模擬電路網絡課件 第七節:特殊二極管

2.4 特殊二極管

2.4.1 齊納二極管

一、穩壓管的結構與特性

穩壓管的伏安特性

穩壓管（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，即穩壓管的穩定電壓。穩壓管的穩壓作用原理在于，對于反向擊穿區域，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，動態電阻愈小，穩壓管的穩壓性能愈好。

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

二、并聯穩壓管穩壓電路

穩壓電路如圖所示。該電路能夠穩定輸出電壓。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

隨著科學技術的發展，在信號傳輸和存儲等環節中，越來越多地應用光信號。采用光電子系統的突出優點是，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 發光二極管

發光二極管（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表示發光二極管的代表符號。幾種常見發光材料的主要參數如下表所示。發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，如穩壓管的穩定電壓VZ、穩定電流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。