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    二極管
    來(lái)源:作者:日期:2015-04-15 17:11:52點(diǎn)擊:12977次
    二極管,(英語(yǔ):Diode),電子元件當中,一種具有兩個(gè)電極的裝置,只允許電流由單一方向流過(guò),許多的使用是應用其整流的功能。而變容二極管(Varicap Diode)則用來(lái)當作電子式的可調電容器。大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱(chēng)之為“整流(Rectifying)”功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(guò)(稱(chēng)為順向偏壓),反向時(shí)阻斷 (稱(chēng)為逆向偏壓)。因此,二極管可以想成電子版的逆止閥。
    早期的真空電子二極管;它是一種能夠單向傳導電流的電子器件。在半導體二極管內部有一個(gè)PN結兩個(gè)引線(xiàn)端子,這種電子器件按照外加電壓的方向,具備單向電流的傳導性。一般來(lái)講,晶體二極管是一個(gè)由p型半導體和n型半導體燒結形成的p-n結界面。在其界面的兩側形成空間電荷層,構成自建電場(chǎng)。當外加電壓等于零時(shí),由于p-n 結兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài),這也是常態(tài)下的二極管特性。
    早期的二極管包含“貓須晶體("Cat's Whisker" Crystals)”以及真空管(英國稱(chēng)為“熱游離閥(Thermionic Valves)”)?,F今最普遍的二極管大多是使用半導體材料如硅或鍺。

    1特性

    正向性

    二極管圖示二極管圖示
    外加正向電壓時(shí),在正向特性的起始部分,正向電壓很小,不足以克服PN結內電場(chǎng)的阻擋作用,正向電流幾乎為零,這一段稱(chēng)為死區。這個(gè)不能使二極管導通的正向電壓稱(chēng)為死區電壓。當正向電壓大于死區電壓以后,PN結內電場(chǎng)被克服,二極管正向導通,電流隨電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流范圍內,導通時(shí)二極管的端電壓幾乎維持不變,這個(gè)電壓稱(chēng)為二極管的正向電壓。當二極管兩端的正向電壓超過(guò)一定數值
    ,內電場(chǎng)很快被削弱,特性電流迅速增長(cháng),二極管正向導通。
    叫做門(mén)坎電壓或閾值電壓,硅管約為0.5V,鍺管約為0.1V。硅二極管的正向導通壓降約為0.6~0.8V,鍺二極管的正向導通壓降約為0.2~0.3V。

    反向性

    外加反向電壓不超過(guò)一定范圍時(shí),通過(guò)二極管的電流是少數載流子漂移運動(dòng)所形成反向電流。由于反向電流很小,二極管處于截止狀態(tài)。這個(gè)反向電流又稱(chēng)為反向飽和電流或漏電流,二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。一般硅管的反向電流比鍺管小得多,小功率硅管的反向飽和電流在nA數量級,小功率鍺管在μA數量級。溫度升高時(shí),半導體受熱激發(fā),少數載流子數目增加,反向飽和電流也隨之增加。
    擊穿
    外加反向電壓超過(guò)某一數值時(shí),反向電流會(huì )突然增大,這種現象稱(chēng)為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱(chēng)為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時(shí)二極管失去單向導電性。如果二極管沒(méi)有因電擊穿而引起過(guò)熱,則單向導電性不一定會(huì )被永久破壞,在撤除外加電壓后,其性能仍可恢復,否則二極管就損壞了。因而使用時(shí)應避免二極管外加的反向電壓過(guò)高。
    二極管是一種具有單向導電的二端器件,有電子二極管和晶體二極管之分,電子二極管因為燈絲的熱損耗,效率比晶體二極管低,所以現已很少見(jiàn)到,比較常見(jiàn)和常用的多是晶體二極管。二極管的單向導電特性,幾乎在所有的電子電路中,都要用到半導體二極管,它在許多的電路中起著(zhù)重要的作用,它是誕生最早的半導體器件之一,其應用也非常廣泛。
    二極管的管壓降:硅二極管(不發(fā)光類(lèi)型)正向管壓降0.7V,鍺管正向管壓降為0.3V,發(fā)光二極管正向管壓降會(huì )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--2.2V,黃色發(fā)光二極管的壓降為1.8—2.0V,綠色發(fā)光二極管的壓降為3.0—3.2V,正常發(fā)光時(shí)的額定電流約為20mA。
    二極管的電壓與電流不是線(xiàn)性關(guān)系,所以在將不同的二極管并聯(lián)的時(shí)候要接相適應的電阻。
    特性曲線(xiàn)
    與PN結一樣,二極管具有單向導電性。硅二極管典型伏安
    特性曲線(xiàn)(圖)。在二極管加有正向電壓,當電壓值較小時(shí),電流極??;當電壓超過(guò)0.6V時(shí),電流開(kāi)始按指數規律增大,通常稱(chēng)此為二極管的開(kāi)啟電壓;當電壓達到約0.7V時(shí),二極管處于完全導通狀態(tài),通常稱(chēng)此電壓為二極管的導通電壓,用符號UD表示。
    對于鍺二極管,開(kāi)啟電壓為0.2V,導通電壓UD約為0.3V。在二極管加有反向電壓,當電壓值較小時(shí),電流極小,其電流值為反向飽和電流IS。當反向電壓超過(guò)某個(gè)值時(shí),電流開(kāi)始急劇增大,稱(chēng)之為反向擊穿,稱(chēng)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。

