二極管

二極管，（英語：Diode），電子元件當(dāng)中，一種具有兩個電極的裝置，只允許電流由單一方向流過，許多的使用是應(yīng)用其整流的功能。而變?nèi)荻O管（Varicap Diode）則用來當(dāng)作電子式的可調(diào)電容器。大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之為“整流（Rectifying）”功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過（稱為順向偏壓），反向時阻斷 （稱為逆向偏壓）。因此，二極管可以想成電子版的逆止閥。

寄生二極管的由來

是由生產(chǎn)工藝造成的，大功率MOS管漏極從硅片底部引出，就會有這個寄生二極管。小功率MOS管例如集成芯片中的MOS管是平面結(jié)構(gòu)，漏極引出方向是從硅片的上面也就是與源極等同一方向，沒有這個二極管。模擬電路書里講得就是小功率MOS管的結(jié)構(gòu)，所以沒有這個二極管。但D極和襯底之間都存在寄生二極管，如果是單個晶體管，襯底當(dāng)然接S極，因此自然在DS之間有二極管。如果在IC里面，N—MOS襯底接最低的電壓，P—MOS襯底接最高電壓，不一定和S極相連，所以DS之間不一定有寄生二極管。

寄生二極管的作用

當(dāng)電路中產(chǎn)生很大的瞬間反向電流時，可以通過這個二極管導(dǎo)出來，不至于擊穿這個MOS管。（起到保護(hù)MOS管的作用）

溝槽Trench型N溝道增強(qiáng)型功率MOSFET的結(jié)構(gòu)如下圖所示，在N-epi外延層上擴(kuò)散形成P基區(qū)，然后通過刻蝕技術(shù)形成深度超過P基區(qū)的溝槽，在溝槽壁上熱氧化生成柵氧化層，再用多晶硅填充溝槽，利用自對準(zhǔn)工藝形成N+源區(qū)，背面的N+substrate為漏區(qū)，在柵極加上一定正電壓后，溝槽壁側(cè)的P基區(qū)反型，形成垂直溝道。

由下圖中的結(jié)構(gòu)可以看到，P基區(qū)和N-epi形成了一個PN結(jié)，即MOSFET的寄生體二極管。

MOSFET剖面結(jié)構(gòu)

MOS管寄生二極管的方向判斷

MOS管開關(guān)電路學(xué)習(xí)過模擬電路的人都知道三極管是流控流器件，也就是由基極電流控制集電極與發(fā)射極之間的電流；而MOS管是壓控流器件，也就是由柵極上所加的電壓控制漏極與源極之間電流。MOSFET管是FET的一種，可以被制造為增強(qiáng)型或者耗盡型，P溝道或N溝道共四種類型，但實際應(yīng)用的只有增強(qiáng)型的N溝道MOS管和增強(qiáng)型的P溝道MOS管。實際應(yīng)用中，NMOS居多。

上圖左邊是N溝道的MOS管，右邊是P溝道的MOS管寄生二極管的方向如何判斷呢？它的判斷規(guī)則就是對于N溝道，由S極指向D極；對于P溝道，由D極指向S極。

如何分辨三個極？D極單獨(dú)位于一邊，而G極是第4PIN。剩下的3個腳則是S極。它們的位置是相對固定的，記住這一點很有用。請注意：不論NMOS管還是PMOS管，上述PIN腳的確定方法都是一樣的。

MOS管導(dǎo)通特性導(dǎo)通的意思是作為開關(guān)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。NMOS的特性：Vgs大于某一值管子就會導(dǎo)通，適合用于源極接地時的情況（低端驅(qū)動），只要柵極電壓達(dá)到4V就可以了。PMOS的特性：Vgs小于某一值管子就會導(dǎo)通，適合用于源極接VCC時的情況（高端驅(qū)動）。

下圖是MOS管開關(guān)電路，輸入電壓是Ui，輸出電壓是Uo。當(dāng)Ui較小時，MOS管是截止的， Uo＝Uoh＝Vdd；當(dāng)Ui較大時，MOS管是導(dǎo)通的， Uo =Ron/(Ron+Rd)*Vdd，由于Ron<

應(yīng)用實例：以下是某筆記本主板的電路原理圖分析，在此mos管是開關(guān)作用:PQ27控制腳為低電平，PQ27截止，而右側(cè)的mos管導(dǎo)通，所以輸出拉低；

電路原理分析:PQ27控制腳為高電平，PQ27導(dǎo)通，所以其漏極為低電平，右側(cè)的mos管處于截止?fàn)顟B(tài)，所以輸出為高電平。

整體看來，兩個管子的搭配作用就是高低電平的切換，這個電路來自于筆記本主板的電路，但是這個電路模塊也更常見于復(fù)雜電路的上電時序控制模塊，GPIO的操作模塊等等應(yīng)用中。

2. MOS管的隔離作用MOS管實現(xiàn)電壓隔離的作用是另外一個非常重要且常見的功能，隔離的重要性在于：擔(dān)心前一極的電流漏到后面的電路中，對電路系統(tǒng)的上電時序，處理器或邏輯器件的工作造成誤判，最終導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。因此，實際的電路系統(tǒng)中，隔離的作用非常重要。

二極管的導(dǎo)電特性

二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦浴Ｔ陔娐分校娏髦荒軓亩O管的正極流入，負(fù)極流出。

正向特性

在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負(fù)極接在低電位端，二極管就會導(dǎo)通，這種連接方式，稱為正向偏置。必須說明，當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓很小時，二極管仍然不能導(dǎo)通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值（這一數(shù)值稱為“門坎電壓”，又稱“死區(qū)電壓”，鍺管約為0.1V，硅管約為0.5V）以后，二極管才能真正導(dǎo)通。導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為0.3V，硅管約為0.7V），稱為二極管的“正向壓降”。

反向特性

在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負(fù)極接在高電位端，此時二極管中幾乎沒有電流流過，此時二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時，仍然會有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當(dāng)二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會急劇增大，二極管將失去單方向?qū)щ娞匦裕@種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。
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