1-1 二极管的基础知识《电子技术基础与技能》云南省 电子电工类 知识点讲解

云南省装备制造大类对口高考电子技术复习讲义 模块1 晶体二极管及应用 1-1 二极管的基础知识 【考纲要求】 （1）识记晶体二极管单向导电特性。 （2）理解晶体二极管的结构、分类和型号。 （3）理解晶体二极管的伏安特性和主要参数。 【知识网络】 【知识和技能要点】 一、晶体二极管的结构与单向导电特性 1. 基本结构：晶体二极管由一个PN 结加上相应的电极引线和管壳封装制成。从 P 区引出的电极称为阳极（正极），从 N 区引出的电极称为阴极（负极），电路符号中箭头方向表示正向电流的导通方向，由阳极指向阴极。 阳极A 阴极C 2. 核心原理 ——PN 结的单向导电性 二极管的所有特性均基于 PN 结的单向导电特性，具体表现为： 正向导通：当二极管阳极接高电位、阴极接低电位（加正向电压）时，PN 结正向偏置，空间电荷区变窄，多数载流子的扩散运动加剧，形成较大的正向电流，此时二极管呈现低电阻状态，近似导通。 反向截止：当二极管阳极接低电位、阴极接高电位（加反向电压）时，PN 结反向偏置，空间电荷区变宽，只有少数载流子的漂移运动形成微弱的反向漏电流，此时二极管呈现高电阻状态，近似截止。 简言之，二极管正向导通、反向截止，仅允许电流从阳极单向流向阴极。 二、晶体二极管的分类 晶体二极管可根据材料、结构、用途、封装形式等进行多种分类，装备制造类对口高考核心掌握以下分类方式： 1. 按制作材料分 硅二极管：硅材料制成，正向导通电压约 0.6~0.7V，反向漏电流小，热稳定性好，应用最广泛（如整流、开关、稳压等）。 锗二极管：锗材料制成，正向导通电压约 0.2~0.3V，反向漏电流大，热稳定性较差，多用于低频小信号检波、整流。 2. 按结构分 点接触型二极管：PN 结面积小，结电容小，允许通过的正向电流小，适用于高频、小信号的检波、变频等弱电电路。 点接触型 正极 引线 触丝 N 型锗片 外壳 负极 引线 面接触型二极管：PN 结面积大，结电容大，允许通过的正向电流大，适用于低频、大电流的整流、稳压等强电电路。 负极引线 面接触型 N型锗 PN 结 正极引线 铝合金 小球 底座 金锑 合金 平面型二极管：PN 结面积可大可小，小面积适用于高频开关电路，大面积适用于大功率整流电路，工艺性好，集成度高。正极 引线 负极 引线 集成电路中平面型 P N P 型支持衬底 3. 按用途分（核心常用类型） 整流二极管：将交流电转换为单向脉动直流电，面接触型结构，反向耐压高、正向电流大（如 1N4007、RL207）。 稳压二极管：利用 PN 结的反向击穿特性实现稳压，工作在反向击穿区，击穿后电压基本不变（如 2CW56、2DW7）。 开关二极管：利用正向导通、反向截止的特性实现电路的通断控制，结电容小、开关速度快（如 1N4148）。 检波二极管：用于高频小信号的检波，点接触型结构，高频特性好（如 2AP9）。 三、晶体二极管的型号（国产半导体器件型号命名方法） 国产晶体二极管的型号由五部分组成，各部分含义如下（装备制造类高考重点掌握前四部分）： 部分 第一部分 电极数目 第二部分 材料与极性 第三部分 器件类型 第四部分 序号 第五部分 规格号 含义 2 = 二极管 A=N 型锗材料 B=P 型锗材料 C=N 型硅材料 D=P 型硅材料 P = 普通管 Z = 整流管 W = 稳压管 K = 开关管 J = 检波管 区分同类型不同器件 区分耐压、电流等参数 举例：1N4007（通用型号）、2CZ52C——2 表示二极管，C 表示 N 型硅材料，Z 表示整流管，52 为序号，C 为规格号；2CW56——2 表示二极管，C 表示 N 型硅材料，W 表示稳压管，56 为序号。 四、晶体二极管的伏安特性 二极管的伏安特性是指加在二极管两端的电压 U与通过二极管的电流 I之间的关系曲线，是二极管单向导电性的直观体现，分为正向特性和反向特性两部分，硅二极管为典型代表。