二极管:
构造
将一块N型半导体和一块P通过生产工艺的结合,形成型半导体PN结。当N型半导体和P当型半导体结合时,必然会形成结合面。结合面通常被阻挡P区的空穴向N该区域的电子扩散(这就是阻挡层)。但当达到一定条件时,可以突破阻挡层。阻挡层也可以理解为势垒。 PN两端引出两个电极形成二极管。
符号
直接插入二极管实物led引脚长正短负,其他DO封装二极管有白色阴影色阴影,贴片led背面有绿色三角形或T类型,指向电流方向(长边为正)SMA二极管包装或玻封包装有白色阴影为负极。pcb板上的符号也是如此。 二极管有两个电极,由P从区域引出的电极是正极,也叫阳极;由N从区域引出的电极是负极,也被称为阴极。三角形箭头的方向表示正电流的方向,二极管的文本符号使用VD表示。
等效电路
理想模型:当二极管正向导通时,其正向压降为零;当二极管反向截止时,反向电阻为无限大,反向电流为零,称为理想的二极管。此时,理想的二极管相当于理想的开关。该模型主要用于信号范围远大于二极管的正向压降,可忽略二极管的正向压降和反向电流。
恒压降模型:认为二极管的正向压降为常数、反向电阻为无穷大、反向电流为0。此时二极管可以用一个理想二极管串联一个恒压源UD表示。此外,正电压大于。UD(on)当二极管导通时,电阻为0。外部电压小于UD(on)电流为0,二极管截止。
折线模型:当二极管电压U大于Uon后其电流I与U直线斜率为1/r0。
检测
或者
特性
对二极管施加反向电压,当反向电流逐渐增加到一定值时,称为齐纳现象。当齐纳现象发生时,即使通过二极管的电流发生了很大的变化,二极管两端的电压也保持了一定的值。实际上,利用这一特性,二极管可以发挥稳定压力的作用。
参数
二极管主要参数:最大整流电流IF ,最大反向电压VRM 、漏电流、导压降VF ,最大浪涌电流IFSM 、反向恢复时间、最高工作频率等。
1.最大整流电流IF
IF它是二极管长期运行时允许通过的最大正平均电流PN与结面积和外部散热条件有关。在规定的散热条件下,如果二极管的正平均电流超过此值,则会因结温升高而烧坏。
2.最高反向工作电压UR
UR二极管工作时允许增加的最大反向电压可能会因反向击穿而损坏。UR为击穿电压U(BR)的一半。
3、反向电流IR
IR是二极管未击穿时的反向电流。IR二极管的单向导电性越小,IR对温度非常敏感。
4.工作频率最高fM
fM是二极管工作的上限截止频率。超过此值时,由于结电容的作用,二极管不能很好地反映单向导电性。
需要指出的是,由于制造过程的限制,半导体设备的参数是分散的,同一型号管道的参数值之间会有很大的差距,因此参数的上限值、下限值或范围通常在手册中给出。此外,使用时应特别注意手册中各参数的测试条件。当使用条件与测试条件不同时,参数也会发生变化。 在实际应用中,应根据最高反向电压、最大正平均电流、工作频率、环境温度等条件选择满足要求的二极管。 如1N4148数据手册信息 1:二极管最大功率:500mW,即0.5W。 2:工作温度。 3:PN结的结温。 4:耐压值75V,大于75V,可能损坏。 5:正常输出电流为150mA。 6:可承受的反向电流,偶尔在反向电路下工作几次,二极管可能不会损坏,当反向电流长时间工作时,二极管可能会永久损坏。 7:最大浪涌电流为2A。
击穿二极管
1.电击穿
当二极管的反向电压很大时,它会击穿二极管,统称为电击穿。电击穿后,二极管通常短路或断路。电击穿通常是可逆的,但它可能从电击穿转变为热击穿,这是不可逆的。
2.热击穿
通常通常会产生热量,当产生过多的热量时,会破坏二极管结构,导致热击穿,二极管的热击穿是不可逆转的。
3.雪崩击穿
雪崩击穿是指外加电场过大时,原本形成共价键的稳定的电子会在电场的作用下脱离共价键,并撞击其他共价键中的电子并使其脱落,两个脱落电子再去撞击其他电子…就这样,电子撞得越来越多,就像雪球形成雪崩一样,使二极管反向导通和击穿。雪崩击穿是一种电击穿,可能是可逆的。 雪崩击穿通常发生在图示阶段
4.齐纳击穿
