二极管的分类与特性参数精文档格式.docx
《二极管的分类与特性参数精文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《二极管的分类与特性参数精文档格式.docx(8页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
图1二极管的结构及符号
1.2二极管的分类
1、根据所用的半导体材料不同,可分为锗二极管和硅二极管。
2、按照管芯结构不同,可分为:
(1)点接触型二极管
由于它的触丝与半导体接触面很小,只允许通过较小的电流(几十毫安以下),但在高频下工作性能很好,适用于收音机中对高频信号的检波和微弱交流电的整流,如国产的锗二极管2AP系列、2AK系列等。
(2)面接触型二极管
面接触型二极管PN结面积较大,并做成平面状,它可以通过较大了电流,适用于对电网的交流电进行整流。
如国产的2CP系列、2CZ系列的二极管都是面接触型的。
(3)平面型二极管
它的特点是在PN结表面被覆一层二氧化硅薄膜,避免PN结表面被水分子、气体分子以及其他离子等沾污。
这种二极管的特性比较稳定可靠,多用于开关、脉冲及超高频电路中。
国产2CK系列二极管就属于这种类型。
3、根据管子用途不同,可分为整流二极管、稳压二极管、开关二极管、光电二极管及发光二极管等。
1.3二极管的特性
1、正向特性
二极管正向连接时的电路如图所示。
二极管的正极接在高电位端,负极接在低电位端,二极管就处于导通状态(灯泡亮),如同一只接通的开关。
实际上,二极管导通后有一定的管压降(硅管0.6〜0.7V,锗管0.2〜0.3V)。
我们认为它是恒定的,且不随电流的变化而变化。
正向电流微弱,二极管呈,只有当正向电压达到
0.2V,硅二极管约为0.6V)
但是,当加在二极管两端的正向电压很小的时候,现很大的电阻,这个区域成为二极管正向特性的“死区”一定数值(这个数值称为“门槛电压”,锗二极管约为
PN结发热,超过最高允许温度(锗管为时,二极管就会被烧坏。
以后,二极管才真正导通。
此时,正向电流将随着正向电压的增加而急速增大,如不采取限流措施,过大的电流会使90C〜100C,硅管为125C〜200E)
2、反向特性
二极管的负极接在电路的高电位端,正电流被
二极管反向连接时的电路如图所示。
极接在电路的低电位端,二极管就处于截止状态,如同一只断开的开关,PN结所截断,灯泡不亮。
但是,二极管承受反向电压,处于截止状态时,仍然会有微弱的反向电流(通常称为反向漏电流)。
反向电流虽然很小(锗二极管不超过几微安,硅二极管不超过几十纳安),却和温度有极为密切的关系,温度每升高10E,反向电流约增大一倍,称为“加倍规则”。
反向电流是衡量二极管质量好坏的重要参数之一,反向电流太大,二极管的单向导电性能和温度稳定性就很差,选择和使用二极管
VD
时必须特别注意。
TO
图1-2-8二极管的反向连接
反向电流会急剧增大,这
图1-2-7二极管的正向连接
当加在二极管两端的反向电压增加到某一数值时,
种状态称为二极管的击穿。
对普通二极管来说,击穿就意味着二极管丧失了单向导电特性而损坏了。
3、伏安特性
1.在正向电压作用下,当正向电压较小时,电流极小。
而当超过某一值时(锗管约为0.1V,硅管约为0.5V),电流很快增大。
人们习惯地将锗二极管正向电压小于0.1,硅二极管正向电压小于0.5V的区域称为死区。
而将0.1V称为锗
二极管的死区电压(又称门槛电压),0.5V称为硅二极管的死区电压,通常用符
号UoN表示0
当正向电压超过门槛电压时,二极管正向电流急剧增大,二极管呈现很小电
阻而处于导通状态。
硅管的正向导通电压约为0.6〜0.7V,锗管约为0.2〜0.3
Vo
2.在反向电压的作用下,当反向电压不大时,反向电流随反向电压的增大而稍有增大,但变化极微小。
当反向电压超过某一值时,反向电流急剧增大。
我们称此物理现象为雪崩击穿(avalanchebreakdown。
出现击穿的外加电压值,称为击穿电压。
还有一种击穿叫齐纳击穿(zenerbreakdown,它的击穿电压不高,不致造成PN结内部过热以致烧毁,这种现象是可逆的,即当外加电压撤除后,器件的特性可以恢复。
齐纳击穿大多数出现在特殊二极管中,
如稳压二极管。
二极管方程:
I=ls(eU/UT-1)
1.4主要参数
二极管参数是反映二极管性能质量的指标,使用时必须根据二极管的参数合理选用。
1、最大整流电流Idm
二极管长期工作时,允许流过二极管的最大正向平均电流。
2、最大反向工作电压Urm
二极管正常使用时允许加的最高反向电压值。
超过此值,二极管将有击穿的
危险。
击穿时反向电流剧增,二极管的单向导电性被破坏,甚至过热而烧坏。
3、最大反向电流Irm
指二极管加最大反向工作电压时的反向饱和电流。
反向电流大,说明管子的单向导电性差,因此反向电流越小越好。
反向电流受温度的影响,温度越高反向电流越大。
硅管的反向电流较小,锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。
4、最高工作频率fM
使用时如果超过此
PN结的极间电容
保持二极管单向导通性能时,外加电压允许的最高频率。
值,二极管的单向导电性能不能很好体现。
二极管工作频率与大小相关,电容越小,工作频率越高。
Cb和扩散电容
5、二极管的极间电容
二极管的两极之间有电容,此电容由两部分组成:
势垒电容
Cd。
P区有电子的
势垒电容:
由PN结的空间电荷区形成的,又称结电容。
扩散电容:
由多数载流子在扩散过程中的积累而引起的。
在积累,在N区有空穴的积累。
Cb在正向和反向偏置时均不能忽略。
而反向偏置时,由于载流子数目很少,扩散电容可忽略。
正向电流大,积累的电荷多。
这样所产生的电容就是扩散电容Cd。
图1-2-10二极管的极间电容rd很小,C较大(主要取决于Cd);
rd很大,C较小(主要取决于Cb).
