二極管結構
二極管基本結構是:由一個PN結及所在半導體加上電極引線和封裝構成;如下圖所示。
1. 陰極/陽極;
2. 外殼;
3. 引線。
根據二極管的具體結構,我們可将它分為:點接觸型,面接觸型,矽平面型3種。
如下圖所示,我們一般在數字電路中使用最多的是矽平面型二極管,而其它兩種結構的二極管也有不同的應用場景。
1. 點接觸型結構特點:結面積小,是以結電容和允許通過的電流小。
點接觸型二極管由于其寄生電容(結電容)小,而适用于高頻電路,是以其一般應用于高頻小信号的檢波、整流、調制、混頻和限幅等。
2. 面接觸型結構特點:結面積大,是以結電容和允許通過的電流大。
面接觸型二極管不僅能通過較大的電流,而且性能穩定可靠,多用于低頻整流/大電流開關、脈沖及低頻電路中。
3. 矽平面型結構特點:結面積大的适用于大功率整流。
平面型結二極管的結面積小、結電容小,同時能通過較大的電流,而且性能穩定可靠,多用于開關、脈沖及高頻電路中。
二極管基本參數
我們知道二極管最重要的參數莫過于其單向導通性,即二極管的正常工作狀态:隻能從二極管的正極(陽極)流入,負極(陰極)流出。
是以單向導通性可分為:正向特性和反向特性。
1. 正向特性:正極接在高電位端,負極在低電位端的連接配接方式稱為正向偏置。
1, 正向電壓小于Vth時:二極管正向電壓小于PN結内建電場大小,PN結電場被逐漸克服,電流随電壓線性增加(小注入)。
此時雖然二極管正向電壓 < Vth,但是二極管并非沒有電流流過,而是會産生部分電流。
2, 正向電壓大于Vth時:此時二極管處于正常導通狀态,PN結電場被完全削弱,二極管導通壓降不變,電流随電壓指數增加(電導調制)。
此時二極管的正向導通,由于電導調制效應,進入“大注入”電流狀态。
2. 反向特性:正極接在低電位端,負極在高電位端的連接配接方式稱為反向偏置。
1, 反向電壓在0V-Ubr範圍:此時二極管處于反向截止狀态,由于反向電壓小,是以反向電流也很小,反向漏電流受溫度影響比較大。
溫度每升高10℃,電流增加4倍;反向漏電流取決于半導體中的少子濃度,而少子的濃度主要取決于溫度。
2, 反向電壓大于Ubr:此時二極管處于反向擊穿狀态,由于電壓大于反向擊穿電壓,二極管失去單向導向性,反向電流突然大增(指數級增加);
3, 反向電壓繼續增大或則過壓時間更長:此時會導緻二極管擊穿損壞,損壞主要是由于器件過熱導緻。
我現在的疑問是,在這些狀态中 “反向截止區”的電流是如何産生的呢?
1. “反向截止區”的PN結狀态:如下圖所示,此時PN結外部加反向電壓(P區負,N區正),外加電場與空間電荷區電場疊加,空間電荷區範圍變大。
2. 此時由于空間電荷區區域變大,必然會産生更多的電子-空穴對:由于反偏空間電荷區有強大的電場(電子濃度和空穴濃度為0),這些本征激發出來的電子-空穴對一經産生,就被電場掃出了空間電荷區:空穴去P區,自由電子去N區。
這部分電荷流動的方向為反偏電流方向,形成反向電流。