晶体二极管的结构及伏安特性特性详解

晶体二极管的结构及伏安特性特性详解
二极管的结构与伏安特性

晶体二极管也称半导体二极管，它是在PN结上加接触电极、引线和管壳封装而成的。按其结构，通常有点接触型和面结型两类。常用符号如图Z0107中V、VD（本资料用D）来表示。 　　 　　　　　　　　　　
点接触型适用于工作电流小、工作频率高的场合；（如图Z0108）
面结合型适用于工作电流较大、工作频率较低的场合；（如图Z0109）
平面型适用于工作电流大、功率大、工作频率低的场合。（如图Z0110）

按使用的半导体材料分，有硅二极管和锗二极管；按用途分，有普通二极管、整流二极管、检波二极管、混频二极管、稳压二极管、开关二极管、光敏二极管、变容二极管、光电二极管等。
二极管是由一个PN结构成的，它的主要特性就是单向导电性，通常主要用它的伏安特性来表示。
二极管的伏安特性是指流过二极管的电流iD与加于二极管两端的电压uD之间的关系或曲线。用逐点测量的方法测绘出来或用晶体管图示仪显示出来的U～I曲线，称二极管的伏安特性曲线。图Z0111 是二极管的伏安特性曲线示意图，依此为例说明其特性。

一、正向特性
由图可以看出，当所加的正向电压为零时，电流为零；当正向电压较小时，由于外电场远不足以克服PN结内电场对多数载流子扩散运动所造成的阻力，故正向电流很小（几乎为零），二极管呈现出较大的电阻。这段曲线称为死区。
当正向电压升高到一定值Uγ（Uth ）以后内电场被显著减弱，正向电流才有明显增加。Uγ 被称为门限电压或阀电压。Uγ视二极管材料和温度的不同而不同，常温下，硅管一般为0.5V左右，锗管为0.1V左右。在实际应用中，常把正向特性较直部分延长交于横轴的一点，定为门限电压Uγ的值，如图中虚线与U轴的交点。
当正向电压大于Uγ以后，正向电流随正向电压几乎线性增长。把正向电流随正向电压线性增长时所对应的正向电压，称为二极管的导通电压，用UF来表示。通常，硅管的导通电压约为0.6～0.8V （一般取为0.7V），锗管的导通电压约为0.1～0.3V （一般取为0.2V）。
二、反向特性
当二极管两端外加反向电压时，PN结内电场进一步增强，使扩散更难进行。这时只有少数载流子在反向电压作用下的漂移运动形成微弱的反向电流IR。反向电流很小，且几乎不随反向电压的增大而增大（在一定的范围内），如图Z0111中所示。但反向电流是温度的函数，将随温度的变化而变化。常温下，小功率硅管的反向电流在nA数量级，锗管的反向电流在μA数量级。
三、反向击穿特性
当反向电压增大到一定数值UBR时，反向电流剧增，这种现象称为二极管的击穿，UBR（或用VB表示）称为击穿电压，UBR视不同二极管而定，普通二极管一般在几十伏以上且硅管较锗管为高。
击穿特性的特点是，虽然反向电流剧增，但二极管的端电压却变化很小，这一特点成为制作稳压二极管的依据。
四、二极管伏安特性的数学表达式
由理论分析可知，二极管的伏安特性可近似用下面的数学表达式来表示：

式中，iD为流过二极管的电流，uD。为加在二极管两端的电压，VT称为温度的电压当量，与热力学温度成正比，表示为
VT = kT／q其中T为热力学温度，单位是K；q是电子的电荷量，；k为玻耳兹曼常数，室温下，可求得VT = 26mV。IR（sat）是二极管的反向饱和电流。
五、温度对二极管伏安特性的影响
二极管是温度的敏感器件，温度的变化对其伏安特性的影响主要表现为：随着温度的升高，其正向特性曲线左移，即正向压降减小；反向特性曲线下移，即反向电流增大。一般在室温附近，温度每升高1°C，其正向压降减小2～2.5mV；温度每升高10°C：，反向电流大约增大1倍左右。
综上所述，二极管的伏安特性具有以下特点：
① 二极管具有单向导电性；
② 二极管的伏安特性具有非线性；
③ 二极管的伏安特性与温度有关。