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1、电子元器件知识-二极管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。作用：二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导 通电阻极大或无穷大。正因为二极管具有上述特性，电路中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、 编码控制、调频调制和静噪等电路中。二极管种类有很多，根据其不同用途，可分为检波二极管、整流 二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平 面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触 丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“P
2、N结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过 几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许 通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管 是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路 中。极性识别方法：二极管的识别很简单，小功率二极管的N极（负极），在二极管外表大多采用一种色圈标出来，有些二 极管也用二极管专用符号来表示P极（正极）或N极（负极），也有采用符号标志为“P”、“N”来确 定二极管极性的。发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短
3、脚为负。用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的 负极。二极管的工作原理晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建 有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂 移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流 子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成 在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流10。当外加的反向电压高到一定程度时， p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界
4、值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值 很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。二极管的导电特性二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下 面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。1 正向特性。在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方 式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极 管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，错管约为0.2V， 硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端
5、的电压基本上保持不变（错管约为0.3V， 硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。2. 反向特性。在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过， 此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反 向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二 极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。二极管的主要参数用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同 的特性参数。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
6、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，错管为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型错二极管的额定正 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。3、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
7、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型错二极管，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。4、最高工作频率-二极管能承受的最高频率。通过PN结交流电频率高于此值，二极管接不能正常工 作。测试二极管的好坏检测二极管(二极管档)红笔接正极，黑笔接负极；可显示二极管的
8、正向压降。正常应显示；硅 管0.5000.700，错管0.1500.300。肖特基二极管的压降是0.2V左右，普通硅整流管(1N4000、1N5400 系列等)约为0.7V，发光二极管约为1.82.3V。调换表笔，显示屏显示“1”则为正常，因为二极管 的反向电阻很大，否则此管已被击穿。正测、反测均为0或者为1，表明此管损坏。二极管的伏安特性二极管由一个PN结构成，具有单向导电性。二极管电流ID随外加于二极管两端的电压uD的变化规律，称为二 极管的伏安特性曲线。1.PN结的伏安方程iD = IW 1)，其中=仁为反向饱和电流，七一温度的电压当量，应一玻尔兹曼常数，q为电子电量，当T = 300(
9、27C)时，匕 =26 mV。2. 二极管的伏安特性二极管由一个PN结构成，具有单向导电性。当外加正向电压小于Uth时，外电场不足以克服PN 结的内电场对多子扩散运动造成的阻力，正向电流几乎为零，二极管呈现为一个大电阻，好像有一个门 坎，因此将电压Uth称为门槛电压(又称死区电压)。在室温下硅管U侦0.5V，错管UthS.1V。当外加正向 电压大于Uth后，PN结的内电场大为削弱，二极管的电流随外加电压增加而显著增大，电流与外加电压 呈指数关系，实际电路中二极管导通时的正向压降硅管约为0.60.8V，错管约为0.10.3V，因此工程 上定义这一电压为导通电压，用UD( n)表示，认为DUD(n
10、)时，二极管导通，iD有明显的数值，而uD%,、时，L很小，二极管截止，工程上，一般取硅管U：、=0.7V，错管U=0.2VOD(on) DD(on)D(on)二极管电流iD随外加于二极管两端的电压uD的作用而变化的规律，称为二极管的伏安特性曲线。二极管两端加上反向电压时，反向饱和电流IS很小(室温下，小功率硅管的反向饱和电流IS小于 0.1pA，错管为几十微安。).当加于二极管两端的反向电压增大到u(br)时，二极管的PN结被击穿，此时反向电流随反向电压的增大而急剧增大，匕BR)称为反向击穿电压。反向击穿类型：(1) 电击穿一PN结未损坏，断电即恢复。(2) 热击穿一PN结烧毁。反向击穿原因
11、：齐纳击穿(Zener)：向电场太强，将电子强行拉出共价键。(击穿电压 6 V，负温度系麴；雪崩击穿：反向电场使 电子加速，动能增大，撞击使自由电子数突增。(击穿电压 6 V，正温度系数)击穿电压在6 V左右时，温度系数趋 近零。3.温度对二极管特性的影响温度对二极管的特性有显著影响。在室温附近，温度每升高1 C，正向压降约减小2-2.5mV，温度每温度对二根管特性曲线的影响高1CTC,反向电流约增大一倍口温度升高时，正向 特性曲线向左移，反向特性曲线向下移若温度过 高，可能导致本征半导体激发引起的少子浓度超过 杂质原子所提供的多子浓度，此时，杂质半导体与 本征半导体相似，PN结消失口 一般硅
12、管所允许的最 高结温为150-20CTC,错管为75-150 温度Ta. t-正向电压UD 1-反向饱和电流I 反t o升常见二极管的应用整流电路常见的几种整流电路类电路整流电压的波形整流每管每管承型电压平均 值电流平均值受最高 反压单 相 半 波0.45U2/ 0v;2U 2单 相 全 波即0.9 U221 o2克U 2单相桥式本置即0.9 U221 o捉u 2滤波器电路2UF.2UF.2U(1)有电容滤波器时，在同样的交流电压U作用下，整流电压的平均值U0比无电容滤波时要大。在 负载端开路的情况下，U半波整流电容滤波全波整流电容滤波桥式整流电容滤波显U。有负载电阻Rl时，U0的大小可估算确
13、定： UL 0 U 0 U 0整流二极管在截止时所承受的最高反向电压Udrm如表42。 表42截止二极管上的最高反向电压U电路无电容滤波DRM有电容滤波单项半波整流V2U2 42U单项全波整流2应2 42U单项桥式整流再U再U有电容滤波器时，输出电压平均值决定于时间常数RlC。RlC越大，负载电压平均值U0越大。(2)有电容滤波器时 ,、T一般要求 R lCN (35)。(4) 由于电容滤波电路的输出电压平均值U受R C的大小影响较大，所以只适用于输出电压较高，负载电流小且变化不大的场合。 L(5) 电感滤波电路的特点及电路参数关系在电感滤波电路中，因为电感中的电流不能突变，所以流过整流二极管
14、的电流比较平稳。当负截电 流变化时，输出电压变化小，所以该滤波电路适用于负载电流大的场合。由于感抗对高次谐波产生压降 大，这种滤波电路的输出直流电压近似为U r.9U2。直流稳压电路ol侦42 + J Ur J U I稳压原理：稳压电路原理图如图42所示。它是利用稳压管的反向击穿特性，当电路的电源电压 波动或负载电流变化时，引起稳压管电流=变化，使通过限流电阻A上的电压发生变化来维持输出电压 U 基本不变。稳压过程：气ULI J U J q J Lr J UR J U f常用二极管的选用经验1. 检波二极管的选用检波二极管一般可选用点接触型错二极管，例如2AP系列等。选用时，应根据电路的具体要
15、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。虽然检波和整流的原理是一样的，而整流 的目的只是为了得到直流电，而检波则是从被调制波中取出信号成分(包络线)。检波电路和半波整流 线路完全相同。因检波是对高频波整流，二极管的结电容一定要小，所以选用点接触二极管。能用于高 频检波的二极管大多能用于限幅、箝位、开关和调制电路。2、整流二极管的选用整流二极管一般为平面型硅二极管，用于电源整流电路中。选用整流二极管时，主要应考虑其最大整流电流、最大反向工作电流、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流符合要求的整流二极管即可。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或选择快恢复二极管。3、稳压二极管的选用稳压二极管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
