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二極體的工作原理
晶體二極管爲一個由p型半導體和n型半導體形成的p-n結,在其介面處兩側形成空間電荷層,並建有自建電場。當不存在外加電壓時,由於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於電平衡狀態。

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範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産生載流子的倍增過程,産生大量電子空穴對,産生了數值很大的反向擊穿電流,稱爲二極體的擊穿現象。

二極體的類型

二極體種類有很多,按照所用的半導體材料,可分爲鍺二極體(Ge管)和矽二極體(Si管)。根據其不同用途,可分爲檢波二極體、整流二極體、穩壓二極體、開關二極體等。按照管芯結構,又可分爲點接觸型二極體、面接觸型二極體及平面型二極體。點接觸型二極體是用一根很細的金屬絲壓在光潔的半導體晶片表面,通以脈衝電流,使觸絲一端與晶片牢固地燒結在一起,形成一個“PN結”。由於是點接觸,只允許通過較小的電流(不超過幾十毫安培),適用於高頻小電流電路,如收音機的檢波等。

面接觸型二極體的“PN結”面積較大,允許通過較大的電流(幾安到幾十安),主要用於把交流電變換成直流電的“整流”電路中。

平面型二極體是一種特製的矽二極體,它不僅能通過較大的電流,而且性能穩定可靠,多用於開關、脈衝及高頻電路中。

二極體的導電特性
二極體最重要的特性就是單方向導電性。在電路中,電流只能從二極體的正極流入,負極流出。下面通過簡單的實驗說明二極體的正向特性和反向特性。正向特性
在電子電路中,將二極體的正極接在高電位端,負極接在低電位端,二極體就會導通,這種連接方式,稱爲正向偏置。必須說明,當加在二極體兩端的正向電壓很小時,二極體仍然不能導通,流過二極體的正向電流十分微弱。只有當正向電壓達到某一數值(這一數值稱爲“門檻電壓”,鍺管約爲0.2V,矽管約爲0.6V)以後,二極體才能直正導通。導通後二極體兩端的電壓基本上保持不變(鍺管約爲0.3V,矽管約爲0.7V),稱爲二極體的“正向壓降”。

2、反向特性

在電子電路中,二極體的正極接在低電位端,負極接在高電位端,此時二極體中幾乎沒有電流流過,此時二極體處於截止狀態,這種連接方式,稱爲反向偏置。二極體處於反向偏置時,仍然會有微弱的反向電流流過二極體,稱爲漏電流。當二極體兩端的反向電壓增大到某一數值,反向電流會急劇增大,二極體將失去單方向導電特性,這種狀態稱爲二極體的擊穿。

二極體的主要參數用來表示二極體的性能好壞和適用範圍的技術指標,稱爲二極體的參數。不同類型的二極體有不同的特性參數。對初學者而言,必須瞭解以下幾個主要參數:

1、額定正向工作電流
是指二極體長期連續工作時允許通過的最大正向電流值。因爲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(矽管爲140左右,鍺管爲90左右)時,就會使管芯過熱而損壞。所以,二極體使用中不要超過二極體額定正向工作電流值。例如,常用的IN4001-4007型鍺二極體的額定正向工作電流爲1A。

2、最高反向工作電壓
加在二極體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。爲了保證使用安全,規定了最高反向工作電壓值。例如,IN4001二極體反向耐壓爲50V,IN4007反向耐壓爲1000V。

3、反向電流
反向電流是指二極體在規定的溫度和最高反向電壓作用下,流過二極體的反向電流。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係,大約溫度每升高10,反向電流增大一倍。例如2AP1型鍺二極體,在25時反向電流若爲250uA,溫度升高到35,反向電流將上升到500uA,依此類推,在75時,它的反向電流已達8mA,不僅失去了單方向導電特性,還會使管子過熱而損壞。又如,2CP10型矽二極體,25時反向電流僅爲5uA,溫度升高到75時,反向電流也不過160uA。故矽二極體比鍺二極體在高溫下具有較好的穩定性。

