将PN 结加上相应的电极引线和管壳封装，就成为半导体二极管（简称二极管）。二极管通常有点接触型和面接触型两种，如图5-8a、b所示，接在P区的引出线称阳极A，接在N 区的引出线称阴极K。二极管文字符号为VD，图形符号如图5-8c所示。箭头方向表示正向电流方向。

图5-8　二极管的结构及图形符号

1.二极管的伏安特性

二极管的电流i与其管压降u 的关系（i＝f（u））曲线，称为二极管的伏安特性曲线，可用实验方法测得，或用图示仪测之。在直角坐标系中横坐标轴表示二极管管压降u（V），纵坐标轴表示其电流i（mA/μA），如图5-9所示。图5-9a为硅二极管2CP10的伏安特性，图5-9b为锗二极管2AF15的伏安特性。

图5-9　二极管的伏安特性

从伏安特性曲线上可得出如下特征：

（1）正向特性

二极管正向偏置，曲线位于第一象限。它又可分为两段：从坐标原点o 到a点为第一段，二极管外加正向电压较小，外部电场不足以克服内电场对多数载流子扩散运动造成的阻力，此时正向电流很小，呈现电阻较大。这段区域称为“死区”。对应a 点的门坎电压Uon称为“死区电压”，其数值大小随二极管的结构、材料不同而异，并受环境温度影响。一般来说，硅二极管“死区电压”约为0.5V，锗二极管约为0.1V。

正向电压超过门坎电压Uon后，随着正向电压的增加，内电场大大削弱，有利于多子的扩散，电流基本满足伏安方程式（5-1），按指数规律迅速增长。

式中，UT 为温度电压当量，在常温情况下，UT＝26 mV；ISR 为反向饱和电流（nA）；i为流过二极管的电流（mA）；u 为加在二极管两端的电压（V）。

二极管承受正向电压时，通常u≫26mV，有exp（u/UT）≫1，则

这就是二极管电流随正向电压按指数上升的规律，对应于曲线中的ab 段，称为非线性区；当加在二极管两端的电压进一步增加时，多子的扩散进一步增强，正向电流增大，几乎呈线性规律上升，如曲线的bc 段，称为线性区。在线性区，二极管的正向电压在小范围内变化时，其电流变化很大，呈现出很小的正向电阻，或者说二极管工作在该区域时，其端电压几乎不变。通常硅管压降变化为0.6～0.8V；锗管为0.2～0.3V。当环境温度变化时，在室温附近，温度每升高1℃，二极管的正向压降减小2～2.5mV。由于二极管正向导通电阻极小，所以在使用时必须外加限流电阻，以免增加正向电压u 时，电流急剧增大而烧坏二极管。

（2）反向特性

二极管反向偏置，曲线位于第三象限。此时，漂移运动起主要作用，当反向电压在一定范围内变化时，反向电流几乎不变，称为反向饱和电流，即曲线的od 段。

在式（5-1）中，u 为负值，若|u|≫26mV，有exp（u/UT）≈0，则

式（5-3）中ISR即为反向饱和电流值，负号表明二极管的电流为反方向。典型值硅管约为纳安（nA 即10－9A）量级；锗管为微安（μA 即10－6A）量级。随着温度升高，反向饱和电流明显增加。

当反向电压超过一定数值后（如d 点电压UBR），反向电流急剧增大，这时二极管被反向击穿，对应的电压称为反向击穿电压。

反向击穿有电击穿和热击穿。电击穿是可逆的，只要反向电压降低后，二极管仍可恢复正常。但是，电击穿时如果没有适当的限流措施，就会因电流大、电压高，使二极管过热造成永久性损坏，叫作热击穿。电击穿往往为人们利用（如稳压管），而热击穿必须避免。因此，在使用二极管时，应避免反向电压超过击穿电压，防止损坏二极管。

2.二极管的主要参数

二极管的特性可以用相应的参数来说明，主要参数有：

（1）最大整流电流IFM，指管子长期工作时，允许通过的最大正向平均电流。当电流超过允许值时，将由于PN 结的过热（热击穿），而使管子损坏。

（2）反向电流ISR，又称为反向饱和电流，指在一定环境温度条件下，二极管承受反向工作电压又没有反向击穿时，其反向电流的值。它的值愈小，表明二极管的单向导电特性愈好。温度对反向电流影响较大，经验值是，温度每升高10 ℃，反向电流约增大一倍。使用时应加以注意。(www.daowen.com)

