二極管全面分析

1、二極管全面分析1二極管1二極管的管壓降：硅二極管（不發(fā)光類型）正向管壓降 0.7V ,發(fā)光二極管正向 管壓降為隨不同發(fā)光顏色而不同。二極管的電壓與電流不是線性關(guān)系，所以在將不同的二極管并聯(lián)的時候要接相適 應(yīng)的電阻。2二極管的應(yīng)用1、整流二極管利用二極管單向?qū)щ娦裕梢园逊较蚪惶孀兓慕涣麟娮儞Q成單一方向的脈沖直 流電。2、開關(guān)元件二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一只接通的開關(guān)；在 反向電壓作用下，電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)，如同一只斷開的開關(guān)。利用二極管的開 關(guān)特性，可以組成各種邏輯電路。3、限幅元件二極管正向?qū)ê?，它?正向壓降基本保持不變（硅管為0.7V，鍺管為0.3V）

2、。 利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號幅度限制在一定范圍內(nèi)。4、繼流二極管在開關(guān)電源的電感中和繼電器等感性負(fù)載中起繼流作用。5、檢波二極管在收音機(jī)中起檢波作用。6、變?nèi)荻O管使用于電視機(jī)的高頻頭中。7、顯示元件用于VCD、DVD、計算器等顯示器上。8、穩(wěn)壓二極管反向擊穿電壓恒定，且擊穿后可恢復(fù)，利用這一特性可以實現(xiàn)穩(wěn)壓電路。3二極管的工作原理二極管實物晶體二極管為一個由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外 界有正向電壓偏置時

3、，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流 增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時，p-n結(jié)空間電荷層中的電場強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生 載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱 為二極管的擊穿現(xiàn)象。p-n結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。4二極管的導(dǎo)電特性二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦?。在電路中，電流只能從二極管的正極流入， 負(fù)極流出。下面通過簡單的實驗說明二極管的正向特性和反向特性。正向特性在電子電路中，將二極管的正極接在

4、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，二極管才能直正導(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

5、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?這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。用來表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術(shù)指標(biāo)，稱為二極管的參數(shù)。不同類型 的二極管有不同的特性參數(shù)。對初學(xué)者而言，必須了解以下幾個主要參數(shù)：1、最大整流電流是指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值，其值與PN結(jié)面積及外部散熱條件等有關(guān)。因為電流通過管子時會使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限 度（硅管為141左右，鍺管為90左右）時，就會使管芯過熱而損壞。所以在規(guī)定散 熱條件下，二極管使用中不要超過二極管最大整流電流值。例如，常用的IN400

6、1 4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。2、最高反向工作電壓加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時，會將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰?。為了保證使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓值。例如，IN4001二極管反向耐壓為5 0V，IN4007反向耐壓為1000V。3、反向電流反向電流是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅茉胶?。值得注意的是反向電流與溫度有著 密切的關(guān)系，大約溫度每升高10 C，反向電流增大一倍。例如2AP1型鍺二極管， 在25C時反向電流若為250uA，溫度升高到35C，反向電流將上升到500uA，依此 類推，在75C時

7、，它的反向電流已達(dá)8mA，不僅失去了單方向?qū)щ娞匦?，還會使管 子過熱而損壞。又如，2CP10型硅二極管，25C時反向電流僅為5uA，溫度升高到7 5C時，反向電流也不過160UA。故硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。4、動態(tài)電阻Rd二極管特性曲線靜態(tài)工作點 Q附近電壓的變化與相應(yīng)電流的變化量之比。肖特基二極管其反向恢復(fù)時間極短（可以小到幾納秒），正向?qū)▔航祪H0.4V左右，而整流電 流卻可達(dá)到幾千毫安合于在低壓、大電流輸出場合用作高頻整流穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)時，其兩端的電壓是基本不變的。利用這一性質(zhì)，在電路里 常用于構(gòu)成穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路，雖然穩(wěn)定度

8、不很高，輸出電流也較小，但卻具有簡單、經(jīng)濟(jì)實 用的優(yōu)點，因而應(yīng)用非常廣泛。在實際電路中，要使用好穩(wěn)壓二極管，應(yīng)注意如下幾個問題。1、要注意一般二極管與穩(wěn)壓二極管的區(qū)別方法。不少的一般二極管，特別是玻璃封 裝的管，外形顏色等與穩(wěn)壓二極管較相似，如不細(xì)心區(qū)別，就會使用錯誤。區(qū)別方法是：看 外形，不少穩(wěn)壓二極管為園柱形，較短粗，而一般二極管若為園柱形的則較細(xì)長；看標(biāo)志， 穩(wěn)壓二極管的外表面上都標(biāo)有穩(wěn)壓值，如5V6，表示穩(wěn)壓值為5.6V；用萬用表進(jìn)行測量， 根據(jù)單向?qū)щ娦?，用X1K擋先把被測二極管的正負(fù)極性判斷出來，然后用X10K擋，黑表 筆接二極管負(fù)極，紅表筆接二極管正極，測的阻值與X1K擋時相比，

