随着科技的飞速发展,半导体技术已经深入到我们生活的方方面面,其中二极管作为一开始诞生的半导体器件之一,扮演着举足轻重的角色。它的应用范围普遍,无论是在各种电子电路中,还是在日常的收音机、家用电器和工业控制电路中,都可以找到它的踪迹。二极管是一种由半导体材料(如硅、硒、锗等)制成的电子器件,具有两个电极,正极和负极。当在二极管的两极间加上正向电压时,二极管导通,电流可以从阳极流向阴极;而在加上反向电压时,二极管截止,电流无法通过。这一特性使得二极管在电路中可以起到开关的作用,控制电流的通断。二极管结构简单,制造成本低,因此广泛应用于各种电子设备中。STP6N120K3 MOS(场效应管)
二极管是*常用的电子元件之一,它*的特性就是单向导电,也就是电流只可以从二极管的一个方向流过,二极管的作用有整流电路,检波电路,稳压电路,各种调制电路,主要都是由二极管来构成的,其原理都很简单,正是由于二极管等元件的发明,才有我们现在丰富多彩的电子信息世界的诞生。整流:利用二极管单向导电性,可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。开关: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。二极管正向导通后,它的正向压降基本保持不变(硅管为,锗管为)。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。4、续流在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起续流作用。5、检波在收音机中起检波作用。6、变容使用于电视机的高频头中。7、显示用于VCD、DVD、计算器等显示器上。8、稳压二极管实质上是一个面结型硅二极管,稳压二极管工作在反向击穿状态。在二极管的制造工艺上,使它有低压击穿特性。稳压二极管的反向击穿电压恒定,在稳压电路中串入限流电阻。 STB100NF03L-03二极管在电路中起到稳定电压、保护其他元件的作用。
二极管PN结形成原理:P型半导体是在本征半导体(一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体)掺入少量三价元素杂质,如硼等。因硼原子只有三个价电子,它与周围的硅原子形成共价键,因缺少一个电子,在晶体中便产生一个空位,当相邻共价键上的电子获得能量时就有可能填补这个空位,使硼原子成了不能移动的负离子,而原来的硅原子的共价键则因缺少一个电子,形成了空穴,但整个半导体仍呈中性。这种P型半导体中以空穴导电为主,空穴为多数载流子,自由电子为少数载流子。[6]N型半导体形成的原理和P型原理相似。在本征半导体中掺入五价原子,如磷等。掺入后,它与硅原子形成共价键,产生了自由电子。在N型半导体中,电子为多数载流子,空穴为少数载流子。[6]因此,在本征半导体的两个不同区域掺入三价和五价杂质元素,便形成了P型区和N型区,根据N型半导体和P型半导体的特性,可知在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差异,电子和空穴都要从浓度高的区域向浓度低的区域扩散,它们的扩散使原来交界处的电中性被破坏。
二极管的作用:整流器:二极管可用作整流器,将交流电信号转换为直流电信号。通过只允许电流在一个方向上流动,二极管可以将交流信号的负半周截去,使电流只在正半周通过,从而实现整流。信号检测:二极管可以用作信号检测器。在无线电和通信系统中,二极管通过将电流只允许在一个方向上流动来检测和提取调制信号。电压调节器:二极管可以用于电压调节器电路,保护电路免受过高电压的影响。例如,锗二极管和硅二极管被用作稳压二极管,以提供稳定的电压输出。电流保护:二极管可以用于电流保护电路。在电路中,当电流超过二极管的额定值时,二极管会变为导通状态,将多余的电流引流,从而保护其他电子元件免受损害。光电转换:光二极管(光电二极管)可以将光信号转换为电信号。当光照射到光二极管时,产生的光电流可以用于感应和测量光的强度、光电转换等应用。逻辑门:二极管可以用于构建数字逻辑门电路,如与门、或门、非门等。通过控制二极管的导通和截止状态,实现逻辑功能的实现。温度测量:某些特殊类型的二极管,如热敏二极管,其电阻值随温度的变化而变化。这种特性可用于温度测量和温度补偿应用。以上是二极管的一些常见作用和应用。 随着科技的发展,新型二极管如肖特基二极管等不断涌现,为电子设备性能的提升提供了更多可能。
二极管导通时相当于开关闭合(电路接通),截止时相当于开关打开(电路切断),所以二极管可作开关用,常用型号为1N4148。由于半导体二极管具有单向导电的特性,在正偏压下PN结导通,在导通状态下的电阻很小,约为几十至几百欧;在反向偏压下,则呈截止状态,其电阻很大,一般硅二极管在10ΜΩ以上。高频条件下,二极管的势垒电容表现出来极低的阻抗,并且与二极管并联。当这个势垒电容本身容值达到一定程度时,就会严重影响二极管的开关性能。极端条件下会把二极管短路,高频电流不再通过二极管,而是直接绕路势垒电容通过,二极管就失效了。而开关二极管的势垒电容一般极小,这就相当于堵住了势垒电容这条路,达到了在高频条件下还可以保持好的单向导电性的效果。 二极管按材料可分为硅管和锗管,二者在性能上略有差异。肇庆SZMM5Z5V6T1G二极管桥式整流器
对于初学者来说,理解二极管的基本原理和工作方式,是深入学习电子技术的关键一步。STP6N120K3 MOS(场效应管)
二极管特性参数:反向特性外加反向电压不超过一定范围时,通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流。由于反向电流很小,二极管处于截止状态。这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流,二极管的反向饱和电流受温度影响很大。[4]一般硅管的反向电流比锗管小得多,小功率硅管的反向饱和电流在nA数量级,小功率锗管在μA数量级。温度升高时,半导体受热激发,少数载流子数目增加,反向饱和电流也随之增加。[4]击穿特性外加反向电压超过某一数值时,反向电流会突然增大,这种现象称为电击穿。引起电击穿的临界电压称为二极管反向击穿电压。电击穿时二极管失去单向导电性。如果二极管没有因电击穿而引起过热,则单向导电性不一定会被**破坏,在撤除外加电压后,其性能仍可恢复,否则二极管就损坏了。因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。[5]反向击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。在高掺杂浓度的情况下,因势垒区宽度很小,反向电压较大时,破坏了势垒区内共价键结构,使价电子脱离共价键束缚,产生电子-空穴对,致使电流急剧增大,这种击穿称为齐纳击穿。如果掺杂浓度较低,势垒区宽度较宽,不容易产生齐纳击穿。[5]另一种击穿为雪崩击穿。 STP6N120K3 MOS(场效应管)