（3）反向工作峰值电压URM，指管子运行时允许承受的最大反向电压。通常取反向击穿电压UBR的1/2至2/3。

3.理想二极管

由图5-9二极管的伏安特性曲线可见，由于二极管正向导通时电压变化很小，而反向截止时，电流很小，对于所分析的电路来说，将它们忽略时，产生的误差很小。故通常可用理想二极管的特性代替二极管的伏安特性，如图5-10所示。所谓理想二极管可表示为：正偏时，i＞0，u＝0，相当于短路；反偏时，u＜0，i＝0，相当于开路。

图5-10　理想二极管的特性曲线

4.二极管应用举例

二极管的应用范围很广，主要是利用它的单向导电特性。可用来进行整流、限幅、检波、钳位、元件保护及在数字电路中作为开关元件等。

（1）整流电路。利用半导体的单向导电性，可以将大小和方向都变化的正弦交流电变成单向脉动的直流电，称为整流，完成整流功能的电路称为整流电路。常用的有单相桥式、单相半波、单相全波等整流电路（具体内容将在5.2中详细介绍）。

（2）限幅电路。在电子电路中，为了降低信号的幅度以满足电路工作的需要，或为了保护某些器件不受大的信号电压作用而损坏，利用二极管来限制信号的幅度，称为限幅。

例5-1 在如图5-11a所示电路中，二极管为理想二极管。设输入电压为ui＝10sinωt，E＝5V。试画出输出电压uo 的波形。

图5-11　例5-1图

解 当ui＞E 时，二极管VD 处于正向偏置而导通，相当于短路，输出电压uo＝E＝5V；当ui＜E 时，二极管处于反向偏置而截止，相当于开路，输出电压等于输入电压：uo＝ui。输出电压波形如图5-11b所示。由图可见，输出波形被限制在E 值以下。

利用这个简单的限幅电路，可以将输入电压的幅度加以限制，限幅电路又称为削波电路。将电路稍加变化，还可以得到双向限幅等各种不同的限幅应用。

（3）检波电路。检波电路的构成和工作原理与整流电路相似（整流电路也可作为检波电路），即可提取输入信号中的某一部分，如单相半波整流电路，提取了波形中为正的部分。

例5-2 图5-12a中的R 和C 构成一微分电路。当输入电压ui 如图5-12b中所示时，试画出输出电压uo 的波形。设uC（0）＝0。

图5-12　例5-2图

解 在t＝0瞬间，输入电压由0跃变为U，而电容电压不能跃变，故uR 跃变为U。随后电容很快被充电至U，极性如图中所示，uR 也随之下降到0，即UR 为一正尖脉冲，二极管截止，这时uo 为0。

在t1 瞬间，ui 由U 下降到0，电容电压不能跃变，它经R 和RL 分两路放电，二极管V 导通，uR 和uo 均为负尖脉冲。在t2 瞬间，ui 由0上升到U，只经过R对电容充电，uR 为一正尖脉冲；这时二极管截止，uo 为0。输出电压uo 的波形如图5-12b所示。

在这里，二极管起检波作用，除去正尖脉冲。

（4）开关电路。利用二极管的单向导电性以接通或断开电路，这在数字电路中得到广泛应用。分析这种电路时，应当掌握一条基本原则，即判断电路中的二极管处于导通状态还是截止状态，可先将二极管断开，然后观察（或计算）阳、阴极之间是正向电压还是反向电压，若是前者则二极管导通，否则截止。

例5-3 在图5-13中，输入端A 的电位VA＝＋3V，B的电位VB＝0V，VD1、VD2 为理想二极管。求输出端Y 的电位VY。电阻R 接负电源－12V。

图5-13　例5-3图

解 因为A 端电位比B 端电位高，所以VD1 优先导通，其导通电阻为0，相当于短路，即开关闭合，则VY＝3V。VD1 导通后，VD2 上加的是反向电压，因而截止，其电阻无穷大，相当于开路，即开关断开。

在这里，还可以认为VD1 起钳位作用，将Y 端的电位钳制在3V；VD2 起隔离作用，将输入端B和输出端Y 隔离开来。