二極管工作原理

二極管工作原理

二極管工作原理(正向?qū)щ姡聪虿粚?dǎo)電)

晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電常當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。

當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。(這也就是導(dǎo)電的原因)

當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流。(這也就是不導(dǎo)電的原因)

晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電常當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。

當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。

當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。

當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，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。

二極管的類型

二極管種類有很多，按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為鍺二極管(Ge管)和硅二極管(Si管)。根據(jù)其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開(kāi)關(guān)二極管等。按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點(diǎn)接觸型二極管是用一根很細(xì)的金屬絲壓在光潔的半導(dǎo)體晶片表面，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地?zé)Y(jié)在一起，形成一個(gè)“PN結(jié)”。由于是點(diǎn)接觸，只允許通過(guò)較小的電流(不超過(guò)幾十毫安)，適用于高頻小電流電路，如收音機(jī)的檢波等。

面接觸型二極管的“PN結(jié)”面積較大，允許通過(guò)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(guò)較大的電流，而且性能穩(wěn)定可靠，多用于開(kāi)關(guān)、脈沖及高頻電路中。

二極管的導(dǎo)電特性

二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦浴Ｔ陔娐分?，電流只能從二極管的正極流入，負(fù)極流出。下面通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)說(shuō)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(fù)極接在低電位端，二極管就會(huì)導(dǎo)通，這種連接方式，稱為正向偏置。必須說(shuō)明，當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓很小時(shí)，二極管仍然不能導(dǎo)通，流過(guò)二極管的正向電流十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值(這一數(shù)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(dǎo)通。導(dǎo)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(fù)極接在高電位端，此時(shí)二極管中幾乎沒(méi)有電流流過(guò)，此時(shí)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時(shí)，仍然會(huì)有微弱的反向電流流過(guò)二極管，稱為漏電流。當(dāng)二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會(huì)急劇增大，二極管將失去單方向?qū)щ娞匦?，這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。

二極管的主要參數(shù)

用來(lái)表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術(shù)指標(biāo)，稱為二極管的參數(shù)。不同類型的二極管有不同的特性參數(shù)。對(duì)初學(xué)者而言，必須了解以下幾個(gè)主要參數(shù)：

1、額定正向工作電流

是指二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)允許通過(guò)的最大正向電流值。因?yàn)殡娏魍ㄟ^(guò)管子時(shí)會(huì)使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過(guò)容許限度(硅管為140左右，鍺管為90左右)時(shí)，就會(huì)使管芯過(guò)熱而損壞。所以，二極管使用中不要超過(guò)二極管額定正向工作電流值。例如，常用的IN4001-4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。

2、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(shí)，會(huì)將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰Α榱吮ＷC使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓值。例如，IN4001二極管反向耐壓為50V，IN4007反向耐壓為1000V。

3、反向電流

反向電流是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過(guò)二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅茉胶?。值得注意的是反向電流與溫度有著密切的關(guān)系，大約溫度每升高10，反向電流增大一倍。例如2AP1型鍺二極管，在25時(shí)反向電流若為250uA，溫度升高到35，反向電流將上升到500uA，依此類推，在75時(shí)，它的反向電流已達(dá)8mA，不僅失去了單方向?qū)щ娞匦?，還會(huì)使管子過(guò)熱而損壞。又如，2CP10型硅二極管，25時(shí)反向電流僅為5uA，溫度升高到75時(shí)，反向電流也不過(guò)160uA。故硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。

測(cè)試二極管的好壞

初學(xué)者在業(yè)余條件下可以使用萬(wàn)用表測(cè)試二極管性能的好壞。測(cè)試前先把萬(wàn)用表的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥到歐姆檔的RX1K檔位(注意不要使用RX1檔，以免電流過(guò)大燒壞二極管)，再將紅、黑兩根表筆短路，進(jìn)行歐姆調(diào)零。

1、正向特性測(cè)試

把萬(wàn)用表的黑表筆(表內(nèi)正極)搭觸二極管的正極，，紅表筆(表內(nèi)負(fù)極)搭觸二極管的負(fù)極。若表針不擺到0值而是停在標(biāo)度盤的中間，這時(shí)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(shuō)明管芯短路損壞，若正向電阻接近無(wú)窮大值，說(shuō)明管芯斷路。短路和斷路的管子都不能使用。

2、反向特性測(cè)試

把萬(wàn)且表的紅表筆搭觸二極管的正極，黑表筆搭觸二極管的負(fù)極，若表針指在無(wú)窮大值或接近無(wú)窮大值，管子就是合格的。

二極管的應(yīng)用

1、整流二極管

利用二極管單向?qū)щ娦裕梢园逊较蚪惶孀兓慕涣麟娮儞Q成單一方向的脈動(dòng)直流電。

2、開(kāi)關(guān)元件

二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一只接通的開(kāi)關(guān);在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)，如同一只斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。利用二極管的開(kāi)關(guān)特性，可以組成各種邏輯電路。

