电工电子综述性论文之二极管

1、电工电子综述性论文之二极管学校：合肥学院年级：12级化工（1）班学号：1203021035姓名：王瑾瑾老师：朱晓平日期：2013/11/24引言在现在这样科技发展的生活中，我们离不开电工电子产品，各种各样的电子产品出现在我们的生活中，为我们提供了更加优越的生活环境，更加美好的生活条件。电子产品出现于实验室，服务于我们的生活中，为我们的生活添加精彩。现在的我们已经完全离不开电工电子产品了，没有电工电子产品的帮助，我们的生活会怎样，我们很难去想象。我们电工电子的第一章是电路和电路原件，我们主要学习了几种电路元件及其连接方式。而在这其中，二极管又是最为重要的一种电子元件，它在电子技术中扮演着非常重要

2、的角色！所以关于二极管的讨论也就显得极为重要。关键词二极管、二极管的概念、二极管的种类、二极管的工作原理、二极管的应用一、二极管的概念二极管又称晶体二极管,简称二极管;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。二极管是一种具有单向导电的二端器件，有电子二极管和晶体二极管之分，电子二极管现已很少见到，比

3、较常见和常用的多是晶体二极管。二极管的单向导电特性，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。二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。

4、由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。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。平面型二极管是一种特制的硅二极管，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。二、二极管的工作原理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。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑

5、消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。p-n结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。三、二极管的导电特性二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。1、正向特性。在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，

6、二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，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，流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“门坎电压”，又称“死区电压”，锗管约为0.1V，硅管约为0.5V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。2、反向特性。在电子电路中，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流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。1）

7、击穿外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为电击穿。引起电击穿的临界电压称为二极管反向击穿电压。电击穿时二极管失去单向导电性。如果二极管没有因电击穿而引起过热，则单向导电性不一定会被永久破坏，在撤除外加电压后，其性能仍可恢复，否则二极管就损坏了。因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。二极管是一种具有单向导电的二端器件，有电子二极管和晶体二极管之分，电子二极管因为灯丝的热损耗，效率比晶体二极管低，所以现已很少见到，比较常见和常用的多是晶体二极管。二极管的单向导电特性，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

8、，其应用也非常广泛。二极管的管压降：硅二极管（不发光类型）正向管压降0.7V，锗管正向管压降为0.3V，发光二极管正向管压降会随不同发光颜色而不同。主要有三种颜色，具体压降参考值如下：红色发光二极管的压降为2.0-2.2V，黄色发光二极管的压降为1.82.0V，绿色发光二极管的压降为3.03.2V，正常发光时的额定电流约为20mA。二极管的电压与电流不是线性关系，所以在将不同的二极管并联的时候要接相适应的电阻2）特性曲线与PN结一样，二极管具有单向导电性。硅二极管典型伏安特性曲线（图）。在二极管加有正向电压，当电压值较小时，电流极小；当电压超过0.6V时，电流开始按指数规律增大，通常称此为二极

9、管的开启电压；当电压达到约0.7V时，二极管处于完全导通状态，通常称此电压为二极管的导通电压，用符号UD表示。对于锗二极管，开启电压为0.2V，导通电压UD约为0.3V。在二极管加有反向电压，当电压值较小时，电流极小，其电流值为反向饱和电流IS。当反向电压超过某个值时，电流开始急剧增大，称之为反向击穿，称此电压为二极管的反向击穿电压，用符号UBR表示。不同型号的二极管的击穿电压UBR值差别很大，从几十伏到几千伏。3）反向击穿（1）齐纳击穿：反向击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。在高掺杂浓度的情况下，因势垒区宽度很小，反向电压较大时，破坏了势垒区内共价键结构，使价电子脱离共价键束缚，产生

10、电子-空穴对，致使电流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿。如果掺杂浓度较低，势垒区宽度较宽，不容易产生齐纳击穿。（2）雪崩击穿：另一种击穿为雪崩击穿。当反向电压增加到较大数值时，外加电场使电子漂移速度加快，从而与共价键中的价电子相碰撞，把价电子撞出共价键，产生新的电子-空穴对。新产生的电子-空穴被电场加速后又撞出其它价电子，载流子雪崩式地增加，致使电流急剧增加，这种击穿称为雪崩击穿。无论哪种击穿，若对其电流不加限制，都可能造成PN结永久性损坏。四、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