測試二極體的好壞
初學者在業餘條件下可以使用萬用表測試二極體性能的好壞。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體),再將紅、黑兩根表筆短路,進行歐姆調零。

識別方法:二極體的識別很簡單,小功率二極體的N極(負極),在二極體外表大多採用一種色圈標出來,有些二極體也用二極體專用符號來表示P極(正極)或N極(負極),也有采用符號標志爲“P”、“N”來確定二極體極性的。發光二極體的正負極可從引脚長短來識別,長脚爲正,短脚爲負。

1、正向特性測試
把萬用表的黑表筆(表內正極)搭觸二極體的正極,,紅表筆(表內負極)搭觸二極體的負極。若錶針不擺到0值而是停在標度盤的中間,這時的阻值就是二極體的正向電阻,一般正向電阻越小越好。若正向電阻爲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
把三用電表的紅表筆搭觸二極體的正極,黑表筆搭觸二極體的負極,若錶針指在無窮大值或接近無窮大值,管子就是合格的。

二極體的應用
二極體在電路中常用“D”加數位表示,如: D5表示編號爲5的二極體。

1、整流二極體
利用二極體單向導電性,可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動直流電。

2、開關元件
二極體在正向電壓作用下電阻很小,處於導通狀態,相當於一隻接通的開關;在反向電壓作用下,電阻很大,處於截止狀態,如同一隻斷開的開關。利用二極體的開關特性,可以組成各種邏輯電路。

3、穩壓二極體
二極體正向導通後,它的正向壓降基本保持不變(矽管爲0.7V,鍺管爲0.3V)。利用這一特性,在電路中作爲限幅元件,可以把信號幅度限制在一定範圍內。穩壓二極管在電路中常用“ZD”加數位表示,如:ZD5表示編號為5的穩壓管

4、繼流二極體
在開關電源的電感中和繼電器等感性負載中起繼流作用。

5、檢波二極體
過濾不要的波型所用的二極體

6、變容二極體
變容二極體是根據普通二極體內部 “PN結” 的結電容能隨外加反向電壓的變化而變化這一原理專門設計出來的一種特殊二極體。
變容二極體在無繩電話機中主要用在手機或座機的高頻調製電路上,實現低頻信號調製到高頻信號上,並發射出去。在工作狀態,變容二極體調製電壓一般加到負極上,使變容二極體的內部結電容容量隨調製電壓的變化而變化。
變容二極體發生故障,主要表現爲漏電或性能變差:
(1)發生漏電現象時,高頻調製電路將不工作或調製性能變差。
(2)變容性能變差時,高頻調製電路的工作不穩定,使調製後的高頻信號發送到對方被對方接收後産生失真。
出現上述情况之一時,就應該更換同型號的變容二極體。

7、發光二極體
LED原理-發光二極體(Light Emitting Diode, LED)在1950年代末於實驗室發展出來,1968年HP開始商業化量產,早期只有單調的暗紅色電子產品指示燈(Lamp,見圖一左),1992年Nichia突破藍光LED技術障礙後,逐漸衍生出多重色彩,亮度也大幅提高,並以顯示器(Display)、表面黏著型(SMD等各種封裝型態深入生活中各個層面。

LED是利用電能直接轉化為光能的原理,在半導體內正負極2個端子施加電壓,當電流通過,使電子與電洞相結合時,剩餘能量便以光的形式釋放,依其使用的材料的不同,其能階高低使光子能量產生不同波長的光,人眼所能接受到各種顏色的光,如圖二橫座標所示,其波長介於400-780nm,在此區間之外則為不可見光,包括紅外光及紫外光(UV)。

