二极管的特性及简介

《二极管的特性及简介》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二极管的特性及简介（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、二极管的特性与参数几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。二极管的工作原理晶体二极管为一个由 p 型半导体和 n 型半导体形成的 p-n 结， 在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于 p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时， 外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流，如下图导通区所示。当外界有反向电压偏置时， 外界电场和自建电场进一步加强， 形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值

2、无关的反向饱和电流 I0 ，如下图截止区所示。当外加的反向电压高到一定程度时， p-n 结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程， 产生大量电子空穴对， 产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象，如下图击穿区所示。I 电流V 电压截止区 导通区击穿区二极管的导电特性二极管最重要的特性就是单方向导电性。 在电路中， 电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。1. 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，二极

3、管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（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称为二极管的正向压降。2、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。IR VF I 电流V 电压IF VR VZ IZ 二极管测试中的主要参数用来测试二极管的性能好坏的技术指标称为二极管的参数。 以下是

4、二极管测试中的几个主要参数：1. 额定正向工作电流 IF 是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。 当更大的电流通过二极管时会使 dice 发热，温度上升 , 当温度超过容许限度时，就会使 dice 过热而损坏。所以，二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如 :DFM的额定正向工作电流为 1A2. 正向压降 VF 是指通过二极管额定正向工作电流 IF 时，二极管两端的电压值例如 : 通过 DFM的正向工作电流为 1A 时，二极管两端的电压值约为 0.9V.3. 最高反向工作电压 VR 当二极管两端的反向电压提高到一定值时 , 会将二极管击穿 , 失去单向导电能力。为了保证使

5、用安全，规定了最高反向工作电压值。例如 :DF10M最高反向工作电压为 1100V,而击穿电压约为 1400V. 4. 反向电流 IR 是指二极管两端加最高反向工作电压 VR时，流过二极管的反向电流。反向电流越小，二极管的单向导电性能越好例如 :DF10M反向电压为 1100V时， VR约为 0.2uA( 微安 ). 5. 反向临界电流 IZ 是指二极管反向电流急剧增大到接近击穿现象时的电流例如 : 设定 DF10M的 IZ 为 0.1mA(毫安 ) 即 100 微安。6. 反向临界电压 VZ 是指二极管反向电流为 IZ 时的反向电压值 , 若反向电压大于此值， 则反向电流剧增，二极管的单向导

6、电性被破坏，从而引起反向击穿例如 :DF10M的 IZ 为 0.1mA 时， VZ约为 1300V。7. 反向恢复时间 Trr 二极管在较低频率的应用时， 一般不需要考虑其导通到截止， 或截止到导通的转换时间。 但是如果二极管工作在高速的开关电路环境中， 当二极管从正向偏置的导通状态， 突然转为反向偏置时， 需要一定的时间才能变成截止状态， 这段时间称为反向恢复时间例如 :EDF1DM的 Trr 最大为 50nS(纳秒 ) 。8. 正向压降差 DVF-Delta VF 目的是测试二极管焊接质量的好坏，先给二极管通过一个小正向电流 Im，二极管两端的电压为 VF1， 再给二极管通过一个大的正向电

7、流并持续一定时间， 使二极管发热， 最后再通过一个小电流 Im， 二极管两端的电压为 VF2, 正向压降差为两个电压之差（ DVF=VF1-VF2），晶粒被加热后 VF2值会比 VF1值小，故 DVF为正值。 DVF越小且不为 0 时，焊接质量越好。对于焊接中虚焊的二极管，由于晶粒接触面积变小，此二极管发热量更大使 VF2变得更小，使 DVF变大。例如 : 设定 DF10M的 Im 为 0.01A 时，大的正向电流为 5A并持续 75mS, 焊接中无虚焊件的 DVF约为 0.06V。虚焊件的 DVF会大于 0.08V。电子技术发展的里程碑晶体管谈到晶体管，也许很多人会感到很陌生然而，就是小小的

8、晶体管的发明给电子学带来了一场革命这场革命发展之迅速、波及范围之广泛，完全超出了人们的想象现在晶体管和微型电路几乎无所不能，无处不在小到人们日常生活中的助听器、收音机、录音机和电视机，大到实验室仪器、工业生产及国防设备、计算机、机器人、宇宙飞盘等，都离不开晶体管可以毫不夸张地说，晶体管奠定了现代电子技术的基础可是， 晶体管究竟是什么样的 ?它又是怎样发明出来的 ?必不可少的一步电子管的问世 1883年，闻名世界的大发明家爱迪生发明了第一只白炽照明灯电灯的发明，给一直生活在黑暗之中的人们送去了光明和温暖就在这个过程中，爱迪生还发现了一个奇特的现象：一块烧红的铁会散发出电子云后人称之为爱迪生效应

9、1884 年的一天，一位叫弗莱明的英国发明家，远涉重洋，风尘仆仆地来到美国，拜会了他慕名已久的爱迪生就在这两位大发明家的会见中，爱迪生再次展示了爱迪生效应遗憾的是，由于当时技术条件的限制，不论是爱迪生，还是弗莱明，都对这一效应百思不得其解，不知道利用这一效应能做些什么20 世纪初，有线电报问世了这一发明给人们带来了很多便利有线电报发出的信号是高频无线电波，收信台必须进行整流，才能从听筒中听出声音来当时的整流器结构复杂，功效又差，亟待改进正在研究高频整流器的弗莱明灵机一动，他想，如果把爱迪生效应应用在检波器上，结果会怎样呢 ?就这样，引出了一个新的发明1904 年弗莱明在真空中加热的电丝 (灯丝