11、：1、最大整流电流是指二极管长期连续工作时允许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。2、最高反向工作电压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。3、反向电流反向电流是指二极管在

12、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。4、动态电阻Rd 二极管特性曲线静态工作点Q附近电压的变化与相应电流的变化量之比。五、二极

13、管的应用（如图2）：稳压管在准确的电压下击穿，这就使得它可作为限制或保护之元件来使用，因为各种电压的稳压二极管都可以得到，故对于这种应用特别适宜.图中的稳压二极管D是作为过压保护器件。只要电源电压VS超过二极管的稳压值D就导通，使继电器J吸合负载RL就与电源分开. 电视机里的过压保护电路（如图3）：EC是电视机主供电压，当EC 电压过高时，D导通，三极管BG导通，其集电极电位将由原来的高电平（5V）变为低电平，通过待机控制线的控制使电视机进入待机保护状态。电弧抑制电路如图4：在电感线圈上并联接入一只合适的稳压二极管（也可接入一只普通二极管原理一样）的话，当线圈在导通状态切断时，由于其电磁能释放

14、所产生的高压就被二极管所吸收，所以当开关断开时，开关的电弧也就被消除了。这个应用电路在工业上用得比较多，如一些较大功率的电磁吸控制电路就用到它.串联型稳压电路（如图5）：在此电路中，串联稳压管，BG的基极被稳压二极管D钳定在13V，那么其发射极就输出恒定的12V电压了.这个电路在很多场合下都有应用。反向串联反向串联的作用1、经常在功率较大的放大电路，功率管的基极b与发射极e即发射结并联两个反向的二极管，这是通过对发射结输入电流的分流作用而起保护作用；2、两个二极管反向串联后对与之并联的电路可起过压保护作用，当电路过压时，二极管首先击穿短路；双向过压保护。这种双向tvs，双向过压保护电路一般用于

15、电子电路，与被保护的PN结并联，保护该PN免遭反向过电压的危害；作用：过压保护，静电保护，电压钳位，阻尼作用。瞬态电压抑制器（Transient Voltage Suppressor）简称TVS，是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12毫秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。1、将TVS二极管加在信号及电源线上，能防止微处理器或单片机因瞬间的肪冲，如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。2、静电放电

16、效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲，并能持续10ms；而一般的TTL器件，遇到超过30ms的10V脉冲时，便会导至损坏。利用TVS二极管，可有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除由总线之间开关所引起的串扰（Crosstalk）。3、将TVS二极管放置在信号线及接地间，能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。开关电源中的开关管一般是mos管，由于mos管的G极对静电或过压非常敏感，所以为了保护它免遭损坏才加双向TVS给与保护，一般三极管开关并不害怕静电，很少有这个保护。4、如果是两个稳压二极管反向串联，正、反方向电压到达稳压值时，电压被钳位；5、如果是两个稳压二极管反向串联，正、反方

17、向电压到达稳压值时，电流剧增，电动力增大，起阻尼作用；六、二极管的发展前景二极管的发展以发光二极管最为突出，作为目前全球最受瞩目的新一代光源，led因其高亮度、低热量、长寿命、无毒、可回收再利用等优点，被称为是21世纪最有发展前景的绿色照明光源。发光二极管适应当今世界发展趋势，符合我国节能减排的要求。二极管一个很大的特点，是其具备低电流、低电压驱动的省电特性，而这样的特性在世界能源资源缺乏及各国针对绿色环保观念提升之际，引起了许多人的共鸣。LED技术地不断进步，使得出现在市场上的大功率LED产品日益增多， LED的长寿命、小体积和高亮度等特性使其倍受设备制造商和用户的欢迎。如今，LED已经渗透到了大量的应用场合，例如高亮度的LED已经广泛应用于：手机彩屏和背光源、汽车尾灯和车厢内部用灯、交通红绿灯、标志牌、电子显示设备。发光二极管现在应用在生活的各处，LED仍在不断发展之中，室内照明空间广。但是要有更大前进和相应的研究、探索工作，为