多數LED被稱為Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體,是由Ⅴ族元素(氮N、磷P、砷As等)與Ⅲ族元素(鋁Al、鎵Ga、銦In等)結合而成,以與IC半導體所使用之矽(Si)等Ⅳ族元素區別。傳統液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy, LPE) 與氣相磊晶法 (Vapor Phase Epitaxy, VPE),以磷化鎵(GaP)或砷化鎵(GaAs)為基板,用於生產中低亮度LED及紅外光IrDa晶粒,其亮度在1燭光(1000mcd)以下。有機金屬氣相磊晶法(Metal Organic Vapor Epitaxy, MOCVD)用於生產高亮度LED,其亮度約在6000-8000mcd。以AlGaInP四種元素為發光層材料在砷化鎵基板上磊晶者,發出紅、橙、黃光之琥珀色系,通稱為四元LED;以GaN為材料所生產的藍、綠光LED,則稱為氮化物LED,一般以藍寶石(Sapphire)為基板,美國大廠CREE則發展出以碳化矽(SiC)為基板的製程。

8、蕭特基二極體
蕭特基二極體 Schottky Diode (防逆二極體)

  在低頻時,整流二極體很容易在順向或逆向電壓,形成開、關狀態。但當頻 率增加時,一般二極體在逆向時已不能快速的截止。這表示一般二極體在高頻時 ,因其在逆向週期的起始時間,仍維時關閉狀態,不能有整流的效能,為解決這 個問題可使用蕭特基二極體(Schottky Diode)。

  使用蕭特基二極體可解決逆向恢復時間的問題,這種特殊二極體如下圖所示 ,在其接面的一邊使用金、銀或鉑(Platinum)金屬,在另一邊使用摻入雜質的 矽材料(通常形成N型材料)。當蕭特基二極體未加偏壓時,N型區的自由電子 較金屬區中的自由電子的軌道小(即能階低),此軌道大小(或能階大小)的差 異,稱為蕭特基障壁(Schottky Barrier)。

  若加入順向偏壓時,N型區的自由電子獲得足夠的能量,而移至較大的軌道 中運動,因此自由電子也能跨越接面而進入金屬區,造成大的順向電流。由於金 屬並無少數載子,故無電荷儲存,也幾乎沒有逆向恢復時間

9.雙向觸發二極體
雙向觸發二極體亦稱二端交流器件(DIAC),與雙向晶閘管同時問世。由於它結構簡單、價格低廉,所以常用來觸發雙向晶閘管,構成過壓保護電路、計時器

