二极管
是电子电路中使用十分普遍的一种电子元件,它结构上很简单,就是一个pn结
,具有单向导电作用;自从人们发明了晶体管以后,根据不同的使用场合,人们制造了各种各样的二极管,以满足不同的使用环境;这里把二极管的种类讲一下;pn结,又叫空间电荷区、耗尽层、阻挡层
。这个空间电荷区的正负粒子是不能运动的。pn结结构图
内电场
,具有一定的电压(0-0.5v)电场方向由n区指向p区
,又相当于一个具有两个极板的电容(结电容)
,如果这个极板面积大那么它的电容量就大,反之就小,这个电容影响了二极管的使用频率、开关速度
,我们知道电容具有隔直通交作用,且频率越大容抗越小,那么如果这个电容足够大的话,交流电流就能反向通过了,二极管失去了单向导电作用,这就是二极管有最高工作频率
的原因,不仅二极管具有频率特性,三极管也有,就是与这个结电容有关;充电功能
,充电是有时间的,如果施加反向电压,其不会立即截止,会有一个较大的充电电流
,然后逐步减小到正常的反向电流值
,如果这个时间比交流电的周期也大,那这个二极管就不能用在这个电路当中了。二极管有一个重要的参数:反向恢复时间
就是与这个电容有关;下面的分类中都有提到这个问题;二极管伏安特性图
正向死区、正向导通区,反向截止区、反向击穿区
;电压
,单向导通的时候,需要抵消
这个电压,这个电压有高低,相当打开大门时的阻力大小,这是晶体二极管、三极管特有的,我们在前面的文章中介绍过电子真空二极管就没有这个现象;电流迅速增加,但电压降很小,不超过1V
,此时相当于短路,用其可以钳位作用,在门电路中应用广泛,但其电流也不是无限制大,过大会损坏二极管,有一个最大整流电流。反向截止
,也不是完全截止,存在一定的微小的反向电流,比起正向电流小的很,我们希望其越小越好,甚至为零,但晶体管的结构特性决定了它不可能为零;反向击穿区
,当反向电压超过某一值时,反向电流迅猛增加,管子可能会损坏(稳压管除外),正常工作的管子是不允许出现这种情况的。1. 最大整流电流
:二极管长时间使用时允许流过的最大正向平均电流;2. 最高反向工作电压
:指二极管正常工作时两端能承受的最高反向电压,一般为反向击穿电压的一半;3. 最大反向电流
:在二极管两端加最高反向工作电压时流过的反向电流;4. 最高工作频率
:正常工作时的最高频率;5. 反向恢复时间
:在规定条件下,从二极管外加反向电压开始到反向电流下降到最大反向电流的10%所需的时间。1. 整流二极管
整流是二极管最基本的用途,也是应用最广泛的电路之一,但凡有电路就有电源,有电源就有整流电路,整流就是将交流电变成直流电的过程,通过二极管不同的组合形式可以组成半波、全波、桥式整流。整流二极管通过的电流较大,属于面接触性的二极管,这个可以理解,面积越大,多数载流子通过越多;几种整流电路图
2. 检波二极管
:检波和整流本质上都是二极管单向导电性
的应用,它们之间的差别在于:第一,整流针对电源处理的,也就是将交流电变成直流电,供给电路使用;检波是针对信号处理的,它将调幅波或调频信号中的低频信号取出来,进行放大,推动音响或其它执行电路,它们的根本目的不同;第二,整流电路电流较大,检波电流较小,一般以100mA为标准,大于100mA的就是整流电路,反之就是检波电路;由于检波是处理信号,而信号一般电压较小、频率较高,因此检波二极管的特性上应该是死区电压较低、工作频率较高的点接触性二极管,如锗二极管2AP9等,在老式收音机中得到了广泛的使用,现在又有了性能更好的检波二极管如1SS106等,可以极大的提高矿石收音机、直放式收音机、超外差式收音机的灵敏度;如下图直放式收音机中两个2AP9二极管组成了倍压检波电路。检波二极管的应用电路
3. 稳压二极管
也叫齐纳二极管
。聪明的人类发现二极管具有反向击穿后电压变化极小而电流变化极大
的特点,便制成了稳压二极管,它工作在反向击穿区
,能够起到稳压作用、还可以作为其它元件的基准电压进行比较;现在使用比较广泛的是1N4727-51系列稳压管,稳定电压从3V-30V,耗散功率1W;大一点的是1N5333-1N5388系列,稳定电压在3.3V-200v之间,耗散功率5W;注意它是工作中反向击穿区的,且只有反向电压达到或超过其稳压值后才起作用(当然不能超过其耗散功率),在选择稳压管的时候,不仅要考虑稳定电压还必须考虑其耗散功率,否则可能会击穿稳压二极管,使其丧失作用。如下图1稳压二极管起稳压作用,图二,稳压二极管起基准电压作用;1.稳压二极管的稳压作用
2.稳压二极管的基准作用
4. 变容二极管
