電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)關(guān)鍵元器件篇二極管

電子設(shè)計(jì)根底關(guān)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(dǎo)電流的電子器件。在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個 PN結(jié)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(zhuǎn)導(dǎo)性。pnp-n結(jié)界面。在其界面的兩側(cè)形成空間電荷層，構(gòu)成自建電場。當(dāng)外加電壓等于零時，由于p-n結(jié)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(dǎo)體是一種具有特別性質(zhì)的物質(zhì)，絕緣 它不像導(dǎo)體一樣能夠完全導(dǎo)電，又不像所體那樣不能導(dǎo)電，它介于兩者之間, 以稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體最重要的兩種元素是硅〔讀“guI〕和鍺〔讀“那里有好多家半導(dǎo)體廠商

我們常聽說的美國硅谷，就是由于收音機(jī)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(zhì)就是它的單向?qū)щ娞匦?，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(fù)極〕。我們用萬用表來對常見的 1N4001型硅整流二極管進(jìn)展測量，紅表筆接二極管的負(fù)極，黑表筆接二極管的正極時，表針會動，說明它能夠?qū)щ?；然后將黑表筆接二極管負(fù)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(zhuǎn)一點(diǎn)點(diǎn)， 說明導(dǎo)電不良〔萬用表里面，黑表筆接的是內(nèi)部電池的正極〕。字，二極管有兩個電極，并且分為正負(fù)極，一般把極性標(biāo)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(fù)極，有的直接標(biāo)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(shí)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(dāng)外界有正向電壓偏I(xiàn)0。當(dāng)外加的反向電壓高到肯定程度時，p-np-n結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。半導(dǎo)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(dān)」旌射斜WDF型硅時料CAPMP型諸材科2RNPM型曙林斜LCP1QP型礎(chǔ)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(guān)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(yīng)框件BJCS雪崩管場效應(yīng)管FHJG半導(dǎo)薦特洙髀件lDTlKT1譽(yù)m電1^號“檢出來”，老式收音機(jī)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(jié)內(nèi)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(dǎo)通的正向電壓稱為死區(qū)電壓。當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓以后， PN結(jié)內(nèi)電場被抑制，二極管導(dǎo)通，電流隨電壓增大而快速上升。在正常使用的電流范圍內(nèi)，導(dǎo)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(dǎo)體器件之一，其應(yīng)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(jī)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(nèi)共價鍵結(jié)構(gòu)，使價電子脫離共價鍵束縛，產(chǎn)生電子-假設(shè)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(dāng)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(jié)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(dāng)二極管導(dǎo)通后，其管壓降認(rèn)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(yīng)用較廣。使用時只有當(dāng)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(rèn)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(jìn)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(dāng)二極管的導(dǎo)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(diǎn) 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(dá)式導(dǎo)出?！?〕iDvD的微分，可得微變電導(dǎo)由此可得j_互=2^2=(當(dāng)T=300K時)例如，當(dāng)Q點(diǎn)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(xué)迭代原理，可以較準(zhǔn)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(jié)型硅半導(dǎo)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(zhì)濃度比較大，空間電荷區(qū)內(nèi)的電荷密度也大，因而該區(qū)域很窄，簡潔形成強(qiáng)電場。當(dāng)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(yīng)用中要實(shí)行適當(dāng)?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(diào)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(yīng)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(fù)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(diào)整IZ的大小，RIRR，到達(dá)維持輸出電壓V0(VZ)根本恒定的目的。例如，當(dāng)VI恒定RL減小時，將產(chǎn)生如下的自動調(diào)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(dāng)RL增大時，亦可得出維持恒定的結(jié)論

Vo根本二極管結(jié)電容的大小除了與本身構(gòu)造和工藝有關(guān)外， 電容隨反向電壓的增加而減小，這種效應(yīng)顯著的二極管稱為變?nèi)荻O管。ab是變?nèi)荻O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?nèi)荻O管在高頻技術(shù)中應(yīng)用較多。三、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臏贤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，可以組成各種規(guī)律電路。3、限幅元件 二極管正向?qū)ê?，它的正向壓降根本保持不變〔硅管?.7V0.3V〕在肯定范圍內(nèi)。4、繼流二極管5、檢波二極管6、變?nèi)荻O管7、顯示元件以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓電路。四、二極管的類型

在開關(guān)電源的電感中和繼電器等感性負(fù)載中起繼流作用在收音機(jī)中起檢波作用使用于電視機(jī)的高頻頭中VCDDVD計(jì)算器等顯示器上反向擊穿電壓恒定，且擊穿后可恢復(fù)，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(dǎo)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(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。依據(jù)管芯構(gòu)造，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)的金屬絲壓在光滑的半導(dǎo)體晶片外表，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片結(jié)實(shí)地?zé)Y(jié)在一起，形成一個“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(guān)、脈沖及高頻電路中。貼片二極管1依據(jù)構(gòu)造分類半導(dǎo)體二極管主要是依靠PN結(jié)而工作的。與PN結(jié)不行分割的點(diǎn)接觸型和肖特基型，也被列入一般的二極管的范圍內(nèi)。包括這兩種型號在內(nèi)，依據(jù) PN構(gòu)造造面的特點(diǎn)，把晶體二極管分類如下：點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)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(jié)的靜電容量小，適用于高頻電路。但是，與面結(jié)型相比較，點(diǎn)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(gòu)造簡潔，所以價格廉價。對于小信號的檢波、整流、調(diào)制、混頻和限幅等一般用途而言，它是應(yīng)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(xì)絲而形成的。其