电子部材知识培训-二极管.ppt

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1、PRDCS电子部材知识培训 二极管篇,几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。,二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode);它只往一个方向传送电流的电子零件。它是一种具有1个零件号接合的2个端子的器件，具有按照外加电压的方向，使电流流动或不流动的性质。晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。,当通过二极管的电流为正向时，电路导通，灯亮。

2、,当通过二极管的电流为负向时，电路不导通，灯不亮。,什么叫二极管呢？,简单来说，就是正向导通，反向截止。,二极管的主要特性（伏安特性）,1.正向特性,当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，通过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能真正导通。导通后的二极管两端的电压基本上保持不变，称为二极管的正向压降。正向压降的大小和流过二极管的电流有一定的关系，电流越大，正向压降越大。,2.反向特性,二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流通过，此时二极管处于截止状态。这种

3、连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。（通常为uA级）。当反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单向导电特性，这种状态成为二极管的击穿。由于反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。稳压电压的大小可以通过半导体加工工艺来改变，可以作到几伏到几千伏。,特点：非线形。,二极管的主要参数,用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数：,1、最大正向整流电流IF(AV)是指二极管长期连续工作时允许

4、通过的最大正向电流值，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为141左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以在规定散热条件下，二极管使用中不要超过二极管最大整流电流值。例如，常用的IN40014007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。,3、最高反向重复峰值电压 VRRM 加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。,2、最大正向电压VF 是指二极管正向导通，正向电流为额定正

5、向工作电流IF时，二极管两端的电压。正向压降越低，整流效率越高，特别在低电压整流时需要低压降的二极管，如肖特基二极管的正向压降在，多用于低压，高频整流。,4、反向电流 反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管，在25时反向电流若为250uA，温度升高到35，反向电流将上升到500uA，依此类推，在75时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25时反向电流仅为

6、5uA，温度升高到75时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。,5、反向恢复时间Trr定义：二极管加反向电压由正向导电到反向截止需要的时间为反向恢复时间Trr。研究二极管的反向恢复时间有什么意义？二极管用于整流。当外加电压的变化频率很高时，如果二极管反向恢复时间Trr太大，截止跟不上外加电压的变化，变得截止不良，在一个Trr的时间内失去二极管的整流特性。,一般的硅整流管的反向恢复时间Trr为14uS(微秒），可工作于50-几千Hz的频率范围。（IN4001IN4007),快速恢复二极管的反向恢复时间Trr为100500nS(纳秒），可工作于几千几百千Hz的频

7、率范围。(FR101FR107),高效率,超快恢复二极管的反向恢复时间Trr为25100nS(纳秒），可工作于几百千以上Hz的频率范围。(EG1A),肖特基二极管的反向恢复时间Trr为35nS(纳秒）。,小信号肖特基二极管由于电流较小，反向恢复时间Trr可达1ns(纳秒）。,6.二极管的工作温度T j二极管允许的工作温度由二极管的允许结温决定的。二极管工作时，管芯P-N结消耗的功率为流过二极管的电流乘以压降，此功率会产生热量，使结温升高。结温上升到一定温度，二极管就会损坏。不同结构的二极管由于结构不同，允许的工作温度也不同。,一般二极管的工作结温为-65-150。,玻璃钝化二极管的工作结温为-

8、65-175。,肖特基二极管的工作结温为-65-125。,桥式整流器的工作结温为-55-125。,二极管的分类,按结构及制作工艺分类：,点接触型特点：结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。,面接触型特点：结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。,按封装形式分类：,塑封二极管：将二极管芯片用环氧树脂热塑封装的二极管。,玻封二极管：利用玻璃高温熔化后包装二极管芯片而封装而成的一种二极管。,塑封二极管,玻封二极管,按用途及功能分类：,根据用途及功能分类，主要以下分类：整流二极管，开关二极管，肖特基二极管，稳压二极管，检波二极管，变容二极管，双向触发二极管，发光二极

9、管等等。,1.整流二极管,定义：一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件。就原理来说，从输入交流中得到输出的直流是整流。,1.u 正半周，VaVb，二极管 D1、D3 导通，D2、D4 截止。,2.u 负半周，VaVb，二极管 D2、D4 导通，D1、D3 截止。,3.对电阻RL来说，整个周期，RL上的电压始终都保持正向。,(1)RL上的整流电压平均值 Uo,(2)RL上的整流电流平均值 Io,(3)流过每管电流平均值 ID,(4)每管承受的最高反向电压 UDRM,4.整流二极管的选择,平均电流 ID 与最高反向电压 UDRM 是选择整流二极管的主要依据。,选管时应满足：IOM ID，URWM

10、 UDRM,典型的整流电路,U正半周,U负半周,负载RL上电压,常用的整流二极管：例如1N400X系列,有颜色一端表示负极,选用整流二极管时，主要应考虑其反向峰值电压、最大整流电流、最大反向工作电流、工作结温及反向恢复时间等参数。,2.开关二极管,半导体二极管导通时相当于开关闭合（电路接通），截止时相当于开关打开（电路切断），所以二极管可作开关用。开关二极管是专门用来做开关用的二极管，二极管从截止到导通称为开通时间，从开通到截止成为反向恢复时间，两者之和成为开关时间。开通时间较短，一般可以忽略，反向恢复时间较长，它反应开关二极管的特性。,我们节能灯设计时，常用的有FR101FR107系列的快恢