前面在二极管的特性中提到过,其pn结相当于一个电容,当加正向电压时,其导通了,pn结宽度变窄,当其加反向电压时pn结宽度增加,相当于电容量降低,并且反向时其是截止的,因此利用这个原理制作了变容二极管,用它来取代手动的可变电容器,用于调谐、振荡等与频率选择有关的电路中,使得电路更加简单,并且容易实现自动控制、记忆功能;它具有二极管的一切特性,比如正向导通,反向截止,不过其结构上专门增加了结电容。如下图TDA7000集成电路调频收音机中的变容二极管与电感组成了谐振电路,通过可变电阻改变其反向电压达到调谐的目的。5. 发光二极管(LED)
这是一种使用非常广泛的二极管,其导通电压比普通二极管高(1.8v-3v),反向电压较低,且不同颜色的二极管导通电压不同,由于其耗能低、亮度高、寿命长,价格低、效率高,迅猛占领了照明市场,在电子电路中多用作指示灯,反映电路的运行状态,它也具有普通二极管的一些特点;这种发光二极管按颜色分有红色、黄色、绿色、蓝色、白色光,形状各异,多个二极管组合在一起形成双色、三色发光二极管,和逻辑控制电路一起构成了绚丽多彩的美观灯。还有一种发光二极管叫闪烁二极管,它是在普通发光二极管的基础上增加了振荡电路,按一定频率闪烁;
6. 开关二极管
它是利用二极管的单向导电性,在半导体pn结上加上正向偏压后,在导通状态下,电阻很小(几十-几百欧);加上反向电压后截止,其电阻很大(硅管在100兆欧以上),在电路中起到电流通过或关断的作用,成为理想的电子开关,开关速度很快;常用的有典型的开关管为1N4148,在电路中经常见到,其它如1N4150、1N4448、1N457、1N914等;随着肖特基二极管、快恢复二极管的出现,多用它们作为开关管。如下图门电路中的开关二极管。7. 肖特基二极管(SBD)
又称肖特基势垒二极管,它是以发明人肖特基博士命名的。属于大电流、低功耗、超高速的元件,它的特点是反向恢复时间很短,达到几纳秒,而工作电流却可达到几千安培,由于其导通、截止状态可以高速切换,故主要用在高频电路中,由于面接触性的肖特基二极管工作电流大,故变频器、电机驱动器、逆变器和开关电源中的整流、续流、保护二极管常采用面接触性的肖特基二极管,而点接触性肖特基二极管,其工作电流稍小,常在高频电路中用作检波、小电流整流。肖特基二极管的缺点是反向耐压低,一般在100V一下,因此不能用在高电压电路中,肖特基二极管与普通二极管一样具有单向导电性。如下图开关电源电路板中输出整流电路选用的是肖特基二极管,输入电源整流电路选用的是整流桥,尖峰吸收二极管选用的快恢复二极管;开关电源电路板
8. 快恢复二极管(FRD)、超快恢复二极管(SRD)
,是一种反向工作电压高、工作电流较大的高速半导体二极管,其反向基础电压可达到几千伏,反向恢复时间一般为几百纳秒。快恢复二极管广泛应用在开关电源、不间断电源、变频器和电机驱动器中,主要用作高频、高压和大电流整流和续流。它与普通二极管一样具有单向导电性;9. 双向触发二极管
:它是三层、对称性质的二端半导体器件,等效于基极开路、发射极与集电极对称的NPN晶体管,这种管子的特性是双向导通,具有转折电压,低于这个电压时呈现高阻,高于这个电压时呈现低阻,其正反向特性完全对称;,很多情况下用作触发双向晶闸管,还常用作过压保护、定时、移相等电路;常用的有DB3、DC34、DB4、DB6,转折电压不同;如下图由双向触发二极管和双向可控硅组成的调光灯电路图。双向二极管结构、特性
双向可控硅调光电路图
10. 双基极二极管
,又叫单结晶体管
,它由发射极、两个基极组成的三端负阻器件,当加在发射极上的电压达到峰值电压时,迅速导通,当电压低于谷底电压时电路截止,用于张弛、定时等电路,具有频率易调、温度性能好的优点;多和单向晶闸管配合组成可调电压电路;如下图由单向可控硅和单结晶体管组成的调光电路。11. 阻尼二极管
具有较高的反向工作电压和峰值电流、正向压降小,用于电视机行扫描电路中;常用的有2AN2CN2DN系列。如下图电视机行输出电路中的阻尼二极管。12. 瞬态电压抑制二极管
又称瞬态抑制二极管
,简称TVS,有单极性和双极性之分,是一种二极管形式的高效能保护器件,当它两极间的电压超过一定值时,能以极快的速度导通,将两极间的电压固定值一个预定值上,从而保护了电子线路;注意它与稳压二极管的区别。瞬态电压抑制二极管作用
13. 光电二极管
:又叫光敏二极管
,它是一种光电转换器件,能将光转换为电信号,它在电路中需要反向连接;如下图光电二极管控制的音乐电路。联系客服