当二极管的PN当半导体混合浓度过高时,空间电荷区域的宽度会非常窄。但与低浓度混合相比,两者的电场强度相同。在共价键中,电子类似于这种情况: 图中坡代表电场,黄求代表电子,山代表共价键对电子的束缚。 在电场的作用下,电子应向电势能低的方向移动,电子下坡路上的共价键阻碍了电子的进步,就像座山一样。 混合浓度高时,空间电荷区变窄,相当于:
原坡度变陡,因为共价键浓度和单位长度的电场强度都增加了。当坡度陡到一定程度时,就会出现一种神奇的现象——量子隧道穿透。也就是说,电子会直接通过共价键的山,随电场移动,使二极管导通达到穿透效果,所以齐纳穿透也叫隧道穿透。 齐纳击穿通常发生在这个阶段,所以
击穿的区别
PN结反击穿包括齐纳击穿和雪崩击穿。一般来说,两种击穿同时存在,但电压低于5-6V齐纳击穿是为主,电压高于5-6V以雪崩击穿为主。 电压低于5-6V齐纳击穿稳压管,稳压值温度系数为负。电压高于5-6V稳压管,雪崩击穿为主,稳压管温度系数为正。电压为5-6V之间的稳压管,两种击穿程度相近,温度系数最好,这就是为什么许多电路使用5-6V稳压管的原因。稳压管的原理决定了其反应速度不可能很快。二极管 基准电压用于速度要求高的场合。 很多参考书都说齐纳击穿是可以恢复的,雪崩击穿是不可恢复的。齐纳击穿和雪崩击穿都是电击穿,电击穿是可逆的,热击穿是不可逆的但是击穿电流需要加以限制,否则依然会损坏二极管
分类
二极管根据其 按
1、整流二极管
整流二极管 (Rectifier Diode) ,是指对一定频率的交流电进行整流的二极管。整流的主要目的是将交流转换为直流,其**具有高电压、高电流特性。**另外,根据使用频率和使用条件不同,转换效率有所不同,提供低VF(正向电压)、高速开关型、低噪音等产品。
2、开关二极管
是指具有开关功能的二极管。由于半导体二极管具有单向导电的特性,在正偏压下PN结导通,在导通状态下的电阻很小,约为几十至几百欧;在反向偏压下,则呈截止状态,其电阻很大,一般硅二极管在10ΜΩ以上,锗管也有几十千欧至几百千欧。利用这一特性,二极管将在电路中起到控制电流接通或关断的作用,成为一个理想的电子开关。 因此开关二极管具有正向施加电压时电流通过 (ON),反向施加电压时电流停止 (OFF) 的性能。 trr是指电压变为反向后,直到电流变为零的时间。trr快速,则可以实现低损耗、高速开关。
3、肖特基势垒二极管
一般的二极管是利用PN接合来发挥二极管特性,而肖特基势垒二极管是利用了金属和半导体接合产生的肖特基势垒。与一般的PN结二极管相比肖特基二极管,是功耗低、超高速的半导体器件。其最显著特点是开关速度快、反向恢复时间极短(可以小到几纳秒);正向导通电压 (VF) 低,压降0.4V左右。肖特基二极管
热失控:肖特基势垒二极管在特性上会因正向电流大而导致发热。发热则漏电流 (IR) 变大,同时外壳温度、环境温度也上升。如果热设计错误,发热将高于散热,达不到热平衡持续发热。其结果漏电流 (IR) 也持续增加,最终元器件遭到损坏。这种现象叫做热失控。
4、齐纳二极管
齐纳二极管利用电流变化时电压恒定的特点,用于
5、高频二极管
由电阻值高的I型半导体制成,其特点是引脚间电容(CT)非常小。正向电压条件下,具有可变电阻特性,反向电压条件下,具有电容器特性。利用其高频特性(引脚间电容小,因此对通信线没有影响),作为高频信号开关(带天线的移动设备),衰减器,AGC电路用可变电阻元件使用
(1)检波二极管
检波二极管是用于把叠加在高频载波上的低频信号检出来的器件,它具有较高的检波效率和良好的频率特性。
(2)变容二极管
变容二极管的作用是利用PN结之间电容可变的原理制成的半导体器件,在高频调谐、通信等电路中作可变电容器使用。反向偏压增加,造成电容减少; 反向偏压减少,造成电容增加; 反偏电压愈大,则结电容愈小。
(3)阻尼二极管
阻尼二极管类似于高频、高压整流二极管,其特点是具有较低有电压降和较高的工作频率,且能承受较高的反向击穿电压和较大的峰值电流。
二极管作用
1、整流
