二极管工作原理

二极管工作原理
二极管工作原理

二极管工作原理

二极管工作原理(正向导电,反向不导电)

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,并建有自建电常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消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。(这也就是导电的原因)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。(这也就是不导电的原因)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,并建有自建电常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。二极管的类型二极管种类有很多,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”。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,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“门槛电压”,锗管约为0.2V,硅管约为0.6V)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。当二极管两端的反向电压增大到某一数文值,反向电流会急剧增大,二极管将失去单方向导电特性,这种状态称为二极管的击穿。

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:

1、额定正向工作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。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140左右,锗管为90左右)时,就会使管芯过热而损坏。所以,二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如,常用的IN4001-4007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。测试二极管的好坏初学者在业余条件下可以使用万用表测试二极管性能的好坏。测试前先把万用表的转换开关拨到欧姆档的RX1K档位(注意不要使用RX1档,以免电流过大烧坏二极管),再将红、黑两根表笔短路,进行欧姆调零。

1、正向特性测试把万用表的黑表笔(表内正极)搭触二极管的正极,,红表笔(表内负极)搭触二极管的负极。若表针不摆到0值而是停在标度盘的中间,这时的阻值就是二极管的正向电阻,一般正向电阻越小越好。若正向电阻为0值,说明管芯短路损坏,若正向电阻接近无穷大值,说明管芯断路。短路和断路的管子都不能使用。

2、反向特性测试把万且表的红表笔搭触二极管的正极,黑表笔搭触二极管的负极,若表针指在无穷大值或接近无穷大值,管子就是合格的。二极管的应用1、整流二极管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动直流电。2、开关元件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

3、限幅元件二极管正向导通后,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。

4、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。

5、检波二极管在收音机中起检波作用。

6、变容二极管使用于电视机的高频头中。

肖特二极管的工作原理是什么.doc

肖特二极管的工作原理是什么 SBD是肖特基势垒二极管(Schottky Barrier Diode,缩写成SBD)的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的,而是利用金属与半导体接触形成的金属-半导体结原理制作的。因此,SBD也称为金属-半导体(接触)二极管或表面势垒二极管,它是一种热载流子二极管。 肖特基二极管是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短(可以小到几纳秒),正向导通压降仅0.4V左右,而整流电流却可达到几千毫安。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。中、小功率肖特基整流二极管大多采用封装形式。 肖特基二极管是贵金属(金、银、铝、铂等)A为正极,以N型半导体B为负极,利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子,贵金属中仅有极少量的自由电子,所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然,金属A中没有空穴,也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A,B表面电子浓度逐渐降低,表面电中性被破坏,于是就形成势垒,其电场方向为B→A。但在该电场作用之下,A中的电子也会产生从A→B的漂移运动,从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后,电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡,便形成了肖特基势垒。 典型的肖特基二极管基整流管的内部电路结构是以N型半导体为基片,在上面形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极使用钼或铝等材料制成阻档层。用二氧化硅(SiO2)来消除边缘区域的电场,提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻,其掺杂浓度较H-层要高100%倍。在基片下边形成N+阴极层,其作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数,N型基片和阳极金属之间便形成肖特基势垒,当在肖特基势垒两端加上正向偏压(阳极金属接电源正极,N型基片接电源负极)时,肖特基势垒层变窄,其内阻变小;反之,若在肖特基势垒两端加上反向偏压时,肖特基势垒层则变宽,其内阻变大。 综上所述,肖特基整流管的结构原理与PN结整流管有很大的区别通常将PN结整流管称作结整流管,而把金属-半导管整流管叫作肖特基整流管,近年来,采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世,这不仅可节省贵金属,大幅度降低成本,还改善了参数的一致性。 肖特基二极管是贵金属(金、银、铝、铂等)A为正极,以N型半导体B为负极,利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子,贵金属中仅有极少量的自由电子,

