晶體二極管為一個(gè)由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的P-N結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于P-N結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。

　　當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。

　　當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流。

　　當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，P-N結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。

　　半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)

　　二極管伏安特性曲線如圖1所示。

圖1  二極管伏安特性曲線

　　1.反向飽和漏電流IR

　　指在二極管兩端加入反向電壓時(shí)，流過(guò)二極管的電流，該電流與半導(dǎo)體材料和溫度有關(guān)。在常溫下，硅管的IR為納安（10-9A）級(jí)，鍺管的IR為微安（10-6A）級(jí)。

　　2.額定整流電流IF

　　指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，根據(jù)允許溫升折算出來(lái)的平均電流值。目前大功率整流二極管的IF值可達(dá)1000A。

　　3. 平均整流電流IO

　　在半波整流電路中，流過(guò)負(fù)載電阻的平均整流電流的值。這是設(shè)計(jì)時(shí)非常重要的值。

　　4. 浪涌電流IFSM

　　允許流過(guò)的過(guò)量的正向電流。它不是正常電流，而是瞬間電流，這個(gè)值相當(dāng)大。

　　5.反向峰值電壓VRM

　　即使沒(méi)有反向電流，只要不斷地提高反向電壓，遲早會(huì)使二極管損壞。這種能加上的反向電壓，不是瞬時(shí)電壓，而是反復(fù)加上的正反向電壓。因給整流器加的是交流電壓，它的值是規(guī)定的重要因子。反向峰值電壓VRM指為避免擊穿所能加的反向電壓。目前的VRM值可達(dá)幾千伏。

　　6. 直流反向電壓VR

　　上述反向峰值電壓是反復(fù)加上的峰值電壓，VR是連續(xù)加直流電壓時(shí)的值。用于直流電路，直流反向電壓對(duì)于確定允許值和上限值是很重要的。

　　7.工作頻率fM

　　由于PN結(jié)的結(jié)電容存在，當(dāng)工作頻率超過(guò)某一值時(shí)，它的單向?qū)щ娦詫⒆儾睢｜c(diǎn)接觸式二極管的fM值較高，在100MHz以上；整流二極管的fM較低，一般不高于幾千赫。

　　8.反向恢復(fù)時(shí)間Trr

　　當(dāng)工作電壓從正向電壓變成反向電壓時(shí)，二極管工作的理想情況是電流能瞬時(shí)截止。實(shí)際上，一般要延遲一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間。決定電流截止延時(shí)的量，就是反向恢復(fù)時(shí)間。雖然它直接影響二極管的開(kāi)關(guān)速度，但不一定說(shuō)這個(gè)值小就好。也即當(dāng)二極管由導(dǎo)通突然反向時(shí)，反向電流由很大衰減到接近IR時(shí)所需要的時(shí)間。大功率開(kāi)關(guān)管工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，此項(xiàng)指標(biāo)至為重要。

　　9. 功率P

　　二極管中有電流流過(guò)，就會(huì)吸熱，而使自身溫度升高。功率P為功率的值。具體講就是加在二極管兩端的電壓乘以流過(guò)的電流。這個(gè)極限參數(shù)對(duì)穩(wěn)壓二極管，可變電阻二極管顯得特別重要。

　　半導(dǎo)體二極管的命名方法

　　半導(dǎo)體器件的型號(hào)由五個(gè)部分組成，如圖2所示。如2AP9，其中“2”表示電極數(shù)為2，“A”表示N型鍺材料，“P”表示普通管，“9”表示序號(hào)。

圖2 半導(dǎo)體二極管的型號(hào)組成

　　半導(dǎo)體二極管的分類

　　半導(dǎo)體二極管按其用途可分為：普通二極管和特殊二極管。普通二極管包括整流二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、開(kāi)關(guān)二極管、快速二極管等；特殊二極管包括變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管、隧道二極管、觸發(fā)二極管和激光二極管等。幾種主要二極管的特性如下：

　　1.整流二極管

　　整流二極管結(jié)構(gòu)主要是平面接觸型，其特點(diǎn)是允許通過(guò)的電流比較大，反向擊穿電壓比較高，但PN結(jié)電容比較大，一般應(yīng)用于處理頻率不高的電路中。例如整流電路、嵌位電路、保護(hù)電路等。整流二極管在使用中主要考慮的因素是整流電流和反向工作電壓應(yīng)大于實(shí)際工作中的值。