10、 )前加了一块板极，从而发明了第一只电子管他把这种装有两个极的电子管称为二极管利用新发明的电子管，可以给电流整流，使电话受话器或其它记录装置工作起来如今，打开一架普通的电子管收音机，我们很容易看到灯丝烧得红红的电子管它是电子设备工作的心脏，是电子工业发展的起点弗莱明的二极管是一项崭新的发明它在实验室中工作得非常好可是，不知为什么，它在实际用于检波器上却很不成功，还不如同时发明的矿石检波器可靠因此，对当时无线电的发展没有产生什么冲击此后不久，贫困潦倒的美国发明家德福雷斯特，在二极管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板，从而发明了第一只真空三极管这一小小的改动，竟带来了意想不到的结果它不仅反应更为灵

11、敏、能够发出音乐或声音的振动，而且，集检波、放大和振荡三种功能于一体因此，许多人都将三极管的发明看作电子工业真正的诞生起点 德福雷斯特自己也非常惊喜， 认为 “我发现了一个看不见的空中帝国”电子管的问世，推动了无线电电子学的蓬勃发展到 1960年前后， 西方国家的无线电工业年产 10 亿只无线电电子管 电子管除应用于电话放大器、 海上和空中通讯外， 也广泛渗透到家庭娱乐领域， 将新闻、 教育节目、 文艺和音乐播送到千家万户 就连飞机、雷达、火箭的发明和进一步发展，也有电子管的一臂之力三条腿的魔术师电子管在电子学研究中曾是得心应手的工具 电子管器件历时 40 余年一直在电子技术领域里占据统治地位

12、但是，不可否认，电子管十分笨重，能耗大、寿命短、噪声大，制造工艺也十分复杂因此，电子管问世不久，人们就在努力寻找新的电子器件第二次世界大战中， 电子管的缺点更加暴露无遗 在雷达工作频段上使用的普通的电子管， 效果极不稳定 移动式的军用器械和设备上使用的电子管更加笨拙，易出故障因此，电子管本身固有的弱点和迫切的战时需要，都促使许多科研单位和广大科学家，集中精力，迅速研制成功能取代电子管的固体元器件早在 30 年代， 人们已经尝试着制造固体电子元件 但是， 当时人们多数是直接用模仿制造真空三极管的方法来制造固体三极管因此这些尝试毫无例外都失败了年 6 月的一天，在美国贝尔实验室的一个房间里，一架样

13、式很普通的收音机正在播放着轻柔的音乐，许多参观者在它面前驻足不前为什么大家都对这台收音机情有独钟呢？原来这是第一架不用电子管，而代之以一种新的固体元件晶体管的收音机虽然人们对这架收音机显露出浓厚的兴趣然而，他们对晶体管本身却不以为然美国纽约先驱论坛报的记者在报道中写道：“这一器件还在实验室阶段，工程师们都认为它在电子工业中的革新是有限的”事实上，晶体管发明以后，在不长的时间内，它的深远影响便很快地显示出来它在电子学领域完成了一场真正的革命什么是晶体管呢？通俗地说，晶体管是半导体做的固体电子元件像金银铜铁等金属，它们导电性能好，叫做导体木材、玻璃、陶瓷、云母等不易导电，叫做绝缘体导电性能介于导体

14、和绝缘体之间的物质，就叫半导体晶体管就是用半导体材料制成的这类材料最常见的便是锗和硅两种半导体是 19 世纪末才发现的一种材料 当时人们并没有发现半导体的价值， 也就没有注重半导体的研究直到二次大战中，由于雷达技术的发展，半导体器件微波矿石检波器的应用日趋成熟，在军事上发挥了重要作用，这才引起了人们对半导体的兴趣许多科学家都投入到半导体的深入研究中经过紧张的研究工作， 美国物理学家肖克利、巴丁和布拉顿三人捷足先登，合作发明了晶体管一种三个支点的半导体固体元件晶体管被人们称为“三条腿的魔术师”它的发明是电子技术史中具有划时代意义的伟大事件，它开创了一个崭新的时代固体电子技术时代他们三人也因研究半

15、导体及发现晶体管效应而共同获得 1956 年最高科学奖诺贝尔物理奖肖克利小组与晶体管美国人威廉肖克利， 1910 年 2 月 13 日生于伦敦，曾在美国麻省理工学院学习量子物理， 1936 年得到该校博士学位后，进入久负盛名的贝尔实验室工作 贝尔实验室是电话发明人贝尔创立的 在电子、 特别在通讯领域是最有名气的研究所， 号称 “研究王国” 早在 1936 年，当时的研究部主任，后来的贝尔实验室总裁默文凯利就对肖克利说过，为了适应通讯不断增长的需要，将来一定会用电子交换取代电话系统的机械转换这段话给肖克利留下了不可磨灭的印象，激起他满腔热情，把毕生精力投入到推进电子技术进步的事业中沃尔特布拉顿也

16、是美国人， 1902 年 2 月 10 日出生在中国南方美丽的城市厦门，当时他父亲受聘在中国任教布拉顿是实验专家， 1929 年获得明尼苏达大学的博士学位后， 进入贝尔研究所从事真空管研究工作 温文儒雅的美国人巴丁是一个大学教授的儿子， 1908 年在美国威斯康星州的麦迪逊出生， 相继于 1928 年和 1929 年在威斯康星大学获得两个学位 后来又转入普林斯顿大学攻读固体物理， 1936 年获得博士学位 1945 年来到贝尔实验室工作默文凯利是一位颇有远见的科技管理人员 他从 30 年代起， 就注意寻找和采用新材料及依据新原理工作的电子放大器件在第二次世界大战前后，敏锐的科研洞察力促使他果断地决定加强半导体的基础研究，以开拓电子技术的新领域于是， 1945 年夏天，贝尔实验室正式决定以固体物理为主要研究方向，并为此制定了一