2、二极管的基础知识

2020/4/2第二章二极管的基础知识2020/4/2PN结的单向导电性(1)PN结加正向电压PN结呈现低阻性。P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏。当外加正向电压，即电源的正负端分别接P型和N型半导体时，外加电场的方向与内建电场E的方向相反，相应的阻挡层宽度减小，这样就打破了扩散运动的和漂移运动的动态平衡，其中扩散运动起主要作用，形成扩散电流。2020/4/2外加反向电压,方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏。在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。（2）PN结加反向电压2020/4/2总结：PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。返回2020/4/2半导体二极管半导体二极管二极管：一个PN结就是一个二极管。单向导电：二极管正极接电源正极，负极接电源负极时电流可以通过。反之电流不能通过。符号：2020/4/2半导体二极管的结构类型在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。它们的结构示意图如图1－10所示。PN结面积大，用于工频大电流整流电路。往往用于集成电路制造工艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。2020/4/2阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅(c)平面型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(a)点接触型铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线(b)面接触型阴极阳极(d)符号2020/4/2(1)正向特性硅二极管的死区电压Vth=0.6~0.8V左右，锗二极管的死区电压Vth=0.2~0.3V左右。当0＜V＜Vth时，正向电流为零，Vth称死区电压或开启电压。正向区分为两段：当V＞Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。2020/4/2半导体二极管的参数(1)最大整流电流IF(2)反向击穿电压VBR二极管连续工作时，允许流过的最大正向整流电流的平均值。工作时应使平均工作电流小于ＩＦ,如超过ＩＦ,二极管将过热而烧毁。此值取决于ＰＮ结的面积、材料和散热情况。二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压VBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压VRM一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。2020/4/2(4)正向压降VF在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。硅二极管约0.6～0.8V；锗二极管约0.2～0.3V。(5)最高工作频率fＭｆＭ的值主要取决于ＰＮ结结电容的大小,结电容越大,则二极管允许的最高工作频率越低。(3)反向电流IR在室温，规定的反向电压下，最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。2020/4/2几种常见的二极管：整流二极管：多用硅半导体材料制成，有金属封装和塑料封装两种，整流二极管是利用PN结的单向导电性，把交流电变成脉动的直流电，多用在电源电路中，型号有IN4007。检波二极管：检波的作用是把调制在高频电磁波上的低频信号检出来，它是利用二极管的非线性，检波二极管要求结电容小，反向电流小，必须有良好的高频特性。型号有2A9P2020/4/2几种常见的二极管：稳压二极管：它是一种齐纳二极管，它的正常工作区为PN结的反向击穿区，其特点是反向电流在一定的范围内变化时稳压管两端的电压几乎不变。注意的是，稳压管的电流一定要工作在稳压区，但电流也不能无限制增大，必须串联一定的限流电阻，其作用是限制稳压管的反向电流，防止因电流过大致使PN结结温过高而烧坏。型号有0.5W5V1稳压管2020/4/2几种常见的二极管：开关二极管：利用二极管的单向导电性，在正偏状态下电阻很小，约几十欧；在反偏下呈截止状态，电阻很大，在几十千欧以上，利用二极管的这一特性，在电路中对电流进行控制，可起到“接通”或“关断”的开关作用，要求它的开关速度非常高，广泛应用在脉冲电路和自动控制电路中。型号有IN4148变容二极管：它是利用PN结的空间电荷层具有电容特性的原理，特点是电容随管子上的反向电压大小而变化，它可以取代可变电容器，广泛用在振荡电路和谐振电路中，如高频头、压控振荡器等，它必须工作在反偏状态，反偏电压越高，结电容则越少，型号以2CC和2CB开头。2020/4/2几种常见的二极管：高压硅堆：它是把多只整流二极管串联起来，外面用塑料封装成一个整体的高压整流器件，它对反向重复峰值电压有很高的要求，广泛应用于行输出电路。阻尼二极管：它具有高频高压整流二极管特性，反向恢复时间小，能承受较高的反向电压和较大的峰值电流，多用于电视机中的行扫描电路。2020/4/2几种常见的二极管：发光二极管：它通常用砷化镓、磷化镓等半导体材料制成，它在通过正向电流是会发光，发光的颜色取决于所用的材料，可发出红、黄、绿及红外光，它广泛应用于数码指示、电气设备的工作状态指示和遥控发射二极管。光电二极管：它工作时加上反向电压，在光照射时产生光电流，光电流随着光照强度的增强而上升。它广泛应用在光传感器中，如背投电视中的自动汇聚调整。2020/4/2晶体二级管整流二极管、开关二极管、检波二极管、变容二极管、稳压二极管、阻尼二极管、发光二极管、光电二极管2020/4/2限幅元件二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。