模拟电路网络课件 第七节:特殊二极管
2.4 特殊二极管
2.4.1 齐纳二极管
一、稳压管的结构与特性
稳压管的伏安特性
稳压管（也称为齐纳二极管）是一种用特殊工艺制造的面结型硅半导体二极管，其代表符号如图(a)所示。这种管子的杂质浓度比较大，空间电荷区内的电荷密度高，且很窄，容易形成强电场。当反向电压加到某一定值时，反向电流急剧增加，产生反向击穿，其特性如图(b)所示。图中的VZ表示反向击穿电压，即稳压管的稳定电压。稳压管的稳压作用原理在于，对于反向击穿区域，电流有很大变化时，只引起很小的电压变化，即电压基本不变。反向击穿曲线愈陡，动态电阻愈小，稳压管的稳压性能愈好。
在稳压管稳压电路中，一般都加限流电阻R，使稳压管电流工作在IZmax和IZmix的稳压范围。
二、并联稳压管稳压电路
稳压电路如图所示。该电路能够稳定输出电压。当VI或RL变化时，电路能自动地调整IZ的大小，使R上的压降RIR改变，达到使输出电压VO（VZ）基本恒定的目的。例如，当VI恒定而RL减小时，将产生如下的自动调节过程：
RL¯ ® VO¯ ®IO®IR®VO¯®IZ¯®IR¯
VO 
这样VO基本维持恒定。
2.5.2 变容二极管
二极管结电容的大小除了与本身结构和工艺有关外，还与外加电压有关。结电容随反向电压的增加而减小，这种效应显著的二极管称为变容二极管。
图(a)为变容二极管的代表符号，图(b)是变容二极管的特性曲线。不同型号的管子，其电容最大值可能5~300pF。最大电容与最小电容之比约为5:1。变容二极管在高频技术中应用较多。
2.5.3 光电二极管
随着科学技术的发展，在信号传输和存储等环节中，越来越多地应用光信号。采用光电子系统的突出优点是，抗干扰能力较强、传送信息量大、传输耗损小且工作可靠。光电二极管是光电子系统的电子器件。
光电二极管的结构与PN结二极管类似，管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。这种器件的PN结在反向偏置状态下运行，它的反向电流随光照强度的增加而上升。图(a)是光电二极管的代表符号，图(b)是它的等效电路，而图(c)则是它的特性曲线。光电二极管的主要特点是，它的反向电流与照度成正比，其灵敏度的典型值为0.1mA/lx数量级。
2.5.4 发光二极管
发光二极管（LED）通常用元素周期表中Ⅲ、Ⅴ族元素的化合物，如砷化镓、磷化镓等所制成的。当这种管子通以电流时将发出光来，这是由于电子与空穴直接复合而放出能量的结果。它的光谱范围是比较窄，其波长由所使用的基本材料而定。图1表示发光二极管的代表符号。几种常见发光材料的主要参数如下表所示。发光二极管常用来作为显示器件，除单个使用外，也常作为七段式或矩阵式器件，工作电流一般为几个毫安至十几毫安之间。
发光二极管的主要特性表
图1
2.5.5 激光二极管
激光二极管的结构图如图(a)所示。
激光二极管的物理结构是在发光二极管的结间安置一层具有光活性的半导体，其端面经过抛光后具有部分反射功能，因而形成一光谐振腔。在正向偏置的情况下，LED结发射出光来并与光谐振腔相互作用，从而进一步激励从结上发射出单波长的光，这种光的物理性质与材料有关。
半导体激光二极管的工作原理，理论上与气体激光器相同。图(b)是激光二极管的代表符号。激光二极管在计算机上的光盘驱动器，激光打印机中的打印头等小功率光电设备中得到了广泛的应用。
本 章 小 结
半导体中有两种载流子：电子和空穴。载流子有两种运动方式：扩散运动和漂移运动。本征激发使半导体中产生电子-空穴对，但它们的数目很少，并与温度有密切关系。在纯半导体中掺入不同的有用杂质，可分别形成P型和N型两种杂质半导体。它们是各种半导体器件的基本材料。
PN结是各种半导体器件的基本结构形式，如二极管由一个PN结加引线组成。因此，掌握PN结的特性对于了解和使用各种半导体器件有着十分重要的意义。PN结的重要特性是单向导电性。
为合理选择和正确使用各种半导体器件，必须熟悉它们的参数。这些参数大至可分为两类，一类是性能参数，如稳压管的稳定电压VZ、稳定电流IZ、温度系数等；另一类是极限参数，如二极管的最大整流电流、最高反向工作电压等。必须结合PN结特性及应用电路，逐步领会这些参数的意义。
二极管的伏安特性是非线性的，所以它是非线性器件。为分析计算电路方便，在特定条件下，常把二极管的非线性伏安特性进行分段线性化处理，从而得到几种简化的模型，如理想模型、恒压降模型、折线模型和小信号模型。在实际应用中，应根据工作条件选择适当的模型。
对二极管伏安特性曲线中不同区段的利用，可以构成各种不同的应用电路。组成各种应用电路时，关键是外电路（包括外电源、电阻等元件）必须为器件的应用提供必要的工作条件和安全保证。
