二極管,在電子元件當中,是一種具有兩個電極的裝置,只允許電流由單一方向流過,許多的使用是應用其整流的功能。而變容二極管則用來當作電子式的可調電容器。大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之為“整流”功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(稱為順向偏壓),反向時阻斷(稱為逆向偏壓)。因此,二極管可以想成電子版的逆止閥。

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pn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pn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,pn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。pn結的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。

二極管的分類

1、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)。
2、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、隔離二極管、肖特基二極管、發光二極管、硅功率開關二極管、旋轉二極管等。
3、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。
1)整流二極管
將交流電源整流成為直流電流的二極管叫作整流二極管。
2)檢波二極管
檢波二極管是用于把迭加在高頻載波上的低頻信號檢出來的器件,它具有較高的檢波效率和良好的頻率特性。
3)開關二極管
在脈沖數字電路中,用于接通和關斷電路的二極管叫開關二極管,它的特點是反向恢復時間短,能滿足高頻和超高頻應用的需要。
4)穩壓二極管
穩壓二極管是由硅材料制成的面結合型晶體二極管,它是利用PN結反向擊穿時的電壓基本上不隨電流的變化而變化的特點,來達到穩壓的目的,因為它能在電路中起穩壓作用,故稱為、穩壓二極管(簡稱穩壓管)。
5)變容二極管
變容二極管是利用PN結的電容隨外加偏壓而變化這一特性制成的非線性電容元件,被廣泛地用于參量放大器,電子調諧及倍頻器等微波電路中。
6)瞬態電壓抑制器TVS
一種固態二極管,專門用于ESD保護。TVS二極管是和被保護電路并聯的,當瞬態電壓超過電路的正常工作電壓時,二極管發生雪崩,為瞬態電流提供通路,使內部電路免遭超額電壓的擊穿。
7)發光二極管
用磷化鎵、磷砷化鎵材料制成,體積小,正向驅動發光。工作電壓低,工作電流小,發光均勻、壽命長、可發紅、黃、綠單色光。
8)肖特基二極管
基本原理是:在金屬(例如鉛)和半導體(N型硅片)的接觸面上,用已形成的肖特基來阻擋反向電壓。肖特基與PN結的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左右。其特長是:開關速度非?欤悍聪蚧謴蜁r間trr特別地短。因此,能制作開關二極和低壓大電流整流二極管。

二極管的特性

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。

二極管的應用

經過多年來科學家們不懈努力,半導體二極管發光的應用已逐步得到推廣,目前發光二極管廣泛應用于各種電子產品的指示燈、光纖通信用光源、各種儀表的指示器以及照明。發光二極管的很多特性是普通發光器件所無法比擬的,主要具有特點有:安全、高效率、環保、壽命長、響應快、體積小、結構牢固。因此,發光二極管是一種符合綠色照明要求的光源。目前,發光二極管在很多領域得到普遍應用,下面介紹幾點其主要應用:
(1)電子用品中的應用
發光二極管在電子用品中一般用作屏背光源或作顯示、照明應用。從大型的液晶電視、電腦顯示屏到媒體播放器MP3、MP4以及手機等的顯示屏都將發光二極管用作屏背光源。

(2)汽車以及大型機械中的應用
發光二極管在汽車以及大型機械中得到廣泛應用。汽車以及大型機械設備中的方向燈、車內照明、機械設備儀表照明、大前燈、轉向燈、剎車燈、尾燈等都運用了發光二極管。主要是因為發光二極管的響應快、使用壽命長(一般發光二極管的壽命比汽車以及大型機械壽命長)。

(3)煤礦中的應用
由于發光二極管較普通發光器件具有效率高、能耗小、壽命長、光度強等特點,因此礦工燈以及井下照明等設備使用了發光二極管。雖然還未完全普及,但在不久將得到普遍應用,發光二極管將在煤礦應用中取代普通發光器件。

(4)城市的裝飾燈
在當今繁華的商業時代,霓虹燈是城市繁華的重要標志,但霓虹燈存在很多缺點,比如壽命不夠長等。因此,用發光二極管替代霓虹燈有著很多優勢,因為發光二極管與霓虹燈相比除了壽命長,還有節能、驅動和控制簡易、無需維護等特點。發光二極管替代霓虹燈將是照明設備發展的必然結果。

二極管正負極的判斷

(1)普通二極管有色端標識一極為負極;
(2)發光二極管長腳為正,短腳為負。如果腳一樣長,發光二極管里面的大點是負極,小的是正極。有的發光二極管帶有一個小平面,靠近小平面的一根引線為負極。 萬用表中:紅筆接“+”,黑筆接“-”;在測發光二極管時,低阻擋測不出來,可用RX10K檔測,兩表筆接觸二極管的兩級。如果電阻較小,黑表筆所接的是正極,電阻較大,黑表筆所接的是負極。發光二極管,若與TTL組件相連使用時,一般需串接一個470R的降壓電阻,以防器件的損壞。
(3)晶體二極管判斷,晶體二極管由一個PN結,兩條電極引線和管殼構成。在PN結的兩側用導線引出加以封裝,就是晶體二極管。晶體二極管的字母符號為V。PN結的導通方向是從P型半導體到N型半導體,即P到N導通(P為正極,N為負極)。PN結正向導通,反向截至,具有單相導電的特性。

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