二极管特性介绍

二极管

贴片二极管

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不同封装的二极管

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二极管不同的符号

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二极管的结构组成

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。

采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结。

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。

N区：四价的硅晶体中参入五价元素形成N型半导体，硅共有4个电子，五价元素（比如磷元素）有5个电子，电子之间两两结合，则多出一个电子，该自由电子为多子，空穴为少子（空穴是为了便于理解，不是具体的东西）

P区：四价的硅晶体中参入三价元素形成N型半导体，空穴为多子，自由电子为少子

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PN结形成过程

N区的自由电子向P区扩散，P区的空穴向N区扩散，在中间复合形成内电场，内电场阻碍扩散运动，同时使少子产生漂移运动。无外电场的作用下，参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目，从而达到动态平衡，形成PN结。

PN结导通分析

当PN结外加电场时，电流方向与内电场相反，则会削弱扩散运动，使得N区的电子往P区加速移动，P区的空穴往N区移动，这样就形成了电流，移动到P区的电子会从外电场再次循环回到N区，再从内电场流到P区，这样就源源不断的形成了电流（电流方向与电子方向相反）

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PN结截止分析

当PN结外加电场的电流方向与内电场相同，则会加强内电场，使得扩散运动无法进行，电子无法移动，PN结呈截止状态

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PN结的伏安特性曲线

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1、PN结不加外部电压

内部处于平衡状态，多子扩散运动等于少子漂移运动，电流 i = 0

2、PN加外加正向电压

u<Uon时，正向电流 i = 0

u>Uon时，正向电流i随电压u呈指数增长

3、PN加外加反向电压

u<|Ubrl时，反向电流 i = ls，ls很小，通常忽略不计

u >|Ubr|时，反向电流 i 急剧增加，称之为反向击穿，根据此原理可制成稳压管，TVS管等

其中：Uon为正常开启电压，Ubr为反向击穿电压

得出结论:

PN结具有单向导电性。外加正向且大于Uon开启电压时，PN结导通；外加正向且小于Uon或外加反向且小于Ubr时，PN结截止；外加反向电压且大于Ubr时，PN结反向击穿。同时不同的温度也会影响开启电压和反向电流

二极管的组成

二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子器件。二极管有两个电极，正极，又叫阳极；负极，又叫阴极，给二极管两极间加上正向电压时，二极管导通，加上反向电压时，二极管截止。二极管的导通和截止，则相当于开关的接通与断开。

二极管具有单向导电性能，导通时电流方向是由阳极通过管子流向阴极。

将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线构成半导体二极管，简称二极管。由P区引出的电极为阳极，由N区引出的电极为阴极。

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二极管的伏安特性曲线

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在二极管加有正向电压，当电压值较小时，电流极小；当电压超过0.6V时，电流开始按指数规律增大，通常称此为二极管的开启电压；当电压达到约0.7V时，二极管处于完全导通状态，通常称此电压为二极管的导通电压，用符号UD表示。

对于锗二极管，开启电压为0.2V，导通电压UD约为0.3V。在二极管加有反向电压，当电压值较小时，电流极小，其电流值为反向饱和电流IS。当反向电压超过某个值时，电流开始急剧增大，称之为反向击穿，称此电压为二极管的反向击穿电压，用符号UBR表示。不同型号的二极管的击穿电压UBR值差别很大，从几十伏到几千伏

下面为锗管和硅管伏安特性图，两者并不相同

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注意：

PN结导通时的结压降通常只有零点几伏，而导通电流随外加电压的增大呈指数增长，应用时，需要串联电阻等元器件限制回路的电流，防止PN结因正向电流过大而损坏。

二极管正向特性

在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端、负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，流过二极管的正向电流十分微弱，此时二极管仍然不能导通。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能真正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），此电压称为二极管的“正向压降”。

外加正向电压时，在正向特性的起始部分，正向电压很小，不足以克服PN结内电场的阻挡作用，正向电流几乎为零，这一段称为死区。这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。

当正向电压大于死区电压以后，PN结内电场被克服，二极管正向导通，电流随电压增大而迅速上升。在正常使用的电流范围内，导通时二极管的端电压几乎维持不变，这个电压称为二极管的正向电压。

当二极管两端的正向电压超过一定数值V_th，内电场很快被削弱，特性电流迅速增长，二极管正向导通。

V_th 叫做门坎电压或阈值电压，硅管约为0.5V，锗管约为0.1V。硅二极管的正向导通压降约为0.6 ~ 0.8V，锗二极管的正向导通压降约为0.2 ~ 0.3V。

二极管的反向特性

在电子电路中，二极管的正极接在低电位端、负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，二极管处于截止状态，这种连接方式称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为反向漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。

外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流。由于反向电流很小，二极管处于截止状态。这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流，二极管的反向饱和电流受温度影响很大。

一般硅管的反向电流比锗管小得多，小功率硅管的反向饱和电流在nA数量级，小功率锗管在μA数量级。温度升高时，半导体受热激发，少数载流子数目增加，反向饱和电流也随之增加。

二极管的击穿特性

外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为电击穿。引起电击穿的临界电压称为二极管反向击穿电压。电击穿时二极管失去单向导电性。如果二极管没有因电击穿而引起过热，则单向导电性不一定会被永久破坏，在撤除外加电压后，其性能仍可恢复，否则二极管就损坏了。因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。

反向击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况

无论哪种击穿，若对其电流不加限制，都可能造成PN结永久性损坏