3、限幅元件

二極管正向?qū)ê?，它的正向壓降基本保持不?硅管為0.7V，鍺管為0.3V)。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號(hào)幅度限制在一定范圍內(nèi)。

4、繼流二極管

在開(kāi)關(guān)電源的電感中和繼電器等感性負(fù)載中起繼流作用。

5、檢波二極管

在收音機(jī)中起檢波作用。

6、變?nèi)荻O管

使用于電視機(jī)的高頻頭中

LED是發(fā)光二極管Light Emitting Diode的英文縮寫。

LED應(yīng)用可分為兩大類：一是LED單管應(yīng)用，包括背光源LED，紅外線LED等;另外就是LED顯示屏，目前，中國(guó)在LED基礎(chǔ)材料制造方面與國(guó)際還存在著一定的差距，但就LED顯示屏而言，中國(guó)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)水平基本與國(guó)際同步。

LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有：耗電少、使用壽命長(zhǎng)、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。

LCD顯示器的原文是Liquid Crystal Display，取每字的第一個(gè)字母組成，中文多稱「液晶平面顯示器」或「液晶顯示器」。其工作原理就是利用液晶的物理特性：通電時(shí)排列變得有序，使光線容易通過(guò);不通電時(shí)排列混亂，阻止光線通過(guò)，說(shuō)簡(jiǎn)單點(diǎn)就是讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。 LCD的好處有： 與CRT顯示器相比，LCD的優(yōu)點(diǎn)主要包括零輻射、低功耗、散熱小、體積小、圖像還原精確、字符顯示銳利等。 選購(gòu)LCD，有幾個(gè)基本指針： 高亮度:亮度值愈高，畫面自然更亮麗，不會(huì)朦朧霧霧。亮度的單位為cd/m2，也就是每平方公尺分之燭光。低階的LCD亮度值，有低到150 cd/m2，而高階的顯示器，則可高達(dá)250cd/m2。 高對(duì)比:對(duì)比愈高，色彩更鮮艷飽和，且會(huì)顯的立體。相反的，對(duì)比低，顏色顯的貧瘠，影像也會(huì)變得平板。對(duì)比值的差別頗大，有低到100:1，也有高到600:1，甚至更高。 寬廣的可視范圍:可視范圍簡(jiǎn)單的說(shuō)，指的是在屏幕前畫面可以看的清楚的范圍?？梢暦秶?，自然可以看的更輕松;愈小，只要觀看者稍一變動(dòng)觀看位置，畫面可能就會(huì)看不清楚了?？梢暦秶乃惴ㄊ菑漠嬅嬷虚g，至上、下、左、右四個(gè)方向畫面清楚的角度范圍。數(shù)值愈大，范圍自然愈廣，但四個(gè)方向的范圍不一定對(duì)稱。當(dāng)上下、左右對(duì)稱時(shí)，某些廠商會(huì)將兩邊的角度值相加，標(biāo)示為水平：160°;垂直：160°;也可能分開(kāi)標(biāo)示為左/右：± 80°;上/下：± 80°。某些LCD機(jī)種的單一角度，甚至只有40°~50°. 快速訊號(hào)反應(yīng)時(shí)間:訊號(hào)反應(yīng)是指系統(tǒng)接收鍵盤或鼠標(biāo)的指示后，經(jīng)CPU計(jì)算處理，反應(yīng)至顯示器的時(shí)間。訊號(hào)反應(yīng)對(duì)動(dòng)畫和鼠標(biāo)移動(dòng)非常重要，此現(xiàn)象一般而言，只發(fā)生在LCD液晶顯示器上，CRT傳統(tǒng)顯像管顯示器則無(wú)此問(wèn)題。訊號(hào)反應(yīng)時(shí)間愈快，作業(yè)處理自是愈方便。觀察的方法是之一是將鼠標(biāo)快速移動(dòng)(亦即鼠標(biāo)不斷下指示給系統(tǒng)，系統(tǒng)則不斷將訊號(hào)反應(yīng)給顯示器)，在一般低階的LCD顯示器上，光標(biāo)在快速移動(dòng)時(shí)，過(guò)程中會(huì)消失不見(jiàn)，直到鼠標(biāo)定位，不再移動(dòng)后一小段時(shí)間，才會(huì)再度出現(xiàn);而在一般速度動(dòng)作時(shí)，移動(dòng)過(guò)程亦會(huì)清楚的看到鼠標(biāo)移動(dòng)痕跡。而VE500的超快訊號(hào)反應(yīng)時(shí)間快達(dá)16ms(毫秒)，則讓光標(biāo)移動(dòng)無(wú)時(shí)差，移動(dòng)過(guò)程清楚易見(jiàn)，不帶來(lái)作業(yè)困擾。