二極管是最早誕生的半導體器件之一,其應(yīng)用非常廣泛。特別是在各種電子電路中,利用二極管和電阻、電容、電感等元器件進行合理的連接,構(gòu)成不同功能的電路,可以實現(xiàn)對交流電整流、對調(diào)制信號檢波、限幅和鉗位以及對電源電壓的穩(wěn)壓等多種功能。
無論是在常見的收音機電路還是在其他的家用電器產(chǎn)品或工業(yè)控制電路中,都可以找到二極管的蹤跡。下面來淺談一下電子元器件中的二極管有什么樣的作用?
二極管的主要原理就是利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦?,在PN結(jié)上加上引線和封裝就成了一個二極管。
晶體二極管為一個由P型半導體和N型半導體形成的PN結(jié),在其界面處兩側(cè)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PN結(jié)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(tài)。
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(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流。
當外加的反向電壓高到一定程度時,PN結(jié)空間電荷層中的電場強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程,產(chǎn)生大量電子空穴對,產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流,稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。PN結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。
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(jié),在其界面處兩側(cè)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(jié)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(tài)。當外加的反向電壓高到程度時,p-n結(jié)空間電荷層中的電場強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程,產(chǎn)生大量電子空穴對,產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流,稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。
二極管可分為發(fā)光二極管(LED),整流二極管,穩(wěn)壓二極管,開關(guān)二極管等等。這里只介紹前面說的幾種。
發(fā)光二極管相信大家都見過,一般作為指示燈用,還有就是一些隨身聽上的指示燈,以及充電器的指示燈。發(fā)光二極管相對其他二極管正向?qū)妷狠^大,一般在1.6V到1.8V間。二其他二極管一般在0.2-0.3V(鍺管),0.6-0.8V(硅管)。
整流二極管,也是很常見的,利用的是二極管的單向?qū)ㄌ匦?,從而可以將負極性電信號濾掉,也可以進行其它的整流。
二極管還具有穩(wěn)壓作用,這是因為二極管反向接通時,在二極管被擊穿的情況下,其電流將增大,這樣在外電壓增大時,由于二極管被擊穿后增加的電流會通過二極管而不會經(jīng)過與二極管并聯(lián)的負載上,從而可以保護與其并聯(lián)的器件。二極管擊穿電壓一般在4V-7V。
鉗位作用:鉗位作用就是利用二極管的正向?qū)妷涸趯ê缶S持在0.2-0.4V(鍺管),0.6-0.8V(硅管),從而使與其連接的器件兩端電壓維持在一個范圍內(nèi),簡單就是三極管的BE結(jié)電壓在導通時可保持在鉗位電壓,這點常用于三極管的靜態(tài)分析。一般無說明硅管取0.7V,鍺管取0.3V。
開關(guān)二極管常見型號有1N4148,1N4150,1N4448,利用的是二極管的高速轉(zhuǎn)換特性。
其它二極管還有肖特基二極管,隧道二極管,雙向出發(fā)二極管,微功耗基準電壓二極管等,由于其制作工藝不同而具有不同的功能。
二極管的使用在各個領(lǐng)域已逐步得到推廣,最后我們簡單總結(jié)下什么是二極管,二極管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。二極管的作用很多并且廣泛用于各種電路之中。