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计算机电路基础学习指导：二极管特性与模型

2023-11-24 理论教育 版权反馈
【摘要】：图3-1 PN结伏安特性①饱和段（OC段）：UBR

1.PN结

（1）N型半导体和P型半导体。

1）N型半导体：4价元素（例如硅）掺入微量5价元素（例如磷）后形成。特点：自由电子数≫空穴数，自由电子数为多数载流子。

2）P型半导体：4价元素（例如硅）掺入微量3价元素（例如硼）后形成。特点：空穴数≫自由电子数，空穴为多数载流子。

（2）PN结及其单向导电特性。

1）PN结加正向电压（P接正，N接负）——导通。

2）PN结加反向电压（P接负，N接正）——截止。

2.二极管

（1）二极管的伏安特性（如图3-1所示）。

1）正向特性。

①死区段（OA段）：0≤uD<Uth，二极管截止。

死区电压：硅材料Uth≈0.5V，锗材料Uth≈0.2V。

②导通段（AB段）：uD>Uth，二极管导通。

导通电压：硅材料Uon=0.6～0.7V，锗材料Uon=0.2～0.3V。

2）反向特性。

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图3-1 PN结伏安特性

①饱和段（OC段）：UBR<uD<0，二极管截止，仅有少量反向电流。

反向电流呈饱和特性，用IS表示，主要取决于温度而与外加电压基本无关。

IS的大小体现了二极管单向导电特性的好坏，即质量的优劣。

硅二极管的反向饱和电流IS比锗二极管小得多。一般，小功率硅二极管IS小于0.1μA，可忽略不计；小功率锗二极管IS为几十至几百微安。因此，硅二极管以其比锗二极管优越的特性得到了更广泛的应用。

②击穿段（CD段）：uD≥UBR，PN结击穿，反向电流急剧增大。

（2）温度对二极管伏安特性的影响（如图3-2所示）。

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图3-2 温度对伏安特性的影响

①T↑，Uth↓，Uon↓。正向特性左移。

温度每升高1℃，Uon约减小2～2.5mV。

②T↑，IS↑↑，反向特性下移。

温度每升高10℃，反向饱和电流约增大一倍。

（3）二极管的主要特性参数。(www.chuimin.cn)

①最大整流电流IF。

②最高反向工作电压URM。

③反向饱和电流IS。

④最高工作频率fM。

（4）理想二极管（将二极管看做一个开关）。

1）理想二极管模型（如图3-3a所示）。

2）恒压降模型（如图3-3b所示）。

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图3-3 理想二极管的伏安特性

a）理想二极管模型 b）恒电压降模型

3.稳压二极管

（1）伏安特性：与普通二极管的伏安特性相似。

（2）稳压工作条件：①电压极性反偏；②有合适的工作电流。

（3）主要特性参数。

①稳定电压UZ。

②稳定电流IZ。

③最大耗散功率PZM和最大工作电流IZM。

④动态电阻rZ。

⑤电压温度系数αZ。

4.发光二极管和光敏二极管

（1）发光二极管：即LED（LightEmittingDiode），应用广泛。

正向导通时能发出不同的颜色：红、绿、黄、蓝等。

正向压降：1.5～2V。

工作电流：几至几十毫安，亮度随电流增大而增强。典型工作电流：10mA。

（2）光敏二极管。

反向电流（称为暗电流）很微小，一般为0.1μA左右。

有光照时反向电流（称为光电流）随光照度增加而增大，光电流最大约几十微安。

主要用途：光的测量、光电池、光敏晶体管和光耦合器。

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