半导体二极管

常见结构

将PN结用外壳封装起来，由P区引出的电极为阳极，由N区引出的电极为阴极。

图1 二极管的几种常见结构

(a)是点接触型二极管。适用于高频电路和小功率整流。

(b)是面接触型二极管。只能在较低频率下工作，一般作为整流管。

©是平面二极管。结面积大的可用于大功率整流，结面积小的可用于脉冲数字电路中的开关管。

(d)是二极管符号。

伏安特性

与PN结一样，二极管具有单向导电性，在近似分析时，仍然用PN结的电流方程式来描述二极管的伏安特性。

只有在正向电压足够大时，正向电流才从零随端电压按指数规律增大。使二极管开始导通的临界电压称为开启电压U_on，当二极管外加反向电压足够大时，反向电流为I_S。反向电压太大将使二极管击穿。

图2 二极管的伏安特性

在环境温度升高时，二极管的特性曲线移向虚线部分，可见，二极管的特性对温度很敏感。

主要参数

1、最大整流电流I_F

I_F是二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流，若超过此值，则将因结温升过高而烧坏（所以此值与散热条件有关）。

2、最高反向工作电压U_R

U_R是二极管工作时允许外加的最大反向电压，超过此值，二极管可能因反向击穿而损坏。通常U_R为击穿电压U_(BR)的一半。

3、反向电流I_R

I_R是二极管未击穿时的反向电流。I_R愈小，二极管的单向导电性愈好，I_R对温度非常敏感。

4、最高工作频率F_M

F_M是二极管工作的上限截止频率。超过此值时，二极管将不能很好的表现单向导电性。

等效电路

如图3，图中粗实线为折线化的伏安特性，虚线表示实际伏安特性，下边为等效电路。

图3 二极管的等效电路

图(a)所示的表明二极管导通时正向压降(二极管能够导通的正向最低电压，一旦导通，基本不变)为零，截止时反向电流为零，称为理想二极管，用空心的二极管符号来表示。

图(b)所示的表明二极管导通时正向压降为常量U_on，截止时反向电流为零。外加正向电压等于U_on时，导通；小于U_on时，截止。

图©所示的折线化伏安特性表明当二极管正向电压U大于U_on后其电流I与U成线性关系，直线斜率为1/r_D。二极管截止时反向电流为零。因此等效电路是理想二极管串联电压源U。和电阻r_D，且 r_D = ΔU/ΔI。

二极管的微变等效电路

当二极管外加直流正向电压时，将有一直流电流，曲线上反映该电压和电流的点为Q点，如图4。若在Q点基础上外加微小的变化量，则可以用以Q点为切点的直线来近似微小变化时的曲线，如图1.2.7（ a)所示﹔即将二极管等效成一个动态电阻r_d，且 r_d = u_D/i_D，如图(b)所示，称之为二极管的微变等效电路。利用二极管的电流方程可以求出r_d。

图4 二极管的微变等效电路

图5 二极管的电流方程

式中i_D是Q点的电流，Q点越高，r_d的数值越小。

稳压二极管

稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压几乎不变，表现出稳压特性。广泛应用于稳压电路与限幅电路之中。

伏安特性

稳压器的伏安特性与普通二极管相类似，如图6(a)，正向特性曲线为指数曲线。当稳压管外加反向电压的数值大到一定程度时则击穿，击穿区的曲线很陡，几乎平行于纵轴，表现其具有稳压特性。只要控制反向电流不超过一定值，管子就不会因过热而损坏。

稳压管的符号及等效电路如图6(b)所示。在等效电路中，二极管D₁表示稳压管加正向电压与虽加反向电压但未击穿时的情况，理想二极管、电压源U_Z和电阻r_d的串联支路表示稳压管反向击穿时的等效电路。

图6 稳压二极管的伏安特性和等效电路

其他二极管

其他还有发光二极管，光电二极管等；

图7 发光二极管

图8 光电二极管