11、复二极管就属于开关二极管。,选用开关二极管时，主要应考虑其反向恢复时间，反向峰值电压、最大整流电流、最大反向工作电流、工作结温等参数。,3.肖特基二极管,肖特基二极管是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD是肖特基势垒二极管（SchottkyBarrierDiode,缩写成SBD）的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。,它是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向

12、导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千毫安。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。SBD具有开关频率高和正向压降低等优点，但其反向击穿电压比较低，大多不高于60V，最高仅约200V，以致于限制了其应用范围。,肖特基二极管和快恢复二极管有什么区别？,2.反向恢复时间Trr：肖特基二极管的恢复时间是 3-5ns.快恢复二极管的恢复时间 是 75500ns,3.最大可重复峰值反向电压VRRM：肖特基二极管的VRRM最大为200V,快恢复二极管的VRRM最高可以做到800-1000V.,1.制作原理：肖特基二极管而是利用金属与半导体接触形成的金属半导体结原理制作的。快恢复二极管利用P型半导体

13、与N型半导体接触形成PN结原理制作的。,4.稳压二极管,稳压二极管(又叫齐纳二极管)，此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,在这个低阻区中 伏安特性电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压,符号,伏安特性,稳压管工作示意图,注意点：,1.稳压管正常工作时，加反向电压。,2.使用时要加限流电阻，流过管子的电流必须介于稳定电流和最大电流之间。,简单的说，稳压管反向击穿后，电流

14、变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。,3.通过串联就可获得更多的稳定电压,稳压二极管工作时的端电压（又称齐纳电压）从3V左右到150V，按每隔10%，能划分成许多等级。在功率方面，也有从200mW至100W以上的产品。,当输入电压vi和负载电阻RL在一定范围内变化时，流过稳压管的电流发生变化，而稳压管两端的电压Vz变化很小，即输出电压Vo基本稳定。,主要参数：,(3)动态电阻,rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。,(4)稳定电流 IZ、最大稳定电流 IZM,(5)最大允许耗散功率 PZM=UZ IZM,(1)稳定电压UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的

15、电压。,(2)电压温度系数 环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。,5.双向触发二极管,（1）定义：触发二极管又称双向触发二极管（DIAC）属三层结构，具有对称性的二端半导体器件。常用来触发双向可控硅，在电路中作过压保护等用途。,（2）原理：双向触发二极管正、反向伏安特性几乎完全对称（见图5）。当器件两端所加电压U低于正向转折电压V（B0）时，器件呈高阻态。当UV(B0)时，管子击穿导通进入负阻区。同样当U大于反向转折电压V（BR）时，管子同样能进入负阻区。转折电压的对称性用V（B）表示。V（B）=V（B0）-V（BR）。一般V（B）应小于2伏。例如：测一只DB3型二极管，第一次为27.5

16、V，反向后再测为28V，则V（B）=V（B0）-V（BR）=28V-27.5V=0.5V2V,表明该管对称性很好。,（3）注意点：V（B）偏差值越小，说明此二极管的性能越好。（4）分类：双向触发二极管的正向转折电压值一般有三个等级：20-60V、100-150V、200-250V。,目前我们节能灯电路里用的DB3是32V4V。工作原理：在灯启动时，前极电路对C3充电，当C3的电压大于DB3的转折电压32V时，Q2导通。当灯启动之后，DB3就不工作了。,6.发光二极管,1.定义：发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而

17、可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。,2.发光原理：它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。,3.

18、按发光管发光颜色分按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。,4.按发光管出光面特征分按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。国外通常把3mm的发光二极管记作T-1;把 5mm的记作T-1（3/4）；把4.4mm的记作T-1（1/4）。由半

19、值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为2045。（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为4590或更大，散射剂的量较大。,7.检波二极管,就原理而言，从输入信号中取出调制信号是检波，以整流电流的大小（100mA）作为界线通常把输出电流小于100mA的叫检波。锗材料点接触型、工作频率可达400MHz，正向压降小，结电容小，检波效率高，频率特性好，为2AP型

20、。类似点触型那样检波用的二极管，除用于检波外，还能够用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。也有为调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。,8.变容二极管,用于自动频率控制（AFC）和调谐用的小功率二极管称变容二极管。日本厂商方面也有其它许多叫法。通过施加反向电压，使其PN结的静电容量发生变化。因此，被使用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等用途。通常，虽然是采用硅的扩散型二极管，但是也可采用合金扩散型、外延结合型、双重扩散型等特殊制作的二极管，因为这些二极管对于电压而言，其静电容量的变化率特别大。结电容随反向电压VR变化，取代可变电容，用作调谐回路、振荡电路、锁相环路，常用于电视机高频头的频道转换和调谐电路，多以硅材料制作。,大多数二极管能作为限幅使用。也有象保护仪表用和高频齐纳管那样的专用限幅二极管。为了使这些二极管具有特别强的限制尖锐振幅的作用，通常使用硅材料制造的二极管。也有这样的组件出售：依据限制电压需要，把若干个必要的整流二极管串联起来形成一个整体。,9.限幅用二极管,谢 谢！,