電子設計基礎關鍵元器件篇二極管

電子設計根底關鍵元器件篇〔二〕:二極管〔diode〕，另外，還有早期的真空電子二極管；它是一種具有單向傳導電流的電子器件。在半導體二極管內部有一個 PN結兩個引線端子，這種電子器件依據(jù)外加電壓的方向，具備單向電流的轉導性。pnp-n結界面。在其界面的兩側形成空間電荷層，構成自建電場。當外加電壓等于零時，由于p-n結兩邊載流子態(tài)下的二極管特性。雙二極管SMDPACKfya. Uf11? MiftPOWERPACK“DI ITOfrDAU1/334/33常見二極管圖示二極管的符號為概述二極管的符號為半導體是一種具有特別性質的物質，絕緣 它不像導體一樣能夠完全導電，又不像所體那樣不能導電，它介于兩者之間, 以稱為半導體。半導體最重要的兩種元素是硅〔讀“guI〕和鍺〔讀“那里有好多家半導體廠商

我們常聽說的美國硅谷，就是由于收音機來收聽無線電播送，這種礦石后來就被做成了晶體二極管。二極管最明顯的性質就是它的單向導電特性，就是說電流只能從一邊過去，卻不能從另一邊過來〔從正極流向負極〕。我們用萬用表來對常見的 1N4001型硅整流二極管進展測量，紅表筆接二極管的負極，黑表筆接二極管的正極時，表針會動，說明它能夠導電；然后將黑表筆接二極管負極，紅表筆接二極管正極，這時萬用表的表針根本不動或者只偏轉一點點， 說明導電不良〔萬用表里面，黑表筆接的是內部電池的正極〕。字，二極管有兩個電極，并且分為正負極，一般把極性標示在二極管的外殼上。大多數(shù)用一個不同顏色的環(huán)來表示負極，有的直接標上“一”號。大功率二極管多承受金屬封裝，并且有個螺母以便固定在散熱器上。二極管的工作原理二極管實物pnp-np-n引起的集中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)。當外界有正向電壓偏I0。當外加的反向電壓高到肯定程度時，p-np-n結的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。半導體分立元器件命名方法竜義舞序D二極管AN型□諸的斜P1管三極背BP型.曙材斜V鍛波管C2擔」旌射斜WDF型硅時料CAPMP型諸材科2RNPM型曙林斜LCP1QP型礎材料S隧道管DNFN型硅村斜NE化合物材料U光電器件K幵關管X低瓢h功車管f.<3MHz*P c<其次韶分第三局部第n第近郃分其次韶分第三局部第n第近郃分的輙數(shù)目用字母表示器件的類型局部用數(shù)旳字世義23!WGD高頻小功率營f->3MHz>Pc<1W低頻大功瑋f.<3MHE.P >cIWA 高頻玄功率管>Pr>!WTY可鋰探器體效應框件BJCS雪崩管場效應管FHJG半導薦特洙髀件lDTlKT1譽m電1^號“檢出來”，老式收音機中會有一個“檢波二極管”，一般用鍺管。二、二極管的特性正向性