继流二极管在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。开关元件二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。开关元件二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。开关元件二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。2020/4/2色环稳压二极管国外家电、PDP及液晶电视常见体积小、功率小，稳压值10V，易损坏。色环含义:前两位为有效数字；最后一位是小数点位数。通常色环稳压二极管都只取一位小数，即为棕色。51x10-1=5.1V2020/4/2肖特基势垒二极管SBD（SchottkyBarrierDiode，简称）是近年来间世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千安培。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。中、小功率肖特基整流二极管大多采用封装形式。肖特基二极管快恢复二极管2020/4/2二极管的主要参数1、额定正向工作电流是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为140。左右，锗管为90。左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以，二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如，常用的IN4001－4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。2、最高反向工作电压加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。2020/4/2二极管外形图2020/4/2桥堆外形桥堆内部电路图1.2.8半桥和全桥整流堆2020/4/2光电耦合器2020/4/23、反向电流反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管，在25时反向电流若为250uA，温度升高到35，反向电流将上升到500uA，依此类推，在75时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25时反向电流仅为5uA，温度升高到75时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。2020/4/2测试二极管的好坏测试前先把万用表的转换开关拨到欧姆档的RX1K档位（注意不要使用RX1档，以免电流过大烧坏二极管），再将红、黑两根表笔短路，进行欧姆调零。1、正向特性测试把万用表的黑表笔（表内正极）搭触二极管的正极，，红表笔（表内负极）搭触二极管的负极。若表针不摆到0值而是停在标度盘的中间，这时的阻值就是二极管的正向电阻，一般正向电阻越小越好。若正向电阻为0值，说明管芯短路损坏，若正向电阻接近无穷大值，说明管芯断路。短路和断路的管子都不能使用。2、反向特性测试把万用表的红表笔搭触二极管的正极，黑表笔搭触二极管的负极，若表针指在无穷大值或接近无穷大值，管子就是合格的。2020/4/2二极管部分型号命名1)1N4000/1N5400/RL系列一般整流二极管2)FR/1N/BA/BY/RGP系列快恢复二极管3)HER/UF系列高效整流二极管4)UF/SF/MUR系列超快速恢复二极管5)1N/SR/SB/MBR系列肖特基二极管6)P6KE/1.5KE系列瞬态抑制二极管7）MTZJ/LLZ/RL系列稳压二极管2020/4/2国际电子联合会二极管的型号命名方法2020/4/2不同种类二极管如何选用1．稳压二极管的选用：一般用在稳压电源中作为基准电压源或用在过电压保护电路中作为保护二极管。选用的稳压二极管，应满足应用电路中主要参数的要求。稳压二极管的稳定电压值应与应用电路的基准电压值相同，稳压二极管的最大稳定电流应高于应用电路的最大负载电流50%左右。2.整流二极管：一般为平面型硅二极管，选用整流二极管时，主要应考虑其最大整流电流、最大反向工作电压、截止频率及反向恢复时间等参数。普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管，对截止频率的反向恢复时间要求不高，只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电压符合要求的整流二极管即可。例如，1N系列、2CZ系列、RLR系列等开关稳压电源的整流电路及脉冲整流电路中使用的整流二极管，应选用工作频率较高、反向恢复时间较短的整流二极管（例如RU系列、EU系列、V系列、1SR系列等）或选择快恢复二极管。2020/4/23.检波二极管：一般可选用点接触型锗二极管，例如2AP系列等。选用时，应根据电路的具体要求来选择工作频率高、反向电流小、正向电流足够大的检波二极管。4、开关二极管的选用：主要应用于收录机、电视机、影碟机等家用电器及电子设备有开关电路、检波电路、高频脉冲整流电路等。中速开关电路和检波电路，可以选用2AK系列普通开关二极管。高速开关电路可以选用RLS系列、1SS系列、1N系列、2CK系列的高速开关二极管。要根据应用电路的主要参数（例如正向电流、最高反向电压、反向恢复时间等）来选择开关二极管的具体型号。5、变容二极管的选用：选用变容二极管时，应着重考虑其工作频率、最高反向工作电压、最大正向电流和零偏压结电容等参数是否符合应用电路的要求，应选用结电容变化大、高Q值、反向漏电流小的变容二极管。不同种类二极管如何选用2020/4/2发光二极管有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似。2020/4/2常用晶体二极管的识别晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示，如：D5表示编号为5的二极管