二极管的伏安特性曲线图如下所示： 1. 正向特性 当加正向电压时，伏安特性曲线分为两个阶段： 死区（截止区）：正向电压较小时，空间电荷区未被显著削弱，正向电流几乎为零，硅管死区电压约 0.5V，锗管约 0.1V。 导通区：当正向电压超过死区电压后，正向电流随正向电压急剧增大，此时二极管呈现低阻导通，正向电压基本保持不变（硅管 0.6\0.7V，锗管 0.2\0.3V），称为正向导通压降。 2. 反向特性 当加反向电压时，伏安特性曲线也分为两个阶段： 反向截止区：反向电压在一定范围内时，只有少数载流子形成的微弱反向漏电流，且电流基本不随反向电压增大而变化，硅管反向漏电流远小于锗管。 反向击穿区：当反向电压增大到某一数值时，反向电流突然急剧增大，此时的反向电压称为反向击穿电压。普通二极管反向击穿后会因过热损坏，而稳压二极管可在该区域正常工作（人为控制击穿类型）。 五、晶体二极管的主要参数 二极管的参数是表征其性能和使用极限的重要指标，是选择和使用二极管的依据，核心分为正向参数、反向参数和极限参数三类，如下图所示，高考重点掌握以下关键参数： 1. 正向关键参数 最大正向整流电流 IF：二极管长期连续工作时，允许通过的最大正向平均电流，超过该值二极管会因过热烧毁（由 PN 结面积和散热条件决定）。 正向导通压降 UF：二极管正向导通时，两端的正向电压降（硅管 0.6\0.7V，锗管 0.2\0.3V），为定值，是电路分析的重要参数。 2. 反向关键参数 反向漏电流 IR：二极管加规定反向电压时的反向电流，值越小，二极管的单向导电性越好，硅管 IR 远小于锗管，且随温度升高而增大。 反向工作峰值电压 URM：二极管正常工作时，允许加的最大反向电压，一般为反向击穿电压的一半，防止二极管反向击穿。 3. 极限参数 反向击穿电压 UB：二极管反向电流急剧增大时的反向电压，普通二极管加的反向电压超过 UB 会永久损坏。 最高工作频率 fM：二极管正常工作的最高频率，超过该值，结电容的影响加剧，单向导电性会显著变差。 【练习题】 一、单项选择题 1. 晶体二极管的核心是（ ） A. 电极 B. 管壳 C. PN 结 D. 封装材料 2. 硅二极管的正向导通压降约为（ ） A. 0.2\0.3V B. 0.6\0.7V C. 1.0V D. 1.5V 3. 二极管加正向电压时的导通条件是（ ） A. 正向电压大于死区电压 B. 任意正向电压 C. 正向电压小于死区电压 D. 加反向电压 4. 点接触型二极管的主要特点是（ ） A. 正向电流大 B. 结电容小，高频特性好 C. 反向耐压高 D. 适用于大功率整流 5. 国产二极管型号 “2CZ52C” 中，“Z” 表示的含义是（ ） A. 普通管 B. 稳压管 C. 整流管 D. 开关管 6. 下列关于二极管反向特性的说法，正确的是（ ） A. 反向漏电流随反向电压增大而急剧增大 B. 硅管的反向漏电流比锗管大 C. 反向电压在一定范围内，反向漏电流基本不变 D. 所有二极管反向击穿后均能正常工作 7. 二极管的最大正向整流电流 IF 是指（ ） A. 瞬时最大正向电流 B. 长期连续工作的最大正向平均电流 C. 反向击穿时的电流 D. 反向漏电流的最大值 8. 用于高频小信号检波的二极管，应选用（ ） A. 面接触型硅整流二极管 B. 点接触型锗检波二极管 C. 平面型硅开关二极管 D. 稳压二极管 二、多项选择题 1. 晶体二极管的单向导电特性表现为（ ） A. 正向导通，呈现低电阻 B. 正向截止，呈现高电阻 C. 反向截止，呈现高电阻 D. 反向导通，呈现低电阻 2. 按用途划分，晶体二极管的常见类型有（ ） A. 整流二极管 B. 稳压二极管 C. 开关二极管 D. 点接触型二极管 3. 下列属于二极管反向参数的有（ ） A. 反向漏电流 IR B. 