这是全波整流电路,电路中的VD1和VD2为整流二极管,在电源电路中都是用整流二极管构成整流电路,整流电路将交流电压转换成单向脉动的直流电压。利用二极管单向导电性,可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。
2、稳压
电路中的VD1、VD2和VD3是普通二极管,它们串联起来后构成一个简易直流电压稳压电路。**在直流工作电压的正向偏置作用下导通,导通后对这一电路的作用是稳定了电路中A点的直流电压。**根据串联电路特性可知,这3只二极管如果导通会同时导通,如果截止会同时截止。于常用的硅二极管而言,3只二极管导通之后,每只二极管的管压降是0.6V,那么3只串联之后的直流电压降是0.6×3=1.8V。从电路中还可以看出,3只二极管上没有加入交流信号电压,因为在VD1正极即电路中的A点与地之间接有大容量电容C1,将A点的任何交流电压旁路到地端。
3、开关
电路中VD1是开关二极管,他的作用相当于一个开关,用来接通和断开电容C2的。二极管在正向电压作用下电阻很小,处于导通状态,相当于一只接通的开关;在反向电压作用下,电阻很大,处于截止状态,如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性,可以组成各种逻辑电路。
4、温度补偿
这是一种特殊的分压偏置电路,二极管VD1用来进行温度补偿,以使三极管VT1的工作更加稳定,受温度影响更小。VT1是NPN型三极管,其基极直流电压高,则基极电流大;反之则小。三极管VT1工作在放大状态时要给它一定的直流偏置电压,这由偏置电路来完成。电路中的R1、VD1和R2构成分压式偏置电路,为三极管VT1基极提供直流工作电压,基极电压的大小决定了VT1基极电流的大小。
工作原理 1、VT1等构成一种放大器电路,对于放大器而言要求它的工作稳定性好,其中有一条就是温度高低变化时三极管的静态电流不能改变,即VT1基极电流不能随温度变化而改变,否则就是工作稳定性不好。了解放大器的这一温度特性,对理解VD1构成的温度补偿电路工作原理非常重要。 2、 三极管VT1有一个与温度相关的不良特性,即温度升高时,三极管VT1基极电流会增大,温度愈高基极电流愈大,反之则小,显然三极管VT1的温度稳定性能不好。由此可知,放大器的温度稳定性能不良是由于三极管温度特性造成的。 3、利用二极管的管压降温度特性可以正确解释VD1在电路中的作用。假设温度升高,根据三极管特性可知,VT1的基极电流会增大一些。当温度升高时,二极管VD1的管压降会下降一些,VD1管压降的下降导致VT1基极电压下降一些,结果使VT1基极电流下降。由上述分析可知,加入二极管VD1后,原来温度升高使VT1基极电流增大的,现在通过VD1电路可以使VT1基极电流减小一些,这样起到稳定三极管VT1基极电流的作用。温度下降时,它的管压降稍有升高,使VT1基极直流工作电压升高,结果VT1基极电流增大,所以VD1可以起温度补偿的作用。
故障检测方法 这一电路中的二极管VD1故障检测方法比较简单,可以用万用表欧姆档在路测量VD1正向和反向电阻大小的方法。 当VD1出现开路故障时,三极管VT1基极直流偏置电压升高许多,导致VT1管进入饱和状态,VT1可能会发烧,严重时会烧坏VT1。如果VD1出现击穿故障,会导致VT1管基极直流偏置电压下降0.6V,三极管VT1直流工作电流减小,VT1管放大能力减小或进入截止状态。
5、保护电路
充当继流二极管,在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。二极管VDC用来保护驱动三级管VT1。这种保护电路在继电器驱动和电磁铁吸铁电路中有广泛的应用。
6、稳压值调节
如果稳压二极管的稳压值不能满足使用要求时,可以用普通二极管进行稳压值调节,在电路中的VD2是稳压二极管,VD1则是普通二极管,VD1能增加直流电压0.6V。
7、限幅
电路中的二极管串联后接在集成电路A1输出信号引脚与地之间,构成对输出信号的限幅,防止输出信号太大而损坏后面的三极管。二极管正向导通后,它的正向压降基本保持不变(硅管为0.7V,锗管为0.3V)。利用这一特性,在电路中作为限幅元件,可以把信号幅度限制在一定范围内。