PIN二极管结构及工作原理

一、PIN二极管的结构 PIN二极管的基本结构有两种,即平面的结构和台面的结构,如图2所示。对于Si-pin133结二极管,其中I层的载流子浓度很低(约为10cm数量级)电阻率很高、(约为k-cm数量级),厚度W一般较厚(在10~200m 之间);I层两边的p型和n型半导体的掺杂浓度通常很高。 平面结构和台面结构的I层都可以采用外延技术来制作,高掺杂的p+层可以采用热扩散或者离子注入技术来获得。平面结构二极管可以方便地采用常规的平面工艺来制作。而台面结构二极管还需要进行台面制作(通过腐蚀或者挖槽来实现)。台面结构的优点是: ①去掉了平面结的弯曲部分,改善了表面击穿电压; ②减小了边缘电容和电感,有利于提高工作频率。 图2 PIN二极管的两种结构 二、PIN二极管在不同偏置下的工作状态 1、正偏下 PIN二极管加正向电压时,P区和N区的多子会注入到I区,并在I区复合。当注入载流子和复合载流子相等时,电流I达到平衡状态。而本征层由于积累了大量的载流子而电阻变低,所以当PIN二极管正向偏置时,呈低阻特性。正向偏压越大,注入I层的电流就越大,I层载流子越多,使得其电阻越小。图3是正偏下的等效电路图,可以看出其等效为一个很小的电阻,阻值在0.1Ω和10Ω之间。

图3 正向偏压下PIN二极管的等效电路图 正向偏压电流与正向阻抗特性曲线图 2、零偏下 当PIN二极管两端不加电压时,由于实际的I层含有少量的P型杂质,所以在IN交界面处,I区的空穴向N区扩散,N区的电子向I区扩散,然后形成空间电荷区。由于I区杂质浓度相比N区很低,多以耗尽区几乎全部在I区内。在PI交界面,由于存在浓度差(P区空穴浓度远远大于I区),也会发生扩散运动,但是其影响相对于IN交界面小的多,可以忽略不计。所以当零偏时,I区由于存在耗尽区而使得PIN二极管呈现高阻状态。 3、反偏下 反偏情况跟零偏时很类似,所不同的是内建电场会得到加强,其效果是使IN结的空间电荷区变宽,且主要是向I区扩展。此时的PIN二极管可以等效为电阻加电容,其电阻是剩下的本征区电阻,而电容是耗尽区的势垒电容。图4是反偏下PIN二极管的等效电路图,可以看出电阻范围在1Ω到100Ω之间,电容范围在0.1pF到10pF之间。当反向偏压过大,使得耗尽区充满整个I区,此时会发生I区穿通,此时PIN管不能正常工作了。 图4 反向偏压下PIN二极管的等效电路图和反向偏压电流与反向电容特性曲线 三、PIN二极管作为射频开关 3.1 工作原理

LED发光二极管工作原理、特性及应用演示教学

LED发光二极管工作原理、特性及应用 半导体发光器件包括半导体发光二极管(简称LED)、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏(简称矩阵管)等。事实上,数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。 一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用 (一)LED发光原理 发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的,其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性,即正向导通,反向截止、击穿特性。此外,在一定条件下,它还具有发光特性。在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光,如图1所示。 假设发光是在P区中发生的,那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光,或者先被发光中心捕获后,再与空穴复合发光。除了这种发光复合外,还有些电子被非发光中心(这个中心介于导带、介带中间附近)捕获,而后再与空穴复合,每次释放的能量不大,不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大,光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的,所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。

理论和实践证明,光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关,即λ≈1240/Eg(mm)式中Eg的单位为电子伏特(eV)。若能产生可见光(波长在380nm紫光~780nm红光),半导体材料的Eg应在3.26~1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管,但其中蓝光二极管成本、价格很高,使用不普遍。 (二)LED的特性 1.极限参数的意义 (1)允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值,LED发热、损坏。 (2)最大正向直流电流IFm:允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 (3)最大反向电压VRm:所允许加的最大反向电压。超过此值,发光二极管可能被击穿损坏。 (4)工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围,发光二极管将不能正常工作,效率大大降低。 2.电参数的意义 (1)光谱分布和峰值波长:某一个发光二极管所发之光并非单一波长,其波长大体按图2所示。由图可见,该发光管所发之光中某一波长λ0的光强最大,该波长为峰值波长。 2)发光强度IV:发光二极管的发光强度通常是指法线(对圆柱形发光管是指其轴线)方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为(1/683)W/sr时,则发光1坎德拉(符号为cd)。由于一般LED的发光二强度小,所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。 (3)光谱半宽度Δλ:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔. (4)半值角θ1/2和视角:θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向(法向)的夹角。半值角的2倍为视角(或称半功率角)。 图3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线(法线)AO的坐标为相对发光强度(即发光强度与最大发光强度的之比)。显然,法线方向上的相对发光强度为1,离开法线方向的角度越大,相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。

PIN光电二极管

PIN光电二极管 1. 工作原理 在上述的光电二极管的PN结中间掺入一层浓度很低的N型半导体,就可以增大耗尽区的宽度,达到减小扩散运动的影响,提高响应速度的目的。由于这一掺入层的掺杂浓度低,近乎本征(Intrinsic)半导体,故称I层,因此这种结构成为PIN光电二极管。I层较厚,几乎占据了整个耗尽区。绝大部分的入射光在I层内被吸收并产生大量的电子-空穴对。在I层两侧是掺杂浓度很高的P型和N型半导体,P层和N层很薄,吸收入射光的比例很小。因而光产生电流中漂移分量占了主导地位,这就大大加快了响应速度。 通过插入I层,增大耗尽区宽度达到了减小扩散分量的目的,但是过大的耗尽区宽度将延长光生载流子在耗尽区内的漂移时间,反而导致响应变慢,因此耗尽区宽度要合理选择。通过控制耗尽区的宽度可以改变PIN观点二极管的响应速度。 2. PIN光电二极管的主要特性 (1) 截止波长和吸收系数 只有入射光子的能量 PIN型光电二极管 也称PIN结二极管、PIN二极管,在两种半导体之间的PN结,或者半导体与金属之间的结的邻近区域,在P区与N区之间生成I型层,吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点。 目录 PIN型光电二极管的结构 PIN结的导电特性 PIN型光电二极管的主要参数 PIN型光电二极管的典型应用

PIN型光电二极管的结构 pin结二极管的基本结构有两种,即平面的结构和台面的结 构,如图1所示。对于Si-pin133结二极管,其中i型层的载流子浓度很低(约为10cm数量级)电阻 率很高、(约为k-cm数量级),厚度W一般较厚(在10~200m 之间);i型层两边的p型和n型半导体的掺杂浓度通常很高(即为重掺杂)。 平面结构和台面结构的i型层都可以采用外延技术来制作,高掺杂的p+层可以采用热扩散或者离子注入技术来获得。平面结构二极管可以方便地采用常规的平面工艺来制作。而台面结构二极管还需要进行台面制作(通过腐蚀或者挖槽来实现)。台面结构的优点是:①去掉了平面结的弯曲部分,改善了表面击穿电压;②减小了边缘电容和电感,有利于提高工作频率。 PIN结的导电特性 pin 结就是在 pin 结的空间电荷区分别在 i 型层两边的界面处,而整个的 i 型层中没有空间电荷,但是存在由两边的空间电荷所产生出来的电场——内建电场,所以 pin 结的势垒区就是整个的 i 型层。 ①基本概念: 众所周知,一般 p-n 结的导电(较大的正向电流以及很小的反向电流)主要是由于少数载流子在势垒区以外的两边扩散区中进行扩散所造成的;扩散区是不存在电场的电中性区。在此实际上也就暗示着载流子渡越势垒区的速度很快,即忽略了存在强电场的势垒区的阻挡作用;当然,这种处理也只有在势垒区较薄(小于载流子的平均自由程)时才是允许的。而对于势垒区厚度较大(≈载流子平均自由程)的p-n 结,则就需要考虑载流子在渡越势垒区的过程中所造成的影响,这种影响主要就是将增加一定的产生-复合电流。