反向工作峰值电压 URM C. 反向击穿电压 UB D. 正向导通压降 UF 4. 关于硅二极管和锗二极管的区别，说法正确的有（ ） A. 硅管死区电压大于锗管 B. 硅管正向导通压降大于锗管 C. 硅管反向漏电流小于锗管 D. 锗管热稳定性优于硅管 5. 国产半导体器件二极管的型号组成部分包括（ ） A. 电极数目 B. 材料与极性 C. 器件类型 D. 序号 三、填空题 1. 晶体二极管由 PN 结、电极引线和 三部分组成，从 P 区引出的是 极，从 N 区引出的是 极。 2. PN 结加正向电压时 偏置，加反向电压时 偏置。 3. 硅二极管的死区电压约为 V，锗二极管的死区电压约为 V。 4. 按结构划分，二极管可分为点接触型、 型和 型，其中 型适用于大功率整流电路。 5. 二极管的伏安特性是指 与 之间的关系曲线，分为 特性和 特性。 6. 稳压二极管的工作区域是 PN 结的 区，而普通二极管应避免工作在该区域。 7. 二极管长期连续工作时，允许通过的最大正向平均电流称为 ，允许加的最大反向电压一般为 的一半。 8. 国产二极管型号中，第一部分数字 “2” 表示该器件为 。 9. 二极管加正向电压时，只有当正向电压超过 后，才有明显的正向电流。 10. 反向漏电流的大小反映了二极管 导电性的好坏，其值越小，性能越好。 四、简述题 1. 简述晶体二极管的单向导电特性。 2. 简述硅二极管和锗二极管在正向导通压降、死区电压、反向漏电流方面的主要区别。 3. 什么是二极管的伏安特性？分别说明正向特性和反向特性的特点。 4. 选择整流二极管和高频检波二极管时，应分别关注哪些核心参数和结构特点？ 【答案】 一、单项选择题 1. C 2. B 3. A 4. B 5. C 6. C 7. B 8. B 二、多项选择题 1. AC 2. ABC 3. ABC 4. ABC 5. ABCD 三、填空题 1. 管壳封装；阳（正）；阴（负） 2. 正向；反向 3. 0.5；0.1 4. 面接触；平面；面接触 5. 端电压 U；通过的电流 I；正向；反向 6. 反向击穿 7. 最大正向整流电流 IF；反向击穿电压 UB 8. 二极管 9. 死区电压 10. 单向 四、简述题 1. 答：晶体二极管的单向导电特性基于 PN 结的偏置特性，表现为：加正向电压（阳极高电位、阴极低电位）时，PN 结正向偏置，二极管呈现低电阻，形成较大的正向电流，即正向导通；加反向电压（阳极低电位、阴极高电位）时，PN 结反向偏置，二极管呈现高电阻，仅形成微弱的反向漏电流，即反向截止。二极管仅允许电流从阳极单向流向阴极。 2. 答：①正向导通压降：硅管约 0.6\0.7V，锗管约 0.2\0.3V，硅管大于锗管；②死区电压：硅管约 0.5V，锗管约 0.1V，硅管大于锗管；③反向漏电流：硅管的反向漏电流远小于锗管，硅管单向导电性更好。 3. 答：二极管的伏安特性是指加在二极管两端的电压 U 与通过二极管的电流 I 之间的关系曲线。①正向特性：正向电压较小时处于死区，电流几乎为零；超过死区电压后，正向电流随电压急剧增大，导通压降基本不变。②反向特性：反向电压在一定范围内，反向漏电流微弱且基本不变，处于反向截止区；当反向电压达到反向击穿电压时，反向电流急剧增大，进入反向击穿区。 4. 答：①选择整流二极管：结构上选面接触型（PN 结面积大），参数上重点关注最大正向整流电流 IF（满足电路电流需求）、反向工作峰值电压 URM（满足电路反向电压需求），优先选硅管（热稳定性好、反向漏电流小）。②选择高频检波二极管：结构上选点接触型（PN 结面积小、结电容小），参数上重点关注最高工作频率 fM（满足高频信号要求）、反向漏电流 IR（尽可能小），一般选锗管（正向导通压降小，适合小信号检波）。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $