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普通二极管
阅读:7982时间:2017-07-17 11:12:56

    二极管是由一个PN结构成的半导体器件,即将一个PN结加一两条电极引线做成管芯,并用管壳封装而成。P型区的引出线称为正极或阳极,N型区的引出线称为负极或阴极,普通二极管有硅管或锗管两种,它们的正向导通电压(PN结电压)差别较大,锗管为0.2~0.3V,硅管为0.6~0.7V。

点接触型二极管

    点接触型二极管(如图2所示)是由一根很细的金属触丝(如三价元素铝)和一块半导体(如锗)的表面接触,然后在正方向通过很大的瞬时电流,使触丝和半导体牢固地熔接在一起,三价金属与锗结合构成PN结,并做出相应的电极引线,外加管壳密封而成。金属丝为正极,半导体薄片为负极。

    由于点接触型二极管金属丝很细,形成的PN结面积很小,所以极间电容很小,同时,也不能承受高的反向电压和大的电流。这种类型的管子适于做高频检波和脉冲数字电路里的开关元件,也可用来作小电流整流。如2APl是点接触型锗二极管,整流电流为16mA,工作频率为15OMHz。

面接触二极管

    面接触二极管是利用扩散、多用合金及外延等掺杂方法,实现P型半导体和N型半导体直接接触而形成PN结的。

    面接触二极管PN结的接触面积大,可以通过较大的电流,适用于大电流整流电路或在脉冲数字电路中作开关管。因其结电容相对较大,故只能在较低的频率下工作,在集成电路中可作电容用。如2CPl为面接触型硅二极管,整流电流为40OmA,工作频率只有3kHz。

二极管的伏安特性

    二极管的伏安特性曲线

    半导体二极管最重要的特性是单向导电性。即当外加正向电压时,它呈现的电阻(正向电阻)比较小,通过的电流比较大,当外加反向电压时,它呈现的电阻(反向电阻)很大,通过的电流很小(通常可以忽略不计)。反映二极管的电流随电压变化的关系曲线,叫做二极管的伏安特性,如图5所示。

    (1)正向特性

    当外加正向电压时,随着电压U的逐渐增加,电流I也增加。但在开始的一段,由于外加电压很低。外电场不能克服PN结的内电场,半导体中的多数载流子不能顺利通过阻挡层,所以这时的正向电流极小(该段所对应的电压称为死区电压,硅管的死区电压约为0~0.5伏,锗管的死区电压约为0~0.2伏)。当外加电压超过死区电压以后,外电场强于PN结的内电场,多数载流子大量通过阻挡层,使正向电流随电压很快增长。

    即:当V>0,二极管处于正向特性区域。正向区又分为两段:

    当0<V<Vth时,正向电流为零,Vth称为死区电压或开启电压。

    当V>Vth时,开始出现正向电流,并按指数规律增长。

    (2)反向特性

    当外加反向电压时,所加的反向电压加强了内电场对多数载流子的阻挡,所以二极管中几乎没有电流通过。但是这时的外电场能促使少数载流子漂移,所以少数载流子形成很小的反向电流。由于少数载流子数量有限,只要加不大的反向电压就可以使全部少数载流子越过PN结而形成反向饱和电流,继续升高反向电压时反向电流几乎不再增大。当反向电压增大到某一值(曲线中的D点)以后,反向电流会突然增大,这种现象叫反向击穿,这时二极管失去单向导电性。所以一般二极管在电路中工作时,其反向电压任何时候都必须小于其反向击穿时的电压。

    即:当V<0时,二极管处于反向特性区域。反向区也分两个区域:

    当VBR<V<0时,反向电流很小,且基本不随反向电压的变化而变化,此时的反向电流也称反向饱和电流IS。

    当V≥VBR时,反向电流急剧增加,VBR称为反向击穿电压。

    在反向区,硅二极管和锗二极管的特性有所不同。硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡,反向饱和电流也很小;锗二极管的反向击穿特性比较软,过渡比较圆滑,反向饱和电流较大。从击穿的机理上看,硅二极管若|VBR|≥7 V时,主要是雪崩击穿;若VBR≤4 V则主要是齐纳击穿,当在4 V~7 V之间两种击穿都有,有可能获得零温度系数点。

二极管的主要参数

    半导体二极管的参数包括整流电流IF、反向击穿电压VBR、反向工作电压VRM、反向电流IR、工作频率fmax和结电容Cj等。几个主要的参数介绍如下:

    1、整流电流IF:是指管子长期运行时,允许通过的正向平均电流。因为电流通过PN结要引起管子发热,电流太大,发热量超过限度,就会使PN结烧坏。例如2APl整流电流为16mA。

