模擬電路網(wǎng)絡(luò)課件 第七節(jié):特殊二極管

2.4 特殊二極管

2.4.1 齊納二極管

一、穩(wěn)壓管的結(jié)構(gòu)與特性

穩(wěn)壓管的伏安特性

穩(wěn)壓管（也稱(chēng)為齊納二極管）是一種用特殊工藝制造的面結(jié)型硅半導(dǎo)體二極管，其代表符號(hào)如圖(a)所示。這種管子的雜質(zhì)濃度比較大，空間電荷區(qū)內(nèi)的電荷密度高，且很窄，容易形成強(qiáng)電場(chǎng)。當(dāng)反向電壓加到某一定值時(shí)，反向電流急劇增加，產(chǎn)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(duì)于反向擊穿區(qū)域，電流有很大變化時(shí)，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(dòng)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(lián)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(dāng)VI或RL變化時(shí)，電路能自動(dòng)地調(diào)整IZ的大小，使R上的壓降RIR改變，達(dá)到使輸出電壓VO（VZ）基本恒定的目的。例如，當(dāng)VI恒定而RL減小時(shí)，將產(chǎn)生如下的自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程：

RLˉ ? VOˉ? ?IO-?IR-?VOˉ?IZˉ?IRˉ

??????????? VO- ??

這樣VO基本維持恒定。

?????

2.5.2 變?nèi)荻O管

二極管結(jié)電容的大小除了與本身結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)外，還與外加電壓有關(guān)。結(jié)電容隨反向電壓的增加而減小，這種效應(yīng)顯著的二極管稱(chēng)為變?nèi)荻O管。

圖(a)為變?nèi)荻O管的代表符號(hào)，圖(b)是變?nèi)荻O管的特性曲線。不同型號(hào)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?nèi)荻O管在高頻技術(shù)中應(yīng)用較多。

2.5.3 光電二極管

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在信號(hào)傳輸和存儲(chǔ)等環(huán)節(jié)中，越來(lái)越多地應(yīng)用光信號(hào)。采用光電子系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)是，抗干擾能力較強(qiáng)、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(tǒng)的電子器件。

光電二極管的結(jié)構(gòu)與PN結(jié)二極管類(lèi)似，管殼上的一個(gè)玻璃窗口能接收外部的光照。這種器件的PN結(jié)在反向偏置狀態(tài)下運(yùn)行，它的反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。圖(a)是光電二極管的代表符號(hào)，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(diǎn)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(shù)量級(jí)。

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(dāng)這種管子通以電流時(shí)將發(fā)出光來(lái)，這是由于電子與空穴直接復(fù)合而放出能量的結(jié)果。它的光譜范圍是比較窄，其波長(zhǎng)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(hào)。幾種常見(jiàn)發(fā)光材料的主要參數(shù)如下表所示。發(fā)光二極管常用來(lái)作為顯示器件，除單個(gè)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(gè)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(jié)構(gòu)圖如圖(a)所示。

激光二極管的物理結(jié)構(gòu)是在發(fā)光二極管的結(jié)間安置一層具有光活性的半導(dǎo)體，其端面經(jīng)過(guò)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(jié)發(fā)射出光來(lái)并與光諧振腔相互作用，從而進(jìn)一步激勵(lì)從結(jié)上發(fā)射出單波長(zhǎng)的光，這種光的物理性質(zhì)與材料有關(guān)。

半導(dǎo)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(hào)。激光二極管在計(jì)算機(jī)上的光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，激光打印機(jī)中的打印頭等小功率光電設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。

本 章 小 結(jié)
　

半導(dǎo)體中有兩種載流子：電子和空穴。載流子有兩種運(yùn)動(dòng)方式：擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)。本征激發(fā)使半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，但它們的數(shù)目很少，并與溫度有密切關(guān)系。在純半導(dǎo)體中摻入不同的有用雜質(zhì)，可分別形成P型和N型兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體。它們是各種半導(dǎo)體器件的基本材料。

?PN結(jié)是各種半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)形式，如二極管由一個(gè)PN結(jié)加引線組成。因此，掌握PN結(jié)的特性對(duì)于了解和使用各種半導(dǎo)體器件有著十分重要的意義。PN結(jié)的重要特性是單向?qū)щ娦浴?

為合理選擇和正確使用各種半導(dǎo)體器件，必須熟悉它們的參數(shù)。這些參數(shù)大至可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是性能參數(shù)，如穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓VZ、穩(wěn)定電流IZ、溫度系數(shù)等；另一類(lèi)是極限參數(shù)，如二極管的最大整流電流、最高反向工作電壓等。必須結(jié)合PN結(jié)特性及應(yīng)用電路，逐步領(lǐng)會(huì)這些參數(shù)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(jì)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(jìn)行分段線性化處理，從而得到幾種簡(jiǎn)化的模型，如理想模型、恒壓降模型、折線模型和小信號(hào)模型。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)工作條件選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀?

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