微波接收机前端限幅放大器中半导体二极管须考虑的性能指标

半导体二极管摘要：二极管是由一个P-N结构成的半导体器件，即将一个P-N结加上两条电极引线做成管芯，并用管壳封装而成。

P型区的引出线称为正极或阳极，用A表示，N型区的引出线称为负极或阴极，用K表示。

电流只能从阳极向阴极方向移动。

本文介绍半导体二极管的工作原理及使用事宜。

关键词：二极管半导体材料原理导电二极管是由一个P-N结构成的半导体器件，即将一个P-N结加上两条电极引线做成管芯，并用管壳封装而成。

P型区的引出线称为正极或阳极，用A表示，N型区的引出线称为负极或阴极，用K表示。

电流只能从阳极向阴极方向移动。

一、半导体材料从导电性能上看，物质材料可分为三大类：导体：电阻率ρ < 10-3 Ω·cm绝缘体：电阻率ρ > 108 Ω·cm半导体：电阻率ρ介于前两者之间。

目前制造半导体器件的材料用得最多的有：硅和锗两种二、本征半导体、本征激发及杂质半导体1、本征半导体没有杂质和缺陷的半导体单晶，叫做本征半导体。

2、本征激发当温度升高时，电子吸收能量摆脱共价键而形成一对电子和空穴的过程，称为本征激发。

3、杂质半导体在本征半导体中掺入微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著的变化。

因掺入杂质不同，杂质半导体可分为空穴（P）型半导体和电子（N）型半导体两大类。

1）P型半导体在本征半导体中掺入少量的三价元素杂质就形成P型半导体，P型半导体的多数载流子是空穴，少数载流子是电子。

2）N型半导体在本征半导体中掺入少量的五价元素杂质就形成N型半导体。

N型半导体的多数载流子是电子，少数载流子是空穴。

三、半导体二极管的工作原理半导体二极管为一个由P型半导体和N型半导体形成的P-N结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。

当不存在外加电压时，由于P-N 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。

当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。

当外加的反向电压高到一定程度时，P-N结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。

四、半导体二极管的类型1）按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si 管）、砷化镓二极管。

它们的正向导通电压（P-N结电压）差别较大，锗管为0.2～0.3V，硅管为0.6～0.7V。

锗二极管的反向饱和漏电流比硅二极管大，锗管一般为十到几百微安，而硅管在1微安以下。

锗管耐高温性能远远不如硅管，锗管最高承受温度不超过100℃，而硅管可高达200℃。

2）根据其不同用途，可分普通二极管和特殊二极管。

普通二极管可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、恒流二极管、开关二极管、限幅用二极管、调制用二极管、混频用二极管、放大用二极管、频率倍增用二极管、PIN型二极管、雪崩二极管、江崎二极管、快速关断（阶跃恢复）二极管、肖特基二极管、阻尼二极管、瞬变电压抑制二极管、双基极二极管等。