    2、反向击穿电压VBR:指管子反向击穿时的电压值。击穿时,反向电流剧增,二极管的单向导电性被破坏,甚至因过热而烧坏。一般手册上给出的反向工作电压约为击穿电压的一半,以确保管子安全运行。例如2APl反向工作电压规定为2OV, 而反向击穿电压实际上大于40V。

    3、反向电流IR:指管子末击穿时的反向电流, 其值愈小,则管子的单向导电性愈好。由于温度增加,反向电流会急剧增加,所以在使用二极管时要注意温度的影响。

    4、正向压降VD:在规定的正向电流下,二极管的正向电压降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下,约0.6~0.8V;锗二极管约0.2~0.3V。

    5、动态电阻rd:反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。显然,rd与工作电流的大小有关,即:rd=△VD/△ID。

    6、极间电容CJ:二极管的极间电容包括势垒电容和扩散电容,在高频运用时必须考虑结电容的影响。二极管不同的工作状态,其极间电容产生的影响效果也不同。

    二极管的参数是正确使用二极管的依据,一般半导体器件手册中都给出不同型号管子参数。使用时,应特别注意不要超过整流电流和反向工作电压,否则将容易损坏管子。

半导体二极管的温度特性

    温度对二极管的性能有较大的影响,温度升高时,反向电流将呈指数规律增加,如硅二极管温度每增加8℃,反向电流将约增加一倍;锗二极管温度每增加12℃,反向电流大约增加一倍。另外,温度升高时,二极管的正向压降将减小,每增加1℃,正向压降VD大约减小2 mV,即具有负的温度系数。

半导体二极管的型号

    国家标准对半导体器件型号的命名举例如下:

    用数字代表同类型器件的不同型号用字母代表器件的类型,P代表普通管用字母代表器件的材料,A代表N型Ge.B代表P型Ge,C代表N型Si,D代表P型Si 2代表二极管,3代表三极管.

检测

    普通二极管(包括检波二极管、整流二极管、阻尼二极管、开关二极管、续流二极管)是由一个PN结构成的半导体器件,具有单向导电特性。通过用万用表检测其正、反向电阻值,可以判别出二极管的电极,还可估测出二极管是否损坏。

    (1)极性的判别

    将万用表置于R×100档或R×1k档,两表笔分别接二极管的两个电极,测出一个结果后,对调两表笔,再测出一个结果。两次测量的结果中,有一次测量出的阻值较大(为反向电阻),一次测量出的阻值较小(为正向电阻)。在阻值较小的一次测量中,黑表笔接的是二极管的正极,红表笔接的是二极管的负极。

    (2)单负导电性能的检测及好坏的判断

    通常,锗材料二极管的正向电阻值为1kΩ左右,反向电阻值为300左右。硅材料二极管的电阻值为5kΩ左右,反向电阻值为(无穷大)。正向电阻越小越好,反向电阻越大越好。正、反向电阻值相差越悬殊,说明二极管的单向导电特性越好。

    若测得二极管的正、反向电阻值均接近0或阻值较小,则说明该二极管内部已击穿短路或漏电损坏。若测得二极管的正、反向电阻值均为无穷大,则说明该二极管已开路损坏。

    (3)反向击穿电压的检测

    二极管反向击穿电压(耐压值)可以用晶体管直流参数测试表测量。其方法是:测量二极管时,应将测试表的“NPN/PNP”选择键设置为NPN状态,再将被测二极管的正极接测试表的“C”插孔内,负极插入测试表的“e”插孔,然后按下“V(BR)”键,测试表即可指示出二极管的反向击穿电压值。

    也可用兆欧表和万用表来测量二极管的反向击穿电压、测量时被测二极管的负极与兆欧表的正极相接,将二极管的正极与兆欧表的负极相连,同时用万用表(置于合适的直流电压档)监测二极管两端的电压。摇动兆欧表手柄(应由慢逐渐加快),待二极管两端电压稳定而不再上升时,此电压值即是二极管的反向击穿电压。

与稳压二极管的主要区别

    ,二极管一般在正向电压下人作,稳压管则在反向击穿状态下工作,二者用法不同;第二,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。本书用Dz符号表示稳压管。

    稳压管分低压、高压两种。低压稳压管的Vz值一般在40V以下,高压稳压管可达200V。过去国产稳压管均采用金属壳封装,不仅体积大,而且价格高。近年来来全系列玻封存稳压管大量问世,其优点是规格齐全(Vz=2.4~200V)、稳压特性好、体积小巧(采用DO-35封装,管径φ2.0mm,长 4mm)、价格低廉。

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