2AP9型在正向特性的起始局部，正向電壓很小，缺乏以抑制PN結內電場得阻擋作用，正向電流幾乎為零，這一段稱為死區(qū)。這個不能使二極管導通的正向電壓稱為死區(qū)電壓。當正向電壓大于死區(qū)電壓以后， PN結內電場被抑制，二極管導通，電流隨電壓增大而快速上升。在正常使用的電流范圍內，導通時二極管的端電壓幾乎維持不變，這個電壓稱為二極管的正向電壓。二極管的反向特性電流或漏電流，二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。擊穿壓過高。是誕生最早的半導體器件之一，其應用也格外廣泛。二極管的管壓降：硅二極管〔不發(fā)光類型〕正向管壓降 壓降為0.3V，發(fā)光二極管正向管壓降為隨不同發(fā)光顏色而不同。主要有三種顏色，具體壓降參考值如下：紅色發(fā)光二極管的壓降為2.0--2.2V1.8—2.0V，綠色發(fā)光二極管的壓降為3.0—3.2V20mA的電阻。二極管的反向擊穿齊納擊穿 反向擊穿按機理分為齊納擊穿和雪崩擊穿兩種狀況。在咼摻雜濃度的狀況下，因勢壘區(qū)寬度很小，反向電壓較大時，破壞了勢壘區(qū)內共價鍵結構，使價電子脫離共價鍵束縛，產(chǎn)生電子-假設摻雜濃度較低，勢壘區(qū)寬度較寬，不簡潔產(chǎn)生齊納擊穿。雪崩擊穿 另一種擊穿為雪崩擊穿。當反向電壓增加到較大數(shù)值時，外加電場使電子漂移速度加快，從而與共價鍵中的價電子相碰撞，把價電子撞出共價鍵，產(chǎn)生的電子-空穴對。產(chǎn)生的電子-空穴被電場加速后又撞出其它價電子，載流子雪崩式地制，都可能造成PN結永久性損壞。二極管電路及其分析方法V-IaV-Ib為其代表符號0V。+ 5)el.e<f<ihsoom3恒壓型V-I特性如下圖。當二極管導通后，其管壓降認為恒定不隨電流而變〔硅管典型值為0.7V〕。此模型供給了合理的近似，因此應用較廣。使用時只有當二極管的iD1mA寸才是正確的。二極管折線模型對恒壓降模型作肯定的修正，認為二極管的管壓降是隨著通過二極管電流的|〕.7卩-(].57增加而增加的即得二極管折線模型。在模型中用一個電池和一個電阻 rD來作進一步的近似。電池的電壓為二極管的門坎電壓 Vth〔約為0.5V〕。當二極管的導通電流為1mA|〕.7卩-(].57二極管折線模型如以下圖所示小信號模型67/339/33%(fc)二極管小信號模型如上圖所示。如二極管在靜態(tài)工作點 Q〔vD=VDiD=ID〕四周工作，則可把V-I特性看成為一條直線，其斜率的倒數(shù)就是所要求的小信號模型的微變電阻rd。rd=dvD/diDrdV-I特性表達式導出?！?〕iDvD的微分，可得微變電導由此可得j_互=2^2=(當T=300K時)例如，當Q點上的ID=2mA時，rd=26mV/2mV=13W值得留意的是，式〔1〕是二極管正向V-I特性一個很好的模型，稱之為指數(shù)模型。利用它并依據(jù)數(shù)學迭代原理，可以較準確地分析二極管電路。如借助PSPICE程序，指數(shù)模型更便于使用。特別二極管電流急增，如圖b的特性所示。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于，電流增量很大，只引起很小的電壓變化。在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中一般都加限流電阻R,使穩(wěn)壓管電流工作在IZmax和IZmix的范圍。齊納二極管又稱穩(wěn)壓管，是一種用特別工藝制造的面結型硅半導體二極管，其代表符號如圖a所示。前已提及，這種管子的雜質濃度比較大，空間電荷區(qū)內的電荷密度也大，因而該區(qū)域很窄，簡潔形成強電場。當反向電壓加到某肯定值時，反向電流急增，產(chǎn)生反向擊穿，如圖b的特性所示。圖中的VZ表示反向擊穿電壓，即穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于，電流增量 DIZ很大，只引起很小的電壓變化DVZ曲線愈陡，動態(tài)電阻rz=DVZ/DIZ愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能愈好。一般地說，VZ為8V左右的穩(wěn)壓管的動態(tài)電阻較小，低于這個電壓的，rZ隨齊納電壓的下降快速增加，因而低壓穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能較差。穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓VZ,低的為3V,高的300V,0.6V。在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中一般都加限流電阻R,IZmax和IZmix的范圍。穩(wěn)壓管在應用中要實行適當?shù)拇胧┫拗仆ㄟ^管子的電流，以保證管子不會因過熱而燒壞。并聯(lián)式穩(wěn)壓電路10/33V1RL變化時，電路能自動地IZRIRRV0(VZ根本恒定的目的。例如，VIRL減小時，將產(chǎn)生如下的自動調整過程：RL“?IO?IR?VO—?IZ-?IR-VOVO能根本維持恒定。穩(wěn)壓管在直流穩(wěn)壓電源中獲得廣泛的應用。穩(wěn)壓電路如下圖。圖中DZ為穩(wěn)壓管，R為限流電阻的作用是使電路有一個適宜的工作狀態(tài)。因負載RL與穩(wěn)壓管兩端并接，故稱為并聯(lián)式穩(wěn)壓電路。IZ有較大幅度的變化DIZ時，而DVZV1RL變化時，電路能自動地調整IZ的大小，RIRR，到達維持輸出電壓V0(VZ)根本恒定的目的。例如，當VI恒定RL減小時，將產(chǎn)生如下的自動調整過程：RL“?IO?IR?VO“?IZ-?IR-VO可見VO能根本維持恒定。同理，亦可分析當RL增大時，亦可得出維持恒定的結論