8、防接反
二极管起电路电源正负极接反作用。电容C为电路板上的电源滤波电容。一般情况下,电路板输入电源中都会加二极管来防止电源接反时,而烧毁电路板。防反二极管一般接在电源输入端的正极上,当然也可接在负极上。
9、检波
在收音机中起检波作用。
10、变容
使用于电视机的高频头中。
11、触发
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。
12、显示与照明
比如led发光二极管,用于VCD、DVD、计算器等显示器上,也可用于手电等照明。
常见作用二极管细论
1、整流二极管(整流桥)
(1)输出电压
1、第一种情况:2和4之间没有接电容,而是直接负载。 输出直流电压 = 输入交流电压的有效值 * 0.9 2、第二种情况:2和4之间接了电容(一般是极性电容,用作储能),然后再接负载。 输出直流电压 = 输入交流电压的有效值 * 1.414 这个电压在波动,一般在0.9~1.4倍之间浮动。(取决于负载,理论上空载时电压最大为1.414倍)
(2)选择整流桥模块要考虑的参数
有斜角一端的是直流电的正极,中间的两个是交流电的接线端子,交流电没有正负极。
上图中,1指的是
(3)整流桥的检测
2、光敏二极管
具有光敏特征的PN结,对光的变化非常敏感,具有单向导电性,而且光强不同的时候会改变电学特性,因此,可以利用光照强弱来改变电路中的电流。
3、LED发光二极管
(1)原理
在电子和空穴复合时,PN结会因电子跃迁而发出光亮。且对于不同的掺杂和半导体材质对应的二极管产生的光的颜色也不同。白色发光二极管通常是一个上表面涂上荧光粉的蓝色或紫色发光二极管。在荧光粉的作用下发出白光。七彩发光二极管内通常是由红,蓝,绿三种二极管组成,通过组合光达到七彩效果。有的七彩发光二极管会内置芯片,达到闪烁变色的效果。
绿色发光二极管导通压降:直插3-3.2V,贴片1.7-1.8V
(2)LED限流电阻计算
使用 LED发光二极管限流电阻值计算器 https://www.eechina.com/tools/led_current_limiting_resistance.html
将LED直接连接到电源会导致LED烧坏。您必须使用与LED串联的限流电阻进行保护。 计算电阻值需要从数据表中收集有关LED的一些信息。具体来说,我们需要确定LED的正向电压(VF)和正向电流(I F)。VF 告诉我们偏置LED开启所需的电压。IF 告诉我们LED可以处理的最大电流。我们还需要知道将为LED供电的电源电压。有了这些信息,我们可以应用以下公式计算出限流电阻值:
注:VF代表正向电压,一般小功率LED红、黄、橙、黄绿的VF是1.8-2.4V,纯绿、蓝、白的VF是3.0-3.6V。IF是正向电流,一般小功率LED的IF都是20mA。IR是反向电流。
LED限流电阻计算公式:限流电阻Ω = (电源电压V - LED正向电压V) / 限流电流A。
3、稳压二极管
稳压二极管(又叫齐纳二极管,英文名称Zener diode)是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管,简称稳压管。
(1)工作原理
稳压二极管的特点就是击穿后,其两端的电压基本保持不变。这样,当把稳压管接入电路以后,若由于电源电压发生波动,或其它原因造成电路中各点电压变动时,负载两端的电压将基本保持不变。
状态①: 正向偏置状态。此状态下,稳压二极管的特性表现为普通二极管的特性,即:随着正向偏压的提高,正向电流变化很大、很陡!但由于Vf(0.3V~0.7V左右)很小,此正向偏置状态基本无使用价值。需要注意的是,不同的稳压二极管的正向压降是不同的。
