模拟技术
二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode),另外,还有早期的真空电子二极管;它是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子,这种电子器件按照外加电压的方向,具备单向电流的转导性。一般来讲,晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层,构成自建电场。当外加电压等于零时,由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态,这也是常态下的二极管特性。几乎在所有的电子电路中,都要用到半导体二极管。
大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为“整流(Rectifying)”功能。二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过(称为顺向偏压),反向时阻断 (称为逆向偏压)。因此,二极管可以想成电子版的逆止阀。然而实际上二极管并不会表现出如此完美的开与关的方向性,而是较为复杂的非线性电子特征——这是由特定类型的二极管技术决定的。二极管使用上除了用做开关的方式之外还有很多其他的功能。
早期的二极管包含“猫须晶体("Cat's Whisker"Crystals)”以及真空管(英国称为“热游离阀(Thermionic Valves)”)。现今最普遍的二极管大多是使用半导体材料(如硅或锗)制作而成。
二极管在电路中应用和之前介绍的电阻,电容,电感一样,非常常见。可以说正是因为半导体材料的发现和半导体技术的发展才有我们现今琳琅满目的电子产品世界。二极管作为半导体材料最原始的应用,其在电子技术中的地位可想而知。那么它究竟是何方神圣呢?
实际应用中二极管样式也是多种多样,按照不一样的应用场景二极管也被分成各种类别,如整流二极管、检波二极管、开关二极管、稳压二极管、变容二极管、瞬态电压抑制二极管、肖特基二极管、发光二极管、隔离二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。
整流二极管: 将交流电源整流成为直流电流的二极管叫作整流二极管。
检波二极管: 检波二极管是用于把迭加在高频载波上的低频信号检出来的器件,它具有较高的检波效率和良好的频率特性。
开关二极管: 在脉冲数字电路中,用于接通和关断电路的二极管叫开关二极管,它的特点是反向恢复时间短,能满足高频和超高频应用的需要。
稳压二极管: 稳压二极管是由硅材料制成的面结合型晶体二极管,它是利用PN结反向击穿时的电压基本上不随电流的变化而变化的特点,来达到稳压的目的,因为它能在电路中起稳压作用,故称为、稳压二极管(简称稳压管)。
变容二极管: 变容二极管是利用PN结的电容随外加偏压而变化这一特性制成的非线性电容元件,被广泛地用于参量放大器,电子调谐及倍频器等微波电路中。
瞬态电压抑制二极管TVS: 一种固态二极管,专门用于ESD保护。TVS二极管是和被保护电路并联的,当瞬态电压超过电路的正常工作电压时,二极管发生雪崩,为瞬态电流提供通路,使内部电路免遭超额电压的击穿。
肖特基二极管: 基本原理是在金属(例如铅)和半导体(N型硅片)的接触面上,用已形成的肖特基来阻挡反向电压。肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程度只有40V左右。其特长是开关速度非常快,反向恢复时间trr特别地短。因此,能制作开关二极管和低压大电流整流二极管。
发光二极管LED: 用磷化镓、磷砷化镓材料制成,体积小,正向驱动发光。工作电压低,工作电流小,发光均匀、寿命长、可发红、黄、绿单色光。
1、二极管伏安特性
导通后分电压值约为 0.7 V(硅管)或0.3V(锗管)(LED 约为 1-2 V,电流 5-20 mA)。
反向不导通,但如果达到反向击穿电压,那将导通(超过反向最大电压可能烧坏)。
正向电压很小时不导通(0.5 V 以上时才导通)。
2、主要参数
最大整流电流 I_FIF: 表示长期运行允许的最大正向平均电流,超出可能因结温过高烧坏。
最高反向工作电压 U_RUR:允许施加的最大反向电压,超出可能击穿。(U_RUR 通常为击穿电压的一半)。
反向电流 I_RIR: 未击穿时的反向电流,越小导电性越好。
最高工作频率 f_MfM: 上线截止频率。因结电容作用,超出可能不能很好体现的单向导电性。
二极管的诞生得益于半导体技术,从原理上讲它涉及到微观电子学,所以它的底层原理是比较复杂的,但我们实际运用时主要在于根据我们电路的特点选择合适的二极管型号,所以底层原理这里没有说明,之后在实际电子设计中再将进一步了解。
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