　　2.快速二極管

　　快速二極管的工作原理與普通二極管相同，但由于普通二極管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，約為4 ms～5ms，不能適應(yīng)高頻開(kāi)關(guān)電路的要求。快速二極管主要應(yīng)用于高頻整流電路、高頻開(kāi)關(guān)電源、高頻阻容吸收電路、逆變電路等，其反向恢復(fù)時(shí)間可達(dá)10ns?？焖俣O管主要包括快恢復(fù)二極管和肖特基二極管。

　　3.快恢復(fù)二極管（簡(jiǎn)稱FRD）：是一種具有開(kāi)關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短等特點(diǎn)的半導(dǎo)體二極管，主要用于開(kāi)關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，常作高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用?？旎謴?fù)二極管在制造上采用摻金、單純的擴(kuò)散等工藝，可獲得較高的開(kāi)關(guān)速度，同時(shí)也能得到較高的耐壓?？旎謴?fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同，它屬于PIN結(jié)型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓（耐壓值）較高。快恢復(fù)二極管主要應(yīng)用在逆變電源中作整流元件，高頻電路中的限幅、嵌位等。

　　4.肖特基（Schottky）二極管：也稱肖特基勢(shì)壘二極管（簡(jiǎn)稱SBD），是由金屬與半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘層為基礎(chǔ)制成的二極管，主要特點(diǎn)是正向?qū)▔航敌。s0.45V），反向恢復(fù)時(shí)間短和開(kāi)關(guān)損耗小，是一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件，應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、變頻器、驅(qū)動(dòng)器等電路，作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管使用，或在微波通信等電路中作整流二極管、小信號(hào)檢波二極管使用。肖特基二極管在結(jié)構(gòu)上與PN結(jié)二極管的區(qū)別很大，它的內(nèi)部由陽(yáng)極金屬（用鉬或鋁等材料制成的阻擋層）、二氧化硅（SiO2）電場(chǎng)消除材料、N-外延層（砷材料）、N型硅基片、N+陰極層及陰極金屬等構(gòu)成，在N型基片和陽(yáng)極金屬之間形成肖特基勢(shì)壘。當(dāng)在肖特基勢(shì)壘兩端加上正向偏壓（陽(yáng)極金屬接電源正極，N型基片接電源負(fù)極）時(shí)，肖特基勢(shì)壘層變窄，其內(nèi)阻變小。反之，若在肖特基勢(shì)壘兩端加上反向偏壓時(shí)，肖特基勢(shì)壘層則變寬，內(nèi)阻變大。

　　肖特基二極管耐壓較低，反向漏電流較大，依據(jù)這個(gè)特性，可其應(yīng)用在高頻低壓電路中。目前其主要應(yīng)用還是在功率轉(zhuǎn)換電路中，耐壓一般小于150V，平均電流小于100A，反向恢復(fù)時(shí)間介于10 ns～40ns之間。

　　5.穩(wěn)壓二極管：穩(wěn)壓二極管又稱齊納二極管或反向擊穿二極管，是利用PN結(jié)反向擊穿特性所表現(xiàn)出的穩(wěn)壓性能制成的器件，在電路中起穩(wěn)定電壓作用。當(dāng)二極管被反向擊穿后，在一定反向電流范圍內(nèi)反向電壓不會(huì)隨反向電流變化。穩(wěn)壓二極管通常由硅半導(dǎo)體材料采用合金法或擴(kuò)散法制成，它既具有普通二極管的單向?qū)щ娞匦?，又可工作于反向擊穿狀態(tài)。在反向電壓較低時(shí)，穩(wěn)壓二極管截止；當(dāng)反向電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然增大，穩(wěn)壓二極管進(jìn)入擊穿區(qū)，此時(shí)即使反向電流在很大范圍內(nèi)變化，穩(wěn)壓二極管兩端的反向電壓仍基本保持不變。當(dāng)反向電流增大到一定數(shù)值后，穩(wěn)壓二極管則會(huì)被徹底擊穿而損壞。穩(wěn)壓二極管的特性曲線如圖3。