特殊二极管包括变容二极管、发光二极管、隧道二极管、触发二极管、光电二极管、磁敏二极管、激光二极管等。

3）按照管芯结构，可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。

点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“P-N 结”。

由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。

面接触型二极管的“P-N结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。

平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。

4）根据构造分类可分为点接触型二极管、键型二极管、合金型二极管、扩散型二极管、台面型二极管、平面型二极管、合金扩散型二极管、外延型二极管、肖特基二极管。

5）根据特性分类点接触型二极管，按正向和反向特性分类有：一般用点接触型二极管、高反向耐压点接触型二极管、高反向电阻点接触型二极管、高传导点接触型二极管。

五、半导体二极管的导电特性二极管最重要的特性就是单方向导电性。

在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。

1.正向特性在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。

必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。

只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。

导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。

2.反向特性在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。

二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。

当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。

六、半导体二极管的主要参数用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。

不同类型的二极管有不同的特性参数。

1、最大整流电流IF是指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。

因为电流通过P-N 结要引起管子发热，电流太大，发热量超过限度（硅管为140°C左右，锗管为90°C左右），就会使P-N结烧坏。

所以，二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。

目前大功率整流二极管的IF值可达数千安。

2、最高反向工作电压VBR加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。

为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。

反向击穿电压VBR 指管子反向击穿时的电压值。

击穿时，反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至因过热而烧坏。

一般手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半，以确保管子安全运行。

目前最高的VBR值可达几千伏。

3、反向电流IR反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，管子末击穿时流过二极管的反向电流。

反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。

值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10°C，反向电流增大一倍。

由于温度增加，反向电流会急剧增加，所以在使用二极管时要注意温度的影响。

5、极间电容 CJ：二极管的极间电容包括势垒电容和扩散电容，在高频运用时必须考虑结电容的影响。

二极管不同的工作状态，其极间电容产生的影响效果也不同。

6、最大直流反向电压VRVR是连续加直流电压时的值。

用于直流电路，最大直流反向电压对于确定允许值和上限值是很重要的。

7、最高工作频率fM由于P-N结的结电容存在，当工作频率超过某一值时，它的单向导电性将变差。

点接触式二极管的fM值较高，在100MHz以上；整流二极管的fM 较低，一般不高于几千赫。

8、反向恢复时间Trr当工作电压从正向电压变成反向电压时，二极管工作的理想情况是电流能瞬时截止。

实际上，一般要延迟一点点时间。

决定电流截止延时的量，就是反向恢复时间。

虽然它直接影响二极管的开关速度，但不一定说这个值小就好。

也即当二极管由导通突然反向时，反向电流由很大衰减到接近IR时所需要的时间。

大功率开关管工作在高频开关状态时，此项指标至为重要。

9、最大功率P二极管中有电流流过，就会吸热，而使自身温度升高。

最大功率P为功率的最大值。

具体讲就是加在二极管两端的电压乘以流过的电流。

这个极限参数对稳压二极管，可变电阻二极管显得特别重要。

二极管的参数是正确使用二极管的依据，一般半导体器件手册中都给出不同型号管子参数。

使用时，应特别注意不要超过最大整流电流和最高反向工作电压，否则将容易损坏管子。

七、测试二极管的好坏在业余条件下可以使用万用表测试二极管性能的好坏。

测试前先把万用表的转换开关拨到欧姆档的R×1K档位（注意不要使用R×1档，以免电流过大烧坏二极管），再将红、黑两根表笔短路，进行欧姆调零。

1、正向特性测试把万用表的黑表笔（表内正极）搭触二极管的正极，红表笔（表内负极）搭触二极管的负极。

若表针不摆到0值而是停在标度盘的中部，这时的阻值就是二极管的正向电阻，一般正向电阻越小越好。

若正向电阻为0值，说明管芯短路损坏，若正向电阻接近无穷大值，说明管芯断路。

短路和断路的管子都不能使用。

2、反向特性测试把万且表的红表笔搭触二极管的正极，黑表笔搭触二极管的负极，若表针指在无穷大值或接近无穷大值，管子就是合格的。

八、二极管串联和并联在高电压或大电流的情况下，如果手头没有承受高电压或整定大电流的整流元件，可以把二极管串联或并联起来使用。

1、二极管并联的情况：两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半，三只二极管并联，每只分担电路总电流的三分之一。

总之，有几只二极管并联，流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。

但是，在实际并联运用时，由于各二极管特性不完全一致，不能均分所通过的电流，会使有的管子困负担过重而烧毁。

因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器，使各并联二极管流过的电流接近一致。

这种均流电阻R一般选用零点几欧至几十欧的电阻器。

电流越大，R应选得越小。

2、二极管串联的情况：显然在理想条件下，有几只管子串联，每只管子承受的反向电压就应等于总电压的几分之一。

但因为每只二极管的反向电阻不尽相同，会造成电压分配不均：内阻大的二极管，有可能由于电压过高而被击穿，并由此引起连锁反应，逐个把二极管击穿。

在二极管上并联的电阻R，可以使电压分配均匀。

均压电阻要取阻值比二极管反向电阻值小的电阻器，各个电阻器的阻值要相等。

九、常用二极管的应用1、整流二极管利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。

2、开关元件二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。

利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。

3、限幅元件二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。

利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。

4、续流二极管在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起续流作用。

5、检波二极管在收音机中起检波作用。

6、变容二极管使用于电视机的高频头中。