整流二极管

二极管 - 具有一个 p-n 结的双电极半导体器件，具有单侧电流传导。有许多不同类型的二极管 - 整流器、脉冲、隧道、反向、微波二极管，以及齐纳二极管、变容二极管、光电二极管、LED 等。

整流二极管

整流二极管的操作由电气 p-n 结的特性来解释。

在两个半导体的边界附近，形成了一个没有移动电荷载流子（由于复合）并具有高电阻的层——所谓的阻挡层。该层决定了接触电位差（势垒）。

如果在 p-n 结上施加外部电压，在与电场相反的方向上产生电场，则该层的厚度将减小，并且在 0.4-0.6 V 的电压下，阻挡层将消失，电流将显着增加（这种电流称为直流电）。

整流二极管当外接不同极性的电压时，阻挡层会增加，p—n结的电阻会增加，即使在较高的电压下，由于少数载流子的移动而产生的电流也可以忽略不计。

二极管的正向电流由主要载流子产生，反向电流由少数载流子产生。二极管沿从阳极到阴极的方向传递正（正向）电流。

在图。图 1 显示了整流二极管的常规图形名称 (UGO) 和特性（它们的理想和实际电流-电压特性）。原点处二极管电流-电压特性 (CVC) 的明显不连续性与图中第一和第三象限中不同的电流和电压标度有关。两个二极管输出：UGO 中的阳极 A 和阴极 K 未指定，并在图中显示以进行说明。

实际二极管的电流-电压特性显示了电击穿区域，当反向电压小幅增加时，电流急剧增加。

电气损坏是可逆的。当返回工作区域时，二极管不会失去其特性。如果反向电流超过一定值，那么电气故障就会随着器件的失效变成不可逆的热故障。

米。 1、半导体整流器：a——常规图形表示，b——理想电流-电压特性，c——实际电流-电压特性

该行业主要生产锗（Ge）和硅（Si）二极管。

整流二极管

硅二极管具有较低的反向电流、较高的工作温度（150 — 200°C 与 80 — 100°C）、承受高反向电压和电流密度（60 — 80 A/cm2 与 20 — 40 A/cm2）。此外，硅是一种常见元素（不同于锗二极管，它是一种稀土元素）。

锗二极管的优点包括直流电流流动时的低电压降（0.3 - 0.6 V 与 0.8 - 1.2 V）。除了列出的半导体材料外，砷化镓GaAs还用于微波电路。

按生产工艺，半导体二极管分为点状和平面状两大类。

点型二极管由一块面积为0.5—1.5mm2的n型Si或Ge板和接触点处的钢针构成p—n结。由于面积小，结电容小，因此这种二极管可以工作在高频电路中，但通过结的电流不能很大（一般不超过100mA）。

平面二极管由两个相连的具有不同电导率的 Si 或 Ge 板组成。大的接触面积导致大的结电容和相对较低的工作频率，但流过的电流可能很大（高达 6000 A）。

整流二极管的主要参数有：

根据第一个参数，整流二极管分为：

脉冲二极管用于具有施加电压的脉冲特性的低功率电路中。对它们的一个独特要求是从关闭状态到打开状态的转换时间短，反之亦然（典型时间为 0.1 - 100 μs）。 UGO脉冲二极管与整流二极管相同。

如图。 2. 脉冲二极管中的瞬态过程：a — 将电压从正向切换为反向时电流的依赖性，b — 电流脉冲通过二极管时电压的依赖性

脉冲二极管的具体参数包括：

当 p 区和 n 区的杂质浓度大于传统整流器时获得的倒置二极管。这种二极管在反向连接时（图3）对正向电流的电阻较低，而在直接连接时电阻相对较高。因此，它们被用于校正电压幅度为零点几伏的小信号。

米。 3、反相二极管的UGO和VAC

通过金属-半导体跃迁获得的肖特基二极管。在这种情况下，使用具有相同半导体的高电阻薄外延层的低电阻 n 型硅（或碳化硅）衬底（图 4）。

米。 4. UGO与肖特基二极管的结构：1——低阻硅初始晶体，2——高阻硅外延层，3——空间电荷区，4——金属接触

金属电极应用于外延层的表面，提供整流但不会将少数载流子注入核心区域（最常见的是金）。因此，在这些二极管中，不存在基极中少数载流子的积累和再吸收这样缓慢的过程。因此，肖特基二极管的惯性并不高。它由整流器触点的势垒电容值 (1 — 20 pF) 决定。

此外，肖特基二极管的串联电阻明显低于整流二极管的串联电阻，因为金属层与任何甚至高掺杂半导体相比具有低电阻。这允许使用肖特基二极管来整流大电流（数十安培）。它们通常用于开关次级以整流高频电压（高达数 MHz）。

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