圖3 穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線

　　根據(jù)封裝形式、電流容量、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同穩(wěn)壓二極管又可分為多種類型。以封裝形式劃分，有金屬外殼封裝穩(wěn)壓二極管、玻璃封裝（簡(jiǎn)稱玻封）穩(wěn)壓二極管和塑料封裝（簡(jiǎn)稱塑封）穩(wěn)壓二極管三種。塑封穩(wěn)壓二極管又有引線型和表面封裝兩種類型。

　　穩(wěn)壓管的主要參數(shù)包括：1. 穩(wěn)壓值VZ，當(dāng)流過(guò)穩(wěn)壓管的電流為某一規(guī)定值時(shí)穩(wěn)壓管兩端的壓降；2. 電壓溫度系數(shù)，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值VZ的溫度系數(shù)在VZ低于4V時(shí)為負(fù)溫度系數(shù)值；當(dāng)VZ的值大于7V時(shí)，其溫度系數(shù)為正值；當(dāng)VZ的值在6V左右時(shí)，其溫度系數(shù)近似為零。目前低溫度系數(shù)的穩(wěn)壓管是由兩只穩(wěn)壓管反向串聯(lián)而成，利用兩只穩(wěn)壓管處于正反向工作狀態(tài)時(shí)具有正、負(fù)不同的溫度系數(shù)，可得到很好的溫度補(bǔ)償。3. 動(dòng)態(tài)電阻rZ，表示穩(wěn)壓管穩(wěn)壓性能的優(yōu)劣，一般工作電流越大，rZ越??；4. 允許功耗PZ，由穩(wěn)壓管允許達(dá)到的溫升決定，小功率穩(wěn)壓管的PZ值為100 mW～1000mW，大功率的可達(dá)50W。5. 穩(wěn)定電流IZ，測(cè)試穩(wěn)壓管參數(shù)時(shí)所加的電流。實(shí)際流過(guò)穩(wěn)壓管的電流低于IZ時(shí)仍能穩(wěn)壓，但rZ較大。

　　穩(wěn)壓管的主要的用途是穩(wěn)定電壓，在要求不高、電流變化范圍不大的情況下，可選與需要的穩(wěn)壓值為接近的穩(wěn)壓管直接同負(fù)載并聯(lián)。在穩(wěn)壓、穩(wěn)流電源系統(tǒng)中一般作基準(zhǔn)電源，也有在集成運(yùn)放中作為直流電平平移。其存在的缺點(diǎn)是噪聲系數(shù)較高，穩(wěn)定性較差。

　　6.半導(dǎo)體發(fā)光二極管：發(fā)光二極管（LED）是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體材料制成。它除了具有一般P-N結(jié)的I-N特性，此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。半導(dǎo)體發(fā)光二極管屬于電流激發(fā)的電致發(fā)光器件，該現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)于1923年，當(dāng)時(shí)并沒(méi)有引起人們的注意。隨著近代技術(shù)的發(fā)展，對(duì)發(fā)光器件提出了新的要求，希望發(fā)光管簡(jiǎn)單、可靠、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低、小型化，自60年代開(kāi)始電致發(fā)光的研究非?；钴S。

　　LED的結(jié)構(gòu)依應(yīng)用和材料摻雜情況而異。用于可見(jiàn)光指示和顯示方面的LED,要求結(jié)構(gòu)化以獲得高效率；用于光通信的LED, 發(fā)射波長(zhǎng)必須在光纖呈現(xiàn)低損耗的窗口區(qū)內(nèi)，以高輻射度把功率耦合入光纖中，另外還需有較大的調(diào)制能力。

　　LED的主要特點(diǎn)是，工作在低壓（低于2伏）、小電流（幾十毫安至200毫安）下，功耗小、體積小、可直接與固體電路連接使用，且穩(wěn)定、可靠、壽命長(zhǎng)（105～106小時(shí)）、價(jià)格便宜，此外，LED調(diào)制方便，通過(guò)調(diào)制驅(qū)動(dòng)電流即可調(diào)制光輸出。