10.透納二極體 TUNNEL DIODE
由高濃度的PN半導體組合而成的二極體 在某電壓電流下 有負電阻的作用

以下是二極體型號及它的特性與用途
型號 最大電壓 最大電流 用途
1N4001 50 PRV 1A 整流二極體
1N4002 100 PRV 1A 整流二極體
1N4003 200 PRV 1A 整流二極體
1N4004 400 PRV 1A 整流二極體
1N4005 600 PRV 1A 整流二極體
1N4006 800 PRV 1A 整流二極體
1N4007 1000 PRV 1A 整流二極體
1N4148 75 PRV 10mA 檢波隔離二極體
1N4728 3.3V 穩壓二極體
1N4729 3.6V 穩壓二極體
1N4730 3.9V 穩壓二極體
1N4732 4.7V 穩壓二極體
1N4733 5.1V 穩壓二極體
1N4734 5.6V 穩壓二極體
1N4735 6.2V 穩壓二極體
1N4744 15V 穩壓二極體
1N4750 27V 穩壓二極體
1N4751 30V 穩壓二極體
1N4761 75V 穩壓二極體
1N5391 50 PRV 1.5A 矽整流二極體
1N5392 100 PRV 1.5A 整流二極體
1N5393 200 PRV 1.5A 整流二極體
1N5395 400 PRV 1.5A 整流二極體
1N5397 600 PRV 1.5A 整流二極體
1N5398 800 PRV 1.5A 整流二極體
1N6399 1000 PRV 1.5A 整流二極體
1N5400 50 PRV 3A 整流二極體
1N5401 100 PRV 3A 整流二極體
1N5402 200 PRV 3A 整流二極體
1N5403 300 PRV 3A 整流二極體
1N5404 400 PRV 3A 整流二極體
1N5405 500 PRV 3A 整流二極體
1N5406 600 PRV 3A 整流二極體
1N5407 800 PRV 3A 整流二極體
1N5408 1000 PRV 3A 整流二極體
1N5817 20 PRV 1A 蕭特基二極體
1N5818 30 PRV 1A 蕭特基二極體
1N5819 40 PRV 1A 蕭特基二極體
1N5820 20 PRV 3A 蕭特基二極體
1N5821 30 PRV 3A 蕭特基二極體
1N5822 40 PRV 3A 蕭特基二極體
1N5908 TVS ZENER 二極體 UNIDIR 6.2V 1500W
1N60 50 PRV 50mA 鍺檢波二極體
1N6268A SEMITRON 1.5KE 7.5V 單向 避雷二極体
1N914 高速開關二極體
1S1588 35V 0.12A 矽 二極體
1SS226 85V 0.1A 雙組 矽 二極體
BA159 1000V 0.4A <300ns 快速 矽 二極體
BAT54S 30V 0.2A 蕭特基二極體
BAT85 蕭特基二極體
BR100/03 28-36V 50uA DIAC 雙向觸發二極體
BY255 1300V 3A 矽 二極體
BY329 1200V 7A <150ns 快速二極体
BY399 800V 3A <500ns 快速二極体
BYT52M 1000V 1.4A <200ns 快速二極体
BYT56K 800V 3A <100ns 快速陶質二極体
BYT56M 1000V 3A <100ns 快速陶質二極体
D12CM04CU
D20LC40
D25CM12CU
D3S4M 40V 3A 蕭特基二極體
D3S6M
DB3 30V 5mA DIAC 雙向觸發二極體
DB3 28-36V 50uA DIAC 雙向觸發二極體
DB4 35-45V 50uA DIAC 雙向觸發二極體
DB6 56-70V 50uA DIAC 雙向觸發二極體
DB120 28-36V 100uA DIAC 雙向觸發二極體
FR102 100V 1.0A 快速回復 二極體 
FR103 200V 1.0A 快速回復 二極體 
FR104 400V 1.0A 快速回復 二極體 
FR105 600V 1.0A 快速回復 二極體 
FR107 1000V 1.0A 快速回復 二極體 
FR152 100V 1.5A 快速回復 二極體 
FR153 200V 1.5A 快速回復 二極體 
FR154 400V 1.5A 快速回復 二極體 
FR157 1000V 1.5A 快速回復 二極體 
FR204 400V 2.0A 快速回復 二極體 
FR301 50V 3A 快速回復 二極體 
FR302 100V 3A 快速回復 二極體 
FR304 400V 3A 快速回復 二極體 
FR305 600V 3A 快速回復 二極體 
FR306 800V 3A 快速回復 二極體 
FR307 3A 1000V 快速回復 二極體 
FR602 6A 100V 快速回復 二極體 
FR605 6A 600V 快速回復 二極體
LLDB3 28-36V 50uA DIAC 雙向觸發二極體 
P600A 50V 6A
P600B 100V 6A
P600D 200V 6A
P600G 400V 6A
P600J 600V 6A
P600K 800V 6A
P600L 1000V 6A
P6KE15A 15V/600W 避雷二極体
P6KE18A 18V/600W 避雷二極体
P6KE350A 350V/600W 避雷二極体
PS200 50V 2A
PS201 100V 2A
PS202 200V 2A
PS204 400V 2A
PS206 600V 2A
PS208 800V 2A
PS2010 1000V 2A
Q20G 600V 20A 4D
Q20L 1000V 20A 蕭特基 二極體
S10C40C 40V 10A 蕭特基 二極體
S10SC4M 40V 10A 蕭特基 二極體
S30D40C 40V 20A 蕭特基 二極體
S30SC4M 40V 30A 蕭特基 二極體
SBL3060PT 60V 30A 蕭特基 二極體
SHV-24
STGW20NB60HD









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