状态②: 反向偏置状态。二极管的伏安特性曲线如下图所示,当二极管两端施加正向电压大于死区电压时,二极管才导通,硅材料二极管0.6V左右,锗材料二极管0.2V左右。导通之后在很小区间范围之内电流变化很大而电压变化很小;当施加正向电压小于死区电压,或施加反向电压小于击穿电压时,二极管电流很小,几乎为零(μA级别的),相当于截止状态。**普通二极管简易稳压电路中主要利用二极管的导通后管压降基本不变特性。**在击穿区尽管电流在很大的范围内变化,而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压附近,从而实现了二极管的稳压功能。图中的黄色区域(击穿区)就是稳压二极管的正常工作状态,通常此区域对应的Vr区间范围很小,此电压就是稳压二极管的工作点、稳压值。
(2)主要参数
(3)和普通二极管区别
二极管一般在正向电压下工作,稳压管则在反向击穿状态下工作,二者用法不同; 普通二极管的反向击穿电压一般在40V以上,高的可达几百伏至上千伏,而且在伏安特性曲线反向击穿的一段不陡,即反向击穿电压的范围较大,动态电阻也比较大。对于稳压管,当反向电压超过其工作电压Vz(亦称齐纳电压或稳定电压)时,反向电流将突然增大,而器件两端的电压基本保持恒定。对应的反向伏安特性曲线非常陡,动态电阻很小。稳压管可用作稳压器、电压基准、过压保护、电平转换器等。
(4)应用电路
UI=UR+UO ; IR=IDZ+IL 电网电压波动:(UZ 为稳压管电压)
负载变化:
(5)选取原则
要求导通电压低时选锗管; 要求反向电流小时选硅管; 要求导通电流大时选面结合型; 要求工作频率高时选点接触型; 要求反向击穿电压高时选硅管; 要求耐高温时选硅管。
稳压二极管的稳压值离散性很大,即使同一厂家同一型号产品,其稳定电压值也不完全一样,这一点在选用时应加以注意。对要求较高的电路,选用前应对稳压值进行检测。 对于过电压保护的稳压二极管,其稳定电压的选定要依据保护电压的大小选用,其稳定电压值不能选的过大或过小,否则起不到电压保护的作用。 在选用稳压二极管时,除了要注意稳定电压、最大工作电流等参数外,还要注意选用动态电阻较小的稳压二极管,因为动态电阻越小,稳压性能越好。 使用稳压管时应注意,二极管的反向电流不能无限增大,否则会导致二极管的过热损坏。因此,稳压管在电路中一般需要串联限流电阻。 选用稳压二极管时,要根据具体电子电路来考虑,简单的并联稳压电源,输出电压就是稳压二极管的稳定电压。
4、TVS管
TVS管是一种瞬态抑制二极管(Transient Voltage Suppressor),是一种具有浪涌吸收能力的半导体器件,它的响应时间极快,达到亚纳秒级,因此一旦电路收到瞬间高能量冲击时候它能够把这股能量抑制下来,通过吸收来自电路的瞬间大电流、高电压钳位,最终的结果的是保护后面的设备或者电路。 TVS二极管有
(1)常见参数及选用说明:
1、
(2)分类
常用型号
1N5819是肖特基二极管,耐压40V,电流1A,正向压降低,反向恢复时间在10ns左右,主要用于高频电路中
1N4007是普通整流二极管,耐压1000v,电流1A,反向恢复时间在ms级别,只能用于低频电路中
1N4148是高速开关二极管,耐压100V,电流150mA,反向恢复速度快
如果不是稳压、检波什么的这几种基本够用
SS14其实就是1n5819 直插叫做5819,贴片叫做ss14
ss14、ss24、ss34、ss54的区别只是1A、2A、3A、5A;常见封装有SMA,还有SMB、SMC,大小依次增大。贴片常用封装还有玻封的LL34
贴片肖特基二极管常用的还有SS56。具有大电流高耐压特点,(60V 5A),
在升降压电路用SS56会比SS34好(尤其升压),原因是:首先耐压值不够,因为根据升降压原理,MOS和肖特基的耐压要大于输入加输出电压总和(假如输入电压和输出电压最大都为30V,mos管和肖特基的耐压值最起码要达到60V),SS34耐压最高40V,6009最高耐压36V,这种模块的设计是存在安全隐患的;其次电流输出能力不够,原装SS34最大电流3A(再加上开关损耗,散热不好,真实可通过电流能力小于3A),肖特基一旦电压过高或者温度过高就会被击穿,从而烧毁主芯片,存在安全隐患。