三分钟看懂二极管的所有基础知识点

描述

电子元件家族当中,有一种只允许电流由单一方向流过,具有两个电极的元件,称为二极管。英语:Diode

二极管是现代电子产业的基石。

早期的二极管

早期的二极管包含“猫须晶体(Cat's Whisker Crystals)”和真空管(ThermionicValves)。

1904年,英国物理学家弗莱明根据“爱迪生效应”发明了世界上第一只电子二极管--真空电子二极管

它是依靠阴极热发射电子到阳极实现导通。

电源正负极接反则不能导电,它是一种能够单向传导电流的电子器件。

早期电子二极管存在体积大,需预热,功耗大,易破碎等问题促使了晶体二极管的发明。

晶体二极管

又称半导体二极管,1947年,美国人发明。

在半导体二极管内部有一个PN结和两个引出端。

这种电子器件按照外加电压的方向,具备单向电流的传导性。现今最普遍的二极管大多是使用半导体材料如硅或锗。

晶体二极管结构

关于PN结

晶体二极管的核心是PN结,关于PN结首先要了解三个概念:

本征半导体:

指不含任何掺杂元素的半导体,如纯硅晶片或纯锗晶片。

P型半导体:

掺杂了产生空穴的含较低电价杂质的半导体,如在本征半导体中Si(4+)中掺入Al(3+)的半导体。

N型半导体:

掺杂了产生空穴的含较低电价杂质的半导体二极管,如在本征半导体中硅Si(4+)中掺入磷P(5+)的半导体。

由P型半导体和N型半导体相接触时,就产生一个独特的P-N结界面,在界面的两侧形成空间电荷层,构成自建电场。

当外加电压等于零时,由于P-N结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态,这也是常态下的PN结。

以PN结为核心结构,加上引线或引脚形成单向导电的二极管

当外加电压方向由P极指向N极时,导通。

晶体二极管的分类

按材料不同分类

按PN结结构不同

点接触型二极管

点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后,再通过电流法而形成的。

其PN结的静电容量小,适用于高频电路。因为构造简单,所以价格便宜。对于小信号的检波、整流、调制、混频和限幅等一般用途而言,它是应用范围较广的类型。与面结型相比较,点接触型二极管正向特性和反向特性都差,因此,不能使用于大电流和整流。

制作工艺:将细铝丝的一端接在阳极引线上,另一端压在掺杂过的N型半导体上。加上电压后,细铝丝在接触点出融化并渗入融化部分的中。这样,接触点实际上是P型半导体,并附着在N型半导体上形成PN结。

面接触型二极管

面接触型二极管的“PN结”面积较大,允许通过较大的电流(几安到几十安),主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。面接触型晶体二极管比较适用于大电流开关。

平面型二极管

平面型二极管是一种特制的硅二极管,得名于半导体表面被制作得平整。最初,对于被使用的半导体材料是采用外延法形成的,故又把平面型称为外延平面型。

在半导体单晶片(主要地是N型硅单晶片)上,扩散P型杂质,利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用,在N型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的PN结。因PN结合的表面被氧化膜覆盖,稳定性好和寿命长。

它不仅能通过较大的电流,而且性能稳定可靠,多用于开关、脉冲及高频电路中。

晶体二极管的主要特性

二极管的伏安特性曲线

对PN结

外加电压Uw方向为P→N时,Uw大于起动电压,二极管导通;

外加电压Uw方向为N→P时,Uw大于反向击穿电压,二极管击穿;

晶体二极管主要性能参数

Idm最大整流电流

二极管连续工作允计通过的最大正向电流。电流过大,二极管会因过热烧毁。大电流整流可加装散热片。

Urm最大反向电压

Urm一般小于反向击穿电压,选规格以Urm为准,并留有余量。过电压易损坏二极管

反向饱和电流Is

二极管外加反向电压时的电流值。Is反向击穿前很小,变化也很小。Is会随温度的升高而升高,一般地,常温下硅管Is


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