二極管基本概念知識

二極管
  
  二極管屬于半導體,它由N型半導體與P型半導體構成,它們相交的界面上形成PN結.二極管的主要特點就是單向導通,而反向截止,也就是正電壓加在P極,負電壓加在N極,所以二極管的方向性是非常重要的.

  從二極管的作用上分類可分為:整流二極管、降壓二極管、穩壓二極管、開關二極管、檢波二極管、變容二極管;從制作材料上可分為硅二極管和鍺二極管.無論是什么二極管,都有一個正向導通電壓,低于這個電壓時二極管就不能導通,硅管的正向導通電壓在0．6V~0．7V、鍺管在0．2V~0．3V,其中0．7V和0．3V是二極管的最大正向導通電壓——即到此電壓時無論電壓再怎么升高(不能高于二極管的額定耐壓值),加在二極管上的電壓也不會再升高了.
  上面說了二極管的正向導通特性,二極管還有反向導通特性,只是導通電壓要相對高出正向許多,其它的和正向導通差不太多.穩壓二極管就是利用這個原理做成的,但由于這個理論說下去可能篇幅會太長,所以只做簡介,您只要記住反向漏電流越小就證明這個二極管的質量越好,質量較好的硅管在幾毫安至幾十毫安之間、鍺管在幾十毫安至幾百毫安之間.

  將萬用表置于R×1K擋,用來判別普通二極管正、負電極的方法進行檢查,即交換紅、黑表筆兩次測量管子兩引腳間的電阻值,正常時,所得阻值應為一大一小.以阻值較小的一次為準,紅表筆所接的管腳為負極,黑表筆所接的管腳為正極.

