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行業(yè)資訊

二極管的工作原理和特性

晶體二極管為一個(gè)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(chǎng)。當不存在外加電壓時(shí),由于pn結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當外界有正向電壓偏置時(shí),外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)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(shí),外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)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(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。當外加的反向電壓高到一定程度時(shí),pn結空間電荷層中的電場(chǎng)強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程,產(chǎn)生大量電子空穴對,產(chǎn)生了數值很大的反向擊穿電流,稱(chēng)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。


  二極管的特性

  正向性:二極管外加正向電壓時(shí),在正向特性的起始部分,正向電壓很小,不足以克服PN結內電場(chǎng)的阻擋作用,正向電流幾乎為零,這一段稱(chēng)為死區。這個(gè)不能使二極管導通的正向電壓稱(chēng)為死區電壓。當正向電壓大于死區電壓以后,PN結內電場(chǎng)被克服,二極管正向導通,電流隨電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流范圍內,導通時(shí)二極管的端電壓幾乎維持不變,這個(gè)電壓稱(chēng)為二極管的正向電壓。當二極管兩端的正向電壓超過(guò)一定數值,內電場(chǎng)很快被削弱,特性電流迅速增長(cháng),二極管正向導通。叫做門(mén)坎電壓或閾值電壓,硅管約為0.5V,鍺管約為0.1V。硅二極管的正向導通壓降約為0.6~0.8V,鍺二極管的正向導通壓降約為0.2~0.3V。

  反向性:外加反向電壓不超過(guò)一定范圍時(shí),通過(guò)二極管的電流是少數載流子漂移運動(dòng)所形成反向電流。由于反向電流很小,二極管處于截止狀態(tài)。這個(gè)反向電流又稱(chēng)為反向飽和電流或漏電流,二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。一般硅管的反向電流比鍺管小得多,小功率硅管的反向飽和電流在nA數量級,小功率鍺管在μA數量級。溫度升高時(shí),半導體受熱激發(fā),少數載流子數目增加,反向飽和電流也隨之增加。

  擊穿:外加反向電壓超過(guò)某一數值時(shí),反向電流會(huì )突然增大,這種現象稱(chēng)為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱(chēng)為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時(shí)二極管失去單向導電性。如果二極管沒(méi)有因電擊穿而引起過(guò)熱,則單向導電性不一定會(huì )被永久破壞,在撤除外加電壓后,其性能仍可恢復,否則二極管就損壞了。因而使用時(shí)應避免二極管外加的反向電壓過(guò)高。

  二極管是一種具有單向導電的二端器件,有電子二極管和晶體二極管之分,電子二極管因為燈絲的熱損耗,效率比晶體二極管低,所以現已很少見(jiàn)到,比較常見(jiàn)和常用的多是晶體二極管。二極管的單向導電特性,幾乎在所有的電子電路中,都要用到半導體二極管,它在許多的電路中起著(zhù)重要的作用,它是誕生最早的半導體器件之一,其應用也非常廣泛。

  二極管的管壓降:硅二極管(不發(fā)光類(lèi)型)正向管壓降0.7V,鍺管正向管壓降為0.3V,發(fā)光二極管正向管壓降會(huì )隨不同發(fā)光顏色而不同。主要有三種顏色,具體壓降參考值如下:紅色發(fā)光二極管的壓降為2.0--2.2V,黃色發(fā)光二極管的壓降為1.8—2.0V,綠色發(fā)光二極管的壓降為3.0—3.2V,正常發(fā)光時(shí)的額定電流約為20mA。