　　LED可用作指示燈、文字-數(shù)字顯示、光耦合器件、光通信系統(tǒng)光源等。用作指示燈的LED有兩種結(jié)構(gòu)：徑向引線結(jié)構(gòu)和軸向引線結(jié)構(gòu)。前者尺寸小、價(jià)格低，適宜安裝在印刷電路板（PCB）上；后者既可安裝在儀器面板上，又可直接安裝在PCB上。專為PCB設(shè)計(jì)的的LED指示燈，可與晶體管和集成電路兼容，用來(lái)指示電路狀態(tài)和故障；文字－數(shù)字顯示 　LED用在袖珍計(jì)算器、數(shù)字手表和電子儀表的數(shù)字顯示，多為七段顯示。對(duì)臺(tái)式計(jì)算器，顯示方式則常常是全文字-數(shù)字的35點(diǎn)矩陣，LED排成7×5陣列。35點(diǎn)矩陣價(jià)格較高、驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜；光通信系統(tǒng)中使用的LED要求有良好的方向性，適于光通信應(yīng)用的兩種主要光源是高輻射度LED和半導(dǎo)體注入激光器，廣泛用作中、短距離光通信系統(tǒng)的光源。此外，LED還用于信息處理、圖像傳輸、測(cè)距和傳感等領(lǐng)域；用作光耦合器件GaAs（或GaAsP）的LED與Si－PN結(jié)探測(cè)器相結(jié)合，可以制成許多新型器件，進(jìn)行光-電和電-光的轉(zhuǎn)換，通常稱為光耦合器件。熟知的是光耦合隔離器，它高速、可靠并可提供高至2.5千伏的電隔離。采用光耦合器件的汽車點(diǎn)火裝置，省油、易起動(dòng)、工作平穩(wěn)。

　　在新興應(yīng)用市場(chǎng)的帶動(dòng)下，LED的應(yīng)用領(lǐng)域已從初簡(jiǎn)單的電器指示燈、LED顯示屏發(fā)展到LCD背光源、景觀照明、室內(nèi)裝飾燈等其它領(lǐng)域。由于LED具有的長(zhǎng)壽命、無(wú)污染、低功耗等特性，未來(lái)LED還將逐步替代熒光燈、白熾燈成為下一代綠色照明光源。室內(nèi)照明將是LED市場(chǎng)規(guī)模和發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用。LED顯示屏按顏色可分為單色、雙色和全彩顯示屏，LED全彩顯示屏由RGB三基色LED組成，每基色具有256級(jí)灰度，可顯示16777216種顏色，色彩鮮艷，圖像逼真。

　　7.激光二極管：激光二極管本質(zhì)上是一個(gè)半導(dǎo)體二極管，按照PN結(jié)材料劃分，可以把激光二極管分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)（SH）、雙異質(zhì)結(jié)（DH）和量子阱（QW）激光二極管。常用的激光二極管有兩種：PIN光電二極管。它在收到光功率產(chǎn)生光電流時(shí)，會(huì)帶來(lái)量子噪聲；雪崩光電二極管。它能夠提供內(nèi)部放大，比PIN光電二極管的傳輸距離遠(yuǎn)，但量子噪聲更大。為了獲得良好的信噪比，光檢測(cè)器件后面須連接低噪聲預(yù)放大器和主放大器。與激光器相比，激光二極管具有效率高、體積小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是輸出功率小（一般小于2mW），線性差、單色性不好，故其在有線電視系統(tǒng)中的應(yīng)用有很多限制，無(wú)法傳輸多頻道和高性能模擬信號(hào)?，F(xiàn)在，激光二極管已在計(jì)算機(jī)的光盤驅(qū)動(dòng)器、激光打印機(jī)的打印頭等小功率光電設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　半導(dǎo)體激光二極管的常用參數(shù)有：波長(zhǎng)、閾值電流Ith、工作電流Iop、垂直發(fā)散角、水平發(fā)散角和監(jiān)控電流Im等。

　　二極管的檢測(cè)方法

　　1.    普通二極管的檢測(cè)

　　二極管的極性通常在管殼上有標(biāo)記，用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)量其正反向電阻也可判斷極性。將萬(wàn)用表置于R×100或R×1k（Ω）擋（R×1擋電流太大，用R×10k（Ω）擋電壓太高，都易損壞管子），測(cè)試示意圖如圖4

圖4 萬(wàn)用表簡(jiǎn)易測(cè)試二極管示意圖，其中（a）電阻?。唬╞）電阻大

　　2.普通發(fā)光二極管的檢測(cè)