9、若出現(xiàn)的反向阻值很 大，為一般二極管的可能性很大，若出現(xiàn)的反向阻值變得很小，則為穩(wěn)壓二極管。2、注意穩(wěn)壓二極管正向使用與反向使用的區(qū)別。穩(wěn)壓二極管正向?qū)ㄊ褂脮r，與一 般二極管正向?qū)ㄊ褂脮r基本相同，正向?qū)ê髢啥穗妷阂彩腔静蛔兊模技s為0.7V。 從理論上講，穩(wěn)壓二極管也可正向使用做穩(wěn)壓管用，但其穩(wěn)壓值將低于1V，且穩(wěn)壓性能也 不好，一般不單獨用穩(wěn)壓管的正向?qū)ㄌ匦詠矸€(wěn)壓，而是用反向擊穿特性來穩(wěn)壓。反向擊穿 電壓值即為穩(wěn)壓值。有時將兩個穩(wěn)壓管串聯(lián)使用，一個利用它的正向特性，另一個利用它的 反向特性，則既能穩(wěn)壓又可起溫度補(bǔ)償作用，以提高穩(wěn)壓效果。3、要注意限流電阻的作用及阻值大小的影響。在穩(wěn)

10、壓二極管穩(wěn)壓電路中，一般都要 串接一個電阻R，如圖1或2示。該電阻在電路中起限流和提高穩(wěn)壓效果的作用。若不加 該電阻即當(dāng)R=0時，容易燒壞穩(wěn)壓管，穩(wěn)壓效果也會極差。限流電阻的阻值越大，電路穩(wěn) 壓性能越好，但輸入與輸出壓差也會過大，耗電也就越多。4、要注意輸入與輸出的壓差。正常使用時，穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的輸出電壓等于穩(wěn)壓 管反向擊穿后兩端的穩(wěn)壓值，若輸入到穩(wěn)壓電路中的電壓值小于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值，則電路將 失去穩(wěn)壓作用，只有是大于關(guān)系時，才有穩(wěn)壓作用，并且壓差越大，限流電阻的阻值也應(yīng)越 大，否則會損壞穩(wěn)壓管。5、穩(wěn)壓管可串聯(lián)使用。幾個穩(wěn)壓管串聯(lián)后，可獲得多個不同的穩(wěn)壓值，故串聯(lián)使用 較常見。下面舉例

11、說明兩個穩(wěn)壓管串聯(lián)使用后，如何求得穩(wěn)壓值。若一個穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為 5.6V，另一個穩(wěn)壓值為3.6V，設(shè)穩(wěn)壓管正向?qū)〞r電壓均為0.7V，則串聯(lián)后共有四種不同 的穩(wěn)壓值，如圖1示。6、穩(wěn)壓管一般不并聯(lián)使用。幾個穩(wěn)壓管并聯(lián)后，穩(wěn)壓值將由最低（包括正 向?qū)ê蟮碾妷褐担┑囊粋€來決定。還是以上述兩個穩(wěn)壓管為例，來說明穩(wěn)壓值 的計算方法。兩個并聯(lián)后共有四種情況，穩(wěn)壓值只有兩個，如圖2示。除非特殊 情況，穩(wěn)壓二極管都不并聯(lián)使用。CT-勢壘電容Cj-結(jié)（極間）電容，表示在二極管兩端加規(guī)定偏壓下，鍺檢波二極管的總電容Cjv-偏壓結(jié)電容Co-零偏壓電容Cjo-零偏壓結(jié)電容Cjo/Cjn-結(jié)電容變化Cs-管殼電容

12、或封裝電容Ct-總電容CTV-電壓溫度系數(shù)。在測試電流下，穩(wěn)定電壓的相對變化與環(huán)境溫度的絕對變 化之比CTC-電容溫度系數(shù)Cvn-標(biāo)稱電容IF-正向直流電流（正向測試電流）。鍺檢波二極管在規(guī)定的正向電壓VF下，通過極間的電流；硅 整流管、硅堆在規(guī)定的使用條件下，在正弦半波中允許連續(xù)通過 的最大工作電流（平均值），硅開關(guān)二極管在額定功率下允許通過的最大正向直流電 流；測穩(wěn)壓二極管正向電參數(shù)時給定的電流IF（AV）-正向平均電流IFM（ IM）-正向峰值電流（正向最大電流）。在額定功率下，允許通過二極管 的最大正向脈沖電流。發(fā)光二極管極限電流。IH-恒定電流、維持電流。Ii-發(fā)光二極管起輝電流IF

