结工作在正向特性区域时，在外加正向电压很小的情况下，正向电压不能克服PN结内电场对多数载流子扩散电流的阻碍作用，因此电流为零，即存在死区压降，这是三极管存在截止区的主要原因，也是引起基本互补对称功率放大电路出现交越失真的主要原因。
5
导通
截止
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