　?。?）萬(wàn)用表檢測(cè)法。利用具有×10kΩ擋的指針式萬(wàn)用表可以大致判斷發(fā)光二極管的好壞。正常時(shí)，二極管正向電阻阻值為幾十至200kΩ，反向電阻的值為∝。如果正向電阻值為0或?yàn)椤?，反向電阻值很小或?yàn)?，則易損壞。這種檢測(cè)方法，無(wú)法看到發(fā)光情況。

　　（2）外接電源測(cè)量。用3V穩(wěn)壓源或干電池及萬(wàn)用表可以較準(zhǔn)確地測(cè)量發(fā)光二極管的光、電特性。為此可按圖5所示連接電路即可。如果測(cè)得VF在1.4V～3V之間，且發(fā)光亮度正常，可以說(shuō)明發(fā)光正常。如果測(cè)得VF=0或VF≈3V，且不發(fā)光，說(shuō)明發(fā)光管已壞。

　　3.紅外發(fā)光二極管的檢測(cè)

　　由于紅外發(fā)光二極管發(fā)射的光為1μm～3μm的紅外光，人眼看不到。通常紅外發(fā)光二極管發(fā)射功率只有幾mW，不同型號(hào)的紅外LED發(fā)光強(qiáng)度角分布也不相同。紅外LED的正向壓降一般為1.3μV～2.5V。因紅外發(fā)光二極管發(fā)出的為不可見(jiàn)光，上述方法只能判定其PN結(jié)正、反向電學(xué)特性是否正常，而無(wú)法判定發(fā)光情況。為此，準(zhǔn)備一只光敏器件作為接收器。

　　二極管的選用

　　在電路設(shè)計(jì)中選用二極管時(shí)需考慮如下主要參數(shù)：

　　1.正向特性

　　當(dāng)兩端的正向電壓很小時(shí)，二極管不導(dǎo)通處于“死區(qū)”狀態(tài)；當(dāng)正向電壓超過(guò)一定數(shù)值后，二極管開(kāi)始導(dǎo)通，且電流隨電壓的不斷升高而增大。不同材料的二極管，起始電壓不同，硅管約為0.5V～0.7V，鍺管為0.1V～0.3V。

　　2.反向特性

　　二極管兩端加上反向電壓時(shí)，反向電流很小，當(dāng)反向電壓逐漸增大時(shí)，反向電流基本保持不變。不同材料的二極管，反向電流不同，硅管約為1微安到幾十微安，鍺管則可高達(dá)數(shù)百微安。反向電流受溫度變化的影響較大，鍺管的穩(wěn)定性比硅管略差。

　　3.擊穿特性

　　當(dāng)反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流急劇增大，稱為反向擊穿。反向擊穿電壓值因器件結(jié)構(gòu)、工藝和材料的差異差別很大，從1伏到幾百伏，甚至高達(dá)數(shù)千伏。

　　4.頻率特性

　　由于結(jié)電容的存在，當(dāng)頻率高到某一程度時(shí)，容抗小到使PN結(jié)短路，導(dǎo)致二極管失去單向?qū)щ娦远荒芄ぷ?。PN結(jié)面積越大，結(jié)電容也越大，在高頻情況下二極管越不能工作。

　　普通二極管主要用于整流、檢波、混頻、開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓等，在許多電路中起著重要作用。特殊二極管如發(fā)光二極管因技術(shù)的進(jìn)步，極大地拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。從數(shù)量上看，憑借國(guó)內(nèi)強(qiáng)大的制造能力，指示燈依舊是LED的應(yīng)用大戶，用量占據(jù)LED市場(chǎng)消耗量的半壁江山。但由于指示燈多為普通亮度LED，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展產(chǎn)量很大且早已形成買方市場(chǎng)，指示燈領(lǐng)域的LED市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)緩慢。在節(jié)能減排的大環(huán)境下，各國(guó)政府紛紛出臺(tái)政策推進(jìn)LED燈進(jìn)入普通照明燈具市場(chǎng)，室內(nèi)照明將成為L(zhǎng)ED發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用。此外，顯示屏市場(chǎng)、數(shù)碼設(shè)備的背光源市場(chǎng)以及汽車車燈市場(chǎng)等在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)將成為L(zhǎng)ED的主要應(yīng)用市場(chǎng)。