    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情況。在高摻雜濃度的情況下,因勢壘區寬度很小,反向電壓較大時(shí),破壞了勢壘區內共價(jià)鍵結構,使價(jià)電子脫離共價(jià)鍵束縛,產(chǎn)生電子-空穴對,致使電流急劇增大,這種擊穿稱(chēng)為齊納擊穿。如果摻雜濃度較低,勢壘區寬度較寬,不容易產(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值時(shí),外加電場(chǎng)使電子漂移速度加快,從而與共價(jià)鍵中的價(jià)電子相碰撞,把價(jià)電子撞出共價(jià)鍵,產(chǎn)生新的電子-空穴對。新產(chǎn)生的電子-空穴被電場(chǎng)加速后又撞出其它價(jià)電子,載流子雪崩式地增加,致使電流急劇增加,這種擊穿稱(chēng)為雪崩擊穿。無(wú)論哪種擊穿,若對其電流不加限制,都可能造成PN結永久性損壞。

    2作用

    二極管是最常用的電子元件之一,它最大的特性就是單向導電,也就是電流只可以從二極管的一個(gè)方向流過(guò),二極管的作用有整流電路,檢波電路,穩壓電路,各種調制電路,主要都是由二極管來(lái)構成的,其原理都很簡(jiǎn)單,正是由于二極管等元件的發(fā)明,才有我們現 在豐富多彩的電子信息世界的誕生,既然二極管的作用這么大那么我們應該如何去檢測這個(gè)元件呢,其實(shí)很簡(jiǎn)單只要用萬(wàn)用表打到電阻檔測量一下反向電阻如果很小就說(shuō)明這個(gè)二極管是壞的,反向電阻如果很大這就說(shuō)明這個(gè)二極管是好的。對于這樣的基礎元件我們應牢牢掌握住他的作用原理以及基本電路,這樣才能為以后的電子技術(shù)學(xué)習打下良好的基礎。

    3工作原理

    二極管實(shí)物二極管實(shí)物
    晶體二極管為一個(gè)由p型半導體和n型半導體形成的pn結,在其界面處兩側形成空間電荷層,并建有自建電場(chǎng)。當不存在外加電壓時(shí),由于pn結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場(chǎng)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置時(shí),外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當外界有反向電壓偏置時(shí),外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強,形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。當外加的反向電壓高到一定程度時(shí),pn結空間電荷層中的電場(chǎng)強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程,產(chǎn)生大量電子空穴對,產(chǎn)生了數值很大的反向擊穿電流,稱(chēng)為二極管的擊穿現象。pn結的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。

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