PN结高频小信号时的等效电路:
rD
PN结正向偏置时,PN结反向偏置时,二极管模型
UD
图1-2-11二极管模型
硅管:
死区电压UT=0.5V,管压降UD=0.6〜0.7V;
锗管:
死区电压UT=0.1V,管压降UD=0.2〜0.3V。
理想二极管:
UT=0,UD=0,rD=0
二、稳压二极管
二极管工作在反向击穿状态时,尽管流经二极管的电流可以在较大范围变化,但二极管的反向电压却基本不变。
稳压二极管简称稳压管,也是一个二极管,外形也相似。
因为具有稳压作用,故称为稳压管。
2.1稳压二极管的击穿方式
二极管的反向击穿:
二极管处于反向偏置时,在一定的电压范围内,流过PN结的电流很小,但电压超过某一数值时,反向电流急剧增加,这种现象我们就称为反向击穿。
二极管的正向击穿方式可分为雪崩击穿和齐纳击穿两种方式。
齐纳击穿:
高掺杂情况下,耗尽层很窄,宜于形成强电场,而破坏共价键,使价电子脱离共价键束缚形成电子-空穴对,致使电流急剧增加。
雪崩击穿:
如果掺杂浓度较低,不会形成齐纳击穿,而当反向电压较高时,能加快少子的漂移速度,从而把电子从共价键中撞出,形成雪崩式的连锁反应。
上述两种过程属电击穿,是可逆的,当加在稳压管两端的反向电压降低后,管子仍可恢复原来的状态。
但它有一个前提条件,即反向电流和反向电压的乘积不超过PN结容许的耗散功率,超过了就会因为热量散不出去而使PN结温度上
升,直到过热而烧毁,这属于热击穿。
2.2稳压二极管的参数
(1)稳定电压Uz
即反向击穿电压,它是稳压管正常工作时管子两端的电压。
由于工艺的原因,即时同一型号的稳压管,Uz的值也不一定相同,半导体手册给出的Uz是一个范围,但对于一个具体的稳压管,Uz是一个确定值。
(2)电压温度系数az
反映稳定电压值受温度影响的参数,表示温度每升高「C时稳定电压值的相对变化量。
硅稳压管低于4V时具有负温度系数,高于7V时具有正的温度系数,在4V〜7V之间,冷很小。
稳定性要求较高的场合,一般采用4V〜7V之间的稳压管。
稳定性要求更高的场合,可采用温度补偿的稳压管,即正负温度系数的两个二极管串联使用。
(3)动态电阻rz
反向击穿状态下,稳压管两端电压变化量和相应的通过管子电流变化量之比。
rz的大小反映稳压管性能的优劣。
rz越小,稳压性能越好。
(4)稳定电流Iz、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。
稳定电流Iz是稳压管正常工作时的电流参考值。
实际电流低于此值,稳压效果略差,高于此值只要不超过最大稳定电流Izmax,电流越大,稳压效果越好,
但管子的功耗将增加。
最大、最小稳定电流Izmax、Izmin分别指稳压管具有正常稳压作用时的最大工作电流和最小工作电流。
图2稳压二极管特性
(5)最大允许功耗PZM=UzlZmax
稳压管不产生击穿的最大功率损耗,是由管子的温升决定的参数。
三、发光二极管、光电二极管和变容二极管
V族元素的化合物,如砷化傢、磷化傢发光二极管
光电二极管
反向电流随光照强度的增加而上升,可将光信号转换为电信号
图1-2-17发光二极
发光二极管通常用元素周期表中m、
等所制成的,当这种管子通以电流时将发出光来,这是由于电子与空穴直接复合而放出能量的结果。
光电二极管的结构与PN结二极管类似,但在它的PN结处,通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。
这种器件的PN结在反向偏置状态下运行,它的反向电流随光照强度的增加而上升。
反向电流随光照强度的增加而上升,可将光信号转换为电信号。
变容二极管是利用PN结之间电容可变的原理制成的半导体器件,在高频调谐、通信等电路中作可变电容器使用。
变容二极管属于反偏压二极管,改变其PN结上的反向偏压,即可改变PN结电容量。
反向偏压越高,结电容则越少,反向偏压与结电容之间的关系是非线性的。