功率二极管结构和工作原理

功率二极管结构和工作原理 在本征半导体中掺入P型和N型杂质,其交界处就形成了PN结,在PN结的两端引出两个电极,并在外面装上管壳,就成为半导体二极管。如果一杂质半导体和金属形成整流接触,并在两端引出两个电极,则成为肖特基二极管。 二极管的结构和工作原理: PN结的形成及二极管的单向导电性描述如下: 如下图1所示,对于一块纯净的半导体,如果它的一侧是P区,另一侧为N区,则在P区和N区之间形成一交界面。N区的多子(电子)向P区运动,P区的多子(空穴)向N区运动,这种由于浓度差异而引起的运动称为“扩散运动”。扩散到P区的电子不断地与空穴复合,同时P区的空穴向N区扩散,并与N区中的电子复合。交界面两侧多子复合的结果就出现了由不能移动的带电离子组成的“空间电荷区”。N区一侧出现正离子区,P区一侧出现负离子区,正负离子在交界面两侧形成一个内电场。这个内电场对多子的扩散运动起阻碍作用的同时,又有利于N区的少子(空穴)进入P区,P区的少子(电子)进入N区,这种在内电场作用下少子的运动称为“漂移运动”。扩散运动有助于内电场的加强,内电场的加强将阻碍多子的扩散,而有助于少子的漂移,少子漂移运动的加强又将削弱内电场,又有助于多子的扩散,最终扩散运动和漂移运动必在一定温度下达到动态平衡。即在单位时间内P区扩散到N区的空穴数量等于由P区漂移到N区的自由电子数量,形成彼此大小相等,方向相反的漂移电流和扩散电流,交界面的总电流为零。在动态平衡时,交界面两侧缺少载流子的区域称为“耗尽层“,这就形成了PN结。

如图2所示,当PN结处于正偏,即P区接电源正端,N区接电源负端时,外加电场与PN 结内电场方向相反,内电场被削弱,耗尽层变宽,打破了PN结的平衡状态,使扩散占优势。多子形成的扩散电流通过回路形成很大的正向电流,此时PN结呈现的正向电阻很小,称为“正向导逋”。当PN结上流过的正向电流较小时,二极管的电阻主要是作为基片的低掺杂N区的欧姆电阻,其阻值较高且为常量,因而管压降随正向电流的上升而增加;当PN结上流过的正向电流较大时,注入并积累在低掺杂N区的少子空穴浓度将很大,为了维持半导体电中性条件,其多子浓度也相应大幅度增加,使得其电阻率明显下降,也就是电导率大大增加,这就是电导调制效应。电导调制效应使得PN结在正向电流较大时压降仍然很低,维持在1V左右,所以正向偏置的PN结表现为低阻态,为保护PN结,通常要在回路中串联一个限流电阻。

稳压二极管原理及应用.(DOC)

什么是稳压二极管稳压二极管(又叫齐纳二极管)它的电路符号是:,稳压二极管是一种用于稳定电压的单PN结二极管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很少的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。 稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。 稳压管的应用: 1、浪涌保护电路(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。 2、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。 3、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。

4、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 国产稳压二极管产品的分类 二极管的击穿通常有三种情况,即雪崩击穿、齐纳击穿和热击穿。 (1)雪崩击穿 对于掺杂浓度较低的PN结,结较厚,当外加反向电压高到一定数值时,因外电场过强,使PN结内少数载流子获得很大的动能而直接与原子碰撞,将原子电离,产生新的电子空穴对,由于链锁反应的结果,使少数载流子数目急剧增多,反向电流雪崩式地迅速增大,这种现象叫雪崩击穿。雪崩击穿通常发生在高反压、低掺杂的情况下。 (2)齐纳击穿 对于采用高掺杂(即杂质浓度很大)形成的PN结,由于结很薄(如0.04μm)即使外加电压并不高(如4V),就可产生很强的电场(如)将结内共价键中的价电子拉出来,产生大量的电子一空穴对,使反向电流剧增,这种现象叫齐纳击穿(因齐纳研究而得名)。齐纳击穿一般发生在低反压、高掺杂的情况下。(3)热击穿 在使用二极管的过程中,如由于PN结功耗(反向电流与反向电压之积)过大,使结温升高,电流变大,循环反复的结果,超过PN结的允许功耗,使PN结击穿的现象叫热击穿。热击穿后二极管将发生永久性损坏。

二极管的基本特性与应用(精)

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。 二极管的类型 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”。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,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“门槛电压”,锗管约为0.2V,硅管约为0.6V)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。当 二极管两端的反向电压增大到某一数值,反向电流会急剧增大,二极管将失去单方向导电特性,这种状态称为二极管的击穿。 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: 1、额定正向工作电流 是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。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140左右,锗管为90左右)时,就会使管芯过热而损坏。所以,二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如,常用的IN4001-4007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

