什么是二極管

發(fā)布時(shí)間:2025-01-01
一、二極管
在一塊半導(dǎo)體單晶片(硅或鍺)上,摻入一些“雜質(zhì)”,如銦、鋁、鎵或銻、磷、砷等,使得這塊半導(dǎo)體的一部分呈p型導(dǎo)電,另一部分呈n型導(dǎo)電,那末在這兩個(gè)導(dǎo)電區(qū)的交界面附近,就會形成一個(gè)特殊的區(qū)域,該區(qū)域稱為pn結(jié)。pn結(jié)是半導(dǎo)體管的基本結(jié)構(gòu),二極管的符號如圖二所示。
圖一各種類型的二極管
圖二二極管結(jié)構(gòu)及符號
二、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?,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(shí)驗(yàn)說明二極管的正向特性和反向特性。
1、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(shí),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”。
2、 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(shí)二極管中幾乎沒有電流流過,此時(shí)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(shí),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。
三、二極管的特性曲線
與pn結(jié)一樣,二極管具有單向?qū)щ娦浴9瓒O管典型伏安特性曲線(圖三)。在二極管加有正向電壓,當(dāng)電壓值較小時(shí),電流極小;當(dāng)電壓超過0.6v時(shí),電流開始按指數(shù)規(guī)律增大,通常稱此為二極管的開啟電壓;當(dāng)電壓達(dá)到約0.7v時(shí),二極管處于完全導(dǎo)通狀態(tài),通常稱此電壓為二極管的導(dǎo)通電壓,用符號ud表示。
對于鍺二極管,開啟電壓為0.2v,導(dǎo)通電壓ud約為0.3v。 在二極管加有反向電壓,當(dāng)電壓值較小時(shí),電流極小,其電流值為反向飽和電流is。當(dāng)反向電壓超過某個(gè)值時(shí),電流開始急劇增大,稱之為反向擊穿,稱此電壓為二極管的反向擊穿電壓,用符號ubr表示。不同型號的二極管的擊穿電壓ubr值差別很大,從幾十伏到幾千伏。
圖三硅二極管的伏安特性曲線
四、用指針萬用表判別二極管極性
如圖四所示為用指針萬用表判別二極管,用萬用表100或1k擋測量二極管正反向電阻,阻值較小的一次,二極管導(dǎo)通,黑表筆接觸的是二極管正極(指針萬用表的電阻擋,黑表筆是高電位)。為進(jìn)一步確定管子的質(zhì)量好壞,應(yīng)交換表筆重測一次,若兩次均為高阻,則說明管子已開路;若兩次均呈現(xiàn)較低阻值,則管子可能已短路。
圖四用指針萬用表判別二極管極性
五、二極管的主要參數(shù)
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(gè)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(shí)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?yàn)殡娏魍ㄟ^管子時(shí)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(shí),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in4001-4007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(shí),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50v,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℃,反向電流增大一倍。例如2ap1型鍺二極管,在25℃時(shí)反向電流若為250ua,溫度升高到35℃,反向電流將上升到500ua,依此類推,在75℃時(shí),它的反向電流已達(dá)8ma,不僅失去了單方向?qū)щ娞匦裕€會使管子過熱而損壞。又如,2cp10型硅二極管,25℃時(shí)反向電流僅為5ua,溫度升高到75℃時(shí),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(diǎn)q附近電壓的變化與相應(yīng)電流的變化量之比。
六、二極管的類型
二極管種類有很多,按照所用的半導(dǎo)體材料,可分為鍺二極管(ge管)和硅二極管(si管)。根據(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(guān)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(guān)二極管、旋轉(zhuǎn)二極管等。按照管芯結(jié)構(gòu),又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點(diǎn)接觸型二極管是用一根很細(xì)的金屬絲壓在光潔的半導(dǎo)體晶片表面,通以脈沖電流,使觸絲一端與晶片牢固地?zé)Y(jié)在一起,形成一個(gè)“pn結(jié)”。由于是點(diǎn)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(jī)的檢波等。面接觸型二極管的“pn結(jié)”面積較大,允許通過較大的電流(幾安到幾十安),主要用于把交流電變換成直流電的“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)定可靠,多用于開關(guān)、脈沖及高頻電路中。
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