13、RM-正向重復(fù)峰值電流IFSM-正向不重復(fù)峰值電流（浪涌電流）Io-整流電流。在特定線路中規(guī)定頻率和規(guī)定電壓條件下所通過的工作電流IF（ov）-正向過載電流IL-光電流或穩(wěn)流二極管極限電流ID-暗電流IB2-單結(jié)晶體管中的基極調(diào)制電流IEM-發(fā)射極峰值電流IEB10-雙基極單結(jié)晶體管中發(fā)射極與第一基極間反向電流IEB20-雙基極單結(jié)晶體管中發(fā)射極向電流ICM-最大輸出平均電流IFMP-正向脈沖電流IP-峰點電流IV-谷點電流IGT-晶閘管控制極觸發(fā)電流IGD-晶閘管控制極不觸發(fā)電流IGFM-控制極正向峰值電流舊（AV）-反向平均電流IR （In）-反向直流電流（反向漏電流）。在測反向特性時，給

14、定的反向電流； 硅堆在正弦半波電阻性負(fù)載電路中，加反向電壓規(guī)定值時，所通過的電流；硅開關(guān)二 極管兩端加反向工作電壓 VR時所通過的電流；穩(wěn)壓二極管在反向電壓下，產(chǎn)生的漏 電流；整流管在正弦半波最高反向工作電壓下的漏電流。舊M-反向峰值電流舊R-晶閘管反向重復(fù)平均電流IDR-晶閘管斷態(tài)平均重復(fù)電流IRRM-反向重復(fù)峰值電流IRSM-反向不重復(fù)峰值電流（反向浪涌電流）Irp-反向恢復(fù)電流Iz-穩(wěn)定電壓電流（反向測試電流）。測試反向電參數(shù)時，給定的反向電流Izk-二膝點電流IOM-最大正向（整流）電流。在規(guī)定條件下，能承受的正向最大瞬時電流；在 電阻性負(fù)荷的正弦半波整流電路中允許連續(xù)通過鍺檢波二極管

15、的最大工作電流IZSM-穩(wěn)壓二極管浪涌電流IZM-最大穩(wěn)壓電流。在最大耗散功率下穩(wěn)壓二極管允許通過的電流iF-正向總瞬時電流舊-反向總瞬時電流ir-反向恢復(fù)電流Iop-工作電流Is-穩(wěn)流二極管穩(wěn)定電流f-頻率n-電容變化指數(shù)；電容比Q-優(yōu)值（品質(zhì)因素）5vz-穩(wěn)壓管電壓漂移di/dt-通態(tài)電流臨界上升率dv/dt-通態(tài)電壓臨界上升率PB-承受脈沖燒毀功率PFT（ AV）-正向?qū)ㄆ骄纳⒐β蔖FTM-正向峰值耗散功率PFT-正向?qū)偹矔r耗散功率Pd-耗散功率PG-門極平均功率PGM-門極峰值功率PC-控制極平均功率或集電極耗散功率Pi-輸入功率PK-最大開關(guān)功率PM-額定功率。硅二極管結(jié)溫不

16、高于150度所能承受的最大功率PMP-最大漏過脈沖功率PMS-最大承受脈沖功率Po-輸出功率PR-反向浪涌功率Ptot-總耗散功率Pomax-最大輸出功率Psc-連續(xù)輸出功率PSM-不重復(fù)浪涌功率PZM-最大耗散功率。在給定使用條件下，穩(wěn)壓二極管允許承受的最大功率RF(r)-正向微分電阻。在正向?qū)〞r，電流隨電壓指數(shù)的增加，呈現(xiàn)明顯的非線性特性。在某一正向電壓下，電壓增加微小量V，正向電流相應(yīng)增加 1，則左V/ I稱微分電阻RBB-雙基極晶體管的基極間電阻RE-射頻電阻RL-負(fù)載電阻Rs(rs)-串聯(lián)電阻Rth-熱阻R(th)ja-結(jié)到環(huán)境的熱阻Rz(ru)-動態(tài)電阻R(th)jc-結(jié)到殼的熱

17、阻r 6-衰減電阻r(th)-瞬態(tài)電阻Ta-環(huán)境溫度Tc-殼溫td-延遲時間tf-下降時間tfr-正向恢復(fù)時間tg-電路換向關(guān)斷時間tgt-門極控制極開通時間Tj-結(jié)溫Tjm-最高結(jié)溫ton-開通時間toff-關(guān)斷時間tr-上升時間trr-反向恢復(fù)時間ts-存儲時間tstg-溫度補(bǔ)償二極管的貯成溫度a-溫度系數(shù)入p-發(fā)光峰值波長入-光譜半寬度n-單結(jié)晶體管分壓比或效率vb-反向峰值擊穿電壓Vc-整流輸入電壓VB2B1-基極間電壓VBE10-發(fā)射極與第一基極反向電壓VEB-飽和壓降VFM-最大正向壓降（正向峰值電壓）VF-正向壓降（正向直流電壓）VF-正向壓降差VDRM-斷態(tài)重復(fù)峰值電壓VGT-門極觸發(fā)電壓VGD