二極管知識 選擇使用二極管要注意什么
而變容二極管(Varicap Diode)則用來當作電子式的可調電容器。大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之為“整流(Rectifying)”功能。
二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(稱為順向偏壓),反向時阻斷 (稱為逆向偏壓)。
因此,二極管可以想成電子版的逆止閥。
早期的真空電子二極管;它是一種能夠單向傳導電流的電子器件。在半導體二極管內部有一個PN結兩個引線端子,這種電子器件按照外加電壓的方向,具備單向電流的傳導性。一般來講,晶體二極管是一個由p型半導體和n型半導體燒結形成的p-n結界面。在其界面的兩側形成空間電荷層,構成自建電場。當外加電壓等于零時,由于p-n 結兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態,這也是常態下的二極管特性。早期的二極管包含“貓須晶體("Cat's Whisker" Crystals)”以及真空管(英國稱為“熱游離閥(Thermionic Valves)”)。現今最普遍的二極管大多是使用半導體材料如硅或鍺。
二極管工作原理
晶體二極管為一個由p型半導體和n型半導體形成的pn結,在其界面處兩側形成空間電荷層,并建有自建電場。
當不存在外加電壓時,由于pn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于電平衡狀態。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范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,pn結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載流子的倍增過程,產生大量電子空穴對,產生了數值很大的反向擊穿電流,稱為二極管的擊穿現象。pn結的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。
選擇二極管的基本原則
1.要求導通電壓低時選鍺管;要求反向電流小時選硅管。
2.要求導通電流大時選面結合型;要求工作頻率高時選點接觸型。
3.要求反向擊穿電壓高時選硅管。
4.要求耐高溫時選硅管。
二極管的主要兩個參數:
最大整流電流和最高反向工作電壓。
最大整流電流(或稱為額定整流電流)是指二極管長期工作時,允許通過的最大正向電流值。因為電流通過二極管時要發熱,電流大時,二極管的發熱量大,當發熱超過允許限度時,就會燒壞二極管的PN結。因此在選擇管子時,應當使它的最大整流電流稍大于電路中的實際工作電流。例如2CA13F,允許通過的最大整流電流是5A,因此在使用時,電路中的電流就只能小于5A,而不能大于5A。
對于大功率的二極管,為了降低它的溫度,以提高其最大整流電流,要在它的電極上裝設散熱片,散熱片的尺寸有一定的規定。若使用時未裝散熱片,就會使二極管因過熱而損壞。
最大反向電壓
最大反向電壓是指長期工作時允許加到二極管上的反向電壓。若加上二極管的反向電壓超過此值,二極管就有反向擊穿的危險。因此在選擇二極管時,應當保證二極管在實際電路中實際承受的最大反向電壓不超過此值。例如2CZ13F所允許的最大反向電壓是500V,使用時,加在2CZ13F上的反向電壓就不準超過500V。
二極管的導電特性
二極管最重要的特性就是單方向導電性。在電路中,電流只能從二極管的正極流入,負極流出。下面通過簡單的實驗說明二極管的正向特性和反向特性。
1.正向特性。
在電子電路中,將二極管的正極接在高電位端,負極接在低電位端,二極管就會導通,這種連接方式,稱為正向偏置。必須說明,當加在二極管兩端的正向電壓很小時,二極管仍然不能導通,流過二極管的正向電流十分微弱。只有當正向電壓達到某一數值(這一數值稱為“門檻電壓”,鍺管約為0.2V,硅管約為0.6V)以后,二極管才能直正導通。導通后二極管兩端的電壓基本上保持不變(鍺管約為0.3V,硅管約為0.7V),稱為二極管的“正向壓降”。
2. 反向特性。
在電子電路中,二極管的正極接在低電位端,負極接在高電位端,此時二極管中幾乎沒有電流流過,此時二極管處于截止狀態,這種連接方式,稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時,仍然會有微弱的反向電流流過二極管,稱為漏電流。當二極管兩端的反向電壓增大到某一數值,反向電流會急劇增大,二極管將失去單方向導電特性,這種狀態稱為二極管的擊穿。
用來表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術指標,稱為二極管的參數。不同類型的二極管有不同的特性參數。對初學者而言,必須了解以下幾個主要參數:
1、額定正向工作電流
是指二極管長期連續工作時允許通過的最大正向電流值。因為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(硅管為140左右,鍺管為90左右)時,就會使管芯過熱而損壞。所以,二極管使用中不要超過二極管額定正向工作電流值。例如,常用的IN4001-4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。
2、最高反向工作電壓
加在二極管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。為了保證使用安全,規定了最高反向工作電壓值。例如,IN4001二極管反向耐壓為50V,IN4007反向耐壓為1000V。
3、反向電流
反向電流是指二極管在規定的溫度和最高反向電壓作用下,流過二極管的反向電流。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系,大約溫度每升高10,反向電流增大一倍。例如2AP1型鍺二極管,在25時反向電流若為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型硅二極管,25時反向電流僅為5uA,溫度升高到75時,反向電流也不過160uA。故硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩定性。
測試二極管的好壞的方法
初學者在業余條件下可以使用萬用表測試二極管性能的好壞。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管),再將紅、黑兩根表筆短路,進行歐姆調零。
1、正向特性測試
把萬用表的黑表筆(表內正極)搭觸二極管的正極,,紅表筆(表內負極)搭觸二極管的負極。若表針不擺到0值而是停在標度盤的中間,這時的阻值就是二極管的正向電阻,一般正向電阻越小越好。若正向電阻為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
把萬且表的紅表筆搭觸二極管的正極,黑表筆搭觸二極管的負極,若表針指在無窮大值或接近無窮大值,管子就是合格的。
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