特殊二極管

一、穩(wěn)壓管的結構與特性

穩(wěn)壓管的伏安特性

穩(wěn)壓管（也稱為齊納二極管）是一種用特殊工藝制造的面結型硅半導體二極管，其代表符號如圖(a)所示。這種管子的雜質濃度比較大，空間電荷區(qū)內的電荷密度高，且很窄，容易形成強電場。當反向電壓加到某一定值時，反向電流急劇增加，產生反向擊穿，其特性如圖(b)所示。圖中的VZ表示反向擊穿電壓，即穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用原理在于，對于反向擊穿區(qū)域，電流有很大變化時，只引起很小的電壓變化，即電壓基本不變。反向擊穿曲線愈陡，動態(tài)電阻愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能愈好。

在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，一般都加限流電阻R，使穩(wěn)壓管電流工作在IZmax和IZmix的穩(wěn)壓范圍。

二、并聯穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓電路如圖所示。該電路能夠穩(wěn)定輸出電壓。當VI或RL變化時，電路能自動地調整IZ的大小，使R上的壓降RIR改變，達到使輸出電壓VO（VZ）基本恒定的目的。例如，當VI恒定而RL減小時，將產生如下的自動調節(jié)過程：

RLˉ ? VOˉ ?IO­?IR­?VOˉ?IZˉ?IRˉ

VO­

這樣VO基本維持恒定。

2.5.2 變容二極管

二極管結電容的大小除了與本身結構和工藝有關外，還與外加電壓有關。結電容隨反向電壓的增加而減小，這種效應顯著的二極管稱為變容二極管。

圖(a)為變容二極管的代表符號，圖(b)是變容二極管的特性曲線。不同型號的管子，其電容最大值可能5~300pF。最大電容與最小電容之比約為5:1。變容二極管在高頻技術中應用較多。

2.5.3 光電二極管

隨著科學技術的發(fā)展，在信號傳輸和存儲等環(huán)節(jié)中，越來越多地應用光信號。采用光電子系統的突出優(yōu)點是，抗干擾能力較強、傳送信息量大、傳輸耗損小且工作可靠。光電二極管是光電子系統的電子器件。

光電二極管的結構與PN結二極管類似，管殼上的一個玻璃窗口能接收外部的光照。這種器件的PN結在反向偏置狀態(tài)下運行，它的反向電流隨光照強度的增加而上升。圖(a)是光電二極管的代表符號，圖(b)是它的等效電路，而圖(c)則是它的特性曲線。光電二極管的主要特點是，它的反向電流與照度成正比，其靈敏度的典型值為0.1mA/lx數量級。

2.5.4 發(fā)光二極管

發(fā)光二極管（LED）通常用元素周期表中Ⅲ、Ⅴ族元素的化合物，如砷化鎵、磷化鎵等所制成的。當這種管子通以電流時將發(fā)出光來，這是由于電子與空穴直接復合而放出能量的結果。它的光譜范圍是比較窄，其波長由所使用的基本材料而定。圖1表示發(fā)光二極管的代表符號。幾種常見發(fā)光材料的主要參數如下表所示。發(fā)光二極管常用來作為顯示器件，除單個使用外，也常作為七段式或矩陣式器件，工作電流一般為幾個毫安至十幾毫安之間。

發(fā)光二極管的主要特性表

2.5.5 激光二極管

激光二極管的結構圖如圖(a)所示。

激光二極管的物理結構是在發(fā)光二極管的結間安置一層具有光活性的半導體，其端面經過拋光后具有部分反射功能，因而形成一光諧振腔。在正向偏置的情況下，LED結發(fā)射出光來并與光諧振腔相互作用，從而進一步激勵從結上發(fā)射出單波長的光，這種光的物理性質與材料有關。

半導體激光二極管的工作原理，理論上與氣體激光器相同。圖(b)是激光二極管的代表符號。激光二極管在計算機上的光盤驅動器，激光打印機中的打印頭等小功率光電設備中得到了廣泛的應用。

本 章 小 結
　

半導體中有兩種載流子：電子和空穴。載流子有兩種運動方式：擴散運動和漂移運動。本征激發(fā)使半導體中產生電子-空穴對，但它們的數目很少，并與溫度有密切關系。在純半導體中摻入不同的有用雜質，可分別形成P型和N型兩種雜質半導體。它們是各種半導體器件的基本材料。

PN結是各種半導體器件的基本結構形式，如二極管由一個PN結加引線組成。因此，掌握PN結的特性對于了解和使用各種半導體器件有著十分重要的意義。PN結的重要特性是單向導電性。

為合理選擇和正確使用各種半導體器件，必須熟悉它們的參數。這些參數大至可分為兩類，一類是性能參數，如穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓VZ、穩(wěn)定電流IZ、溫度系數等；另一類是極限參數，如二極管的最大整流電流、最高反向工作電壓等。必須結合PN結特性及應用電路，逐步領會這些參數的意義。

二極管的伏安特性是非線性的，所以它是非線性器件。為分析計算電路方便，在特定條件下，常把二極管的非線性伏安特性進行分段線性化處理，從而得到幾種簡化的模型，如理想模型、恒壓降模型、折線模型和小信號模型。在實際應用中，應根據工作條件選擇適當的模型。

對二極管伏安特性曲線中不同區(qū)段的利用，可以構成各種不同的應用電路。組成各種應用電路時，關鍵是外電路（包括外電源、電阻等元件）必須為器件的應用提供必要的工作條件和安全保證。