Vo根本二極管結電容的大小除了與本身構造和工藝有關外， 電容隨反向電壓的增加而減小，這種效應顯著的二極管稱為變容二極管。ab是變容二極管的特性曲線。不同型號的管子，其電容最大值可能是5~300pF。最大電容與最小電容之比約為5:1。變容二極管在高頻技術中應用較多。三、二極管的應用1、整流二極管 利用二極管單向導電性，可以把方向交替變化的溝通電變換成單一方向的脈沖直流電。2、開關元件 二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導通狀態(tài)，相當于一只接通的開關；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止狀態(tài)，如同一只斷開的開關。利用二極管的開關特性，可以組成各種規(guī)律電路。3、限幅元件 二極管正向導通后，它的正向壓降根本保持不變〔硅管為0.7V0.3V〕在肯定范圍內。4、繼流二極管5、檢波二極管6、變容二極管7、顯示元件以實現(xiàn)穩(wěn)壓電路。四、二極管的類型

在開關電源的電感中和繼電器等感性負載中起繼流作用在收音機中起檢波作用使用于電視機的高頻頭中VCDDVD計算器等顯示器上反向擊穿電壓恒定，且擊穿后可恢復，利用這一特性可■4<(■*aw■4<(■*awf<<￡二極管種類有很多，依據(jù)所用的半導體材料，可分為鍺二極管〔 Ge管〕和硅二極管〔Si管〕。依據(jù)其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管、硅功率開關二極管、旋轉二極管等。依據(jù)管芯構造，又可分為點接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點接觸型二極管是用一根很細的金屬絲壓在光滑的半導體晶片外表，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片結實地燒結在一起，形成一個“PN結”。由于是點接觸，只允許通過較小的電流〔不超過幾十毫安〕，適用于高頻小電流電路，如收音機的檢波等。面接觸型二極管的“PN結”面積較大，允許通過較大的電流〔幾安到幾十安〕，主要用于把溝通電變換成直流電的“整流”電路中。平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過較大的電流，而且性能穩(wěn)定牢靠，多用于開關、脈沖及高頻電路中。貼片二極管1依據(jù)構造分類半導體二極管主要是依靠PN結而工作的。與PN結不行分割的點接觸型和肖特基型，也被列入一般的二極管的范圍內。包括這兩種型號在內，依據(jù) PN構造造面的特點，把晶體二極管分類如下：點接觸型二極管點接觸型二極管是在鍺或硅材料的單晶片上壓觸一根金屬針后， 再通過電流法而形成的。因此，其PN結的靜電容量小，適用于高頻電路。但是，與面結型相比較，點接觸型二極管正向特性和反向特性都差，因此，不能使用于大電流和整流。由于構造簡潔，所以價格廉價。對于小信號的檢波、整流、調制、混頻和限幅等一般用途而言，它是應用范圍較廣的類型。鍵型二極管鍵型二極管是在鍺或硅的單晶片上熔接或銀的細絲而形成的。其