  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.
一、二極管的工作原理
  晶體二極管為一個由p型半導體和n型半導體形成的p-n結,在其界面處兩側形成空間電荷層,并建有自建電場.當不存在外加電壓時,由于p-n 結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態.
  當外界有正向電壓偏置時,外界電場和自建電場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,外界電場和自建電場進一步加強,形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流I0.
當外加的反向電壓高到一定程度時,p-n結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載流子的倍增過程,產生大量電子空穴對,產生了數值很大的反向擊穿電流,稱為二極管的擊穿現象.
二、二極管的類型
  二極管種類有很多,按照所用的半導體材料,可分為鍺二極管(Ge管)和硅二極管(Si管).根據其不同用途,可分為檢波二極管、整流二極管、穩壓二極管、開關二極管等.按照管芯結構,又可分為點接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管.點接觸型二極管是用一根很細的金屬絲壓在光潔的半導體晶片表面,通以脈沖電流,使觸絲一端與晶片牢固地燒結在一起,形成一個“PN結”.由于是點接觸,只允許通過較小的電流(不超過幾十毫安),適用于高頻小電流電路,如收音機的檢波等.
  面接觸型二極管的“PN結”面積較大,允許通過較大的電流(幾安到幾十安),主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中.
  平面型二極管是一種特制的硅二極管,它不僅能通過較大的電流,而且性能穩定可靠,多用于開關、脈沖及高頻電路中.
三、二極管的導電特性
  二極管最重要的特性就是單方向導電性.在電路中,電流只能從二極管的正極流入,負極流出.下面通過簡單的實驗說明二極管的正向特性和反向特性.
1.正向特性
  在電子電路中,將二極管的正極接在高電位端,負極接在低電位端,二極管就會導通,這種連接方式,稱為正向偏置.必須說明,當加在二極管兩端的正向電壓很小時,二極管仍然不能導通,流過二極管的正向電流十分微弱.只有當正向電壓達到某一數值(這一數值稱為“門檻電壓”,鍺管約為0.2V,硅管約為0.6V)以后,二極管才能直正導通.導通后二極管兩端的電壓基本上保持不變(鍺管約為0.3V,硅管約為0.7V),稱為二極管的“正向壓降”.
2.反向特性
  在電子電路中,二極管的正極接在低電位端,負極接在高電位端,此時二極管中幾乎沒有電流流過,此時二極管處于截止狀態,這種連接方式,稱為反向偏置.二極管處于反向偏置時,仍然會有微弱的反向電流流過二極管,稱為漏電流.當二極管兩端的反向電壓增大到某一數值,反向電流會急劇增大,二極管將失去單方向導電特性,這種狀態稱為二極管的擊穿.
四、二極管的主要參數
  用來表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術指標,稱為二極管的參數.不同類型的二極管有不同的特性參數.
1、 最大整流電流IF
  是指管子長期運行時,允許通過的最大正向平均電流.因為電流通過PN結要引起管子發熱,電流太大,發熱量超過限度,就會使PN結燒壞.
2、額定正向工作電流
是指二極管長期連續工作時允許通過的最大正向電流值.因為電流通過管子時會使管芯發熱,溫度上升,溫度超過容許限度(硅管為140左右,鍺管為90左右)時,就會使管芯過熱而損壞.所以,二極管使用中不要超過二極管額定正向工作電流值.
3、最高反向工作電壓
  加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時,會將管子擊穿,失去單向導電能力.為了保證使用安全,規定了最高反向工作電壓值.反向擊穿電壓 VBR指管子反向擊穿時的電壓值.擊穿時,反向電流劇增,二極管的單向導電性被破壞,甚至因過熱而燒壞.一般手冊上給出的最高反向工作電壓約為擊穿電壓的一半,以確保管子安全運行.
4、反向電流IR
反向電流是指二極管在規定的溫度和最高反向電壓作用下,管子末擊穿時流過二極管的反向電流.反向電流越小,管子的單方向導電性能越好.值得注意的是反向電流與溫度有著密切的關系,大約溫度每升高10,反向電流增大一倍.由于溫度增加,反向電流會急劇增加,所以在使用二極管時要注意溫度的影響.
5、極間電容 CJ:二極管的極間電容包括勢壘電容和擴散電容,在高頻運用時必須考慮結電容的影響.二極管不同的工作狀態,其極間電容產生的影響效果也不同.
  二極管的參數是正確使用二極管的依據,一般半導體器件手冊中都給出不同型號管子參數.使用時,應特別注意不要超過最大整流電流和最高反向工作電壓,否則將容易損壞管子.
五、測試二極管的好壞
  初學者在業余條件下可以使用萬用表測試二極管性能的好壞.測試前先把萬用表的轉換開關撥到歐姆檔的RX1K檔位(注意不要使用RX1檔,以免電流過大燒壞二極管),再將紅、黑兩根表筆短路,進行歐姆調零.
1、正向特性測試
  把萬用表的黑表筆(表內正極)搭觸二極管的正極,紅表筆(表內負極)搭觸二極管的負極.若表針不擺到0值而是停在標度盤的中間,這時的阻值就是二極管的正向電阻,一般正向電阻越小越好.若正向電阻為0值,說明管芯短路損壞,若正向電阻接近無窮大值,說明管芯斷路.短路和斷路的管子都不能使用.
2、反向特性測試
  把萬且表的紅表筆搭觸二極管的正極,黑表筆搭觸二極管的負極,若表針指在無窮大值或接近無窮大值,管子就是合格的.



晶體二極管在電路中常用“D”加數字表示,如: D5表示編號為5的二極管.
1、作用:二極管的主要特性是單向導電性,也就是在正向電壓的作用下,導通電阻很小;而在反向電壓作用下導通電阻極大或無窮大.正因為二極管具有上述特性,電路中常把它用在整流、隔離、穩壓、極性保護、編碼控制、調頻調制和靜噪等電路中.

晶體二極管按作用可分為:整流二極管(如1N4004)、隔離二極管(如1N4148)、肖特基二極管(如BAT85)、發光二極管、穩壓二極管等.

2、識別方法:二極管的識別很簡單,小功率二極管的N極(負極),在二極管外表大多采用一種色圈標出來,有些二極管也用二極管專用符號來表示P極(正極)或N極(負極),也有采用符號標志為“P”、“N”來確定二極管極性的.發光二極管的正負極可從引腳長短來識別,長腳為正,短腳為負.

3、測試注意事項:用數字式萬用表去測二極管時,紅表筆接二極管的正極,黑表筆接二極管的負極,此時測得的壓降才是二極管的正向導通壓降,這與指針式萬用表的表筆接法剛好相反.

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