功率二极管结构和工作原理

功率二极管结构和工作原理 功率二极管结构和工作原理 在本征半导体中掺入P型和N型杂质,其交界处就形成了PN结,在PN结的两端引出两个电极,并在外面装上管壳,就成为半导体二极管。如果一杂质半导体和金属形成整流接触,并在两端引出两个电极,则成为肖特基二极管。 二极管的结构和工作原理: PN结的形成及二极管的单向导电性描述如下:如下图1所示,对于一块纯净的半导体,如果它的一侧是P区,另一侧为N区,则在P区和N 区之间形成

一交界面。N区的多子(电子)向P 区运动,P区的多子(空穴)向N区运动,这种由于浓度差异而引起的运动称为"扩散运动”。扩散到P区的电子不断地与空穴复合,同时P 区的空穴向N区扩散,并与N区中的电子复合交界面两侧多子复合的结果就出现了由不能移动的带电离子组成的“空间电荷区”。N区一侧出现正离子区,P区一侧出现负离子区,正负离子在交界面两侧形成一个内电场。这个内电场对多子的扩散运动起阻碍作用的同时,又有利于N 区的少子(空穴)进入P区,P区的少子(电子)进入N区,这种在内电场作用下少子的运动称为"漂移运动”。扩散运动有助于内电场的加强,内电场的加强将阻碍多子的扩散,而有助于少子的漂移,少子漂移运动的加强又将削弱内电场,又有助于多子的扩散,最终扩散运动和漂移运动必在一定

温度下达到动态平衡。即在单位时间内P区扩散到N 区的空穴数量等于由P区漂移到N区的自由电子数量,形成彼此大小相等,方向相反的漂移电流和扩 散电流,交界面的总电流为 零。在动态平衡时,交界面两侧缺少载流子的区 域称为“耗尽层“,这就形成了PN结。 囹!PN结空间电荷区 如图2所示,当PN结处于正偏,即P区接电源正端,N区接电源负端时,外加电场与PN结内电场方向相反,内电场被削弱,耗尽层变宽,打破了PN 结的平衡状态,使扩散占优势。多子形成的扩散电流通过回路形成很大的正向电流,此时PN结呈现的正向电阻很小,称为“正向导逋”。当PN结上流过

光电二极管教程光电二极管术

光电二极管教程 工作原理 结光电二极管是一种基本器件,其功能类似于一个普通的信号二极管,但在结半导体的耗尽区吸收光时,它会产生光电流。光电二极管是一种快速,高线性度的器件,在应用中具有高量子效率,可应用于各种不同的场合。 根据入射光确定期望的输出电流水平和响应度是有必要的。图1描绘了一个结光电二极管模型,它由基本的独立元件组成,这样便于直观了解光电二极管的主要性质,更好地了解Thorlabs光电二极管工作过程。 图1: 光电二极管模型 光电二极管术 响应度 光电二极管的响应度可以定义为给定波长下,产生的光电流(I PD)和入射光功率(P)之比: 工作模式(光导模式和光伏模式) 光电二极管可以工作在这两个模式中的一个: 光导模式(反向偏置)或光伏模式(零偏置)。工作模式的选择根据应用中速度和可接受暗电流大小(漏电流)而定。 光导模式

处于光导模式时,有一个外加的偏压,这是我们DET系列探测器的基础。电路中测得的电流代表器件接受到的 光照; 测量的输出电流与输入光功率成正比。外加偏压使得耗尽区的宽度增大,响应度增大,结电容变小,响应 度趋向直线。工作在这些条件下容易产生很大的暗电流,但可以选择光电二极管的材料以限制其大小。(注: 我 们的DET器件都是反向偏置的,不能工作在正向偏压下。) 光伏模式 光伏模式下,光电二极管是零偏置的。器件的电流流动被限制,形成一个电压。这种工作模式利用了光伏效应, 它是太阳能电池的基础。当工作在光伏模式时,暗电流最小。 暗电流 暗电流是光电二极管有偏压时的漏电流. 工作在光导模式时, 容易出现更高的暗电流, 并与温度直接相关. 温度 每增加 10 °C, 暗电流几乎增加一倍, 温度每增加 6 °C, 分流电阻增大一倍. 显然, 应用更大的偏压会降低结电 容, 但也会增加当前暗电流的大小. 当前的暗电流也受光电二极管材料和有源区尺寸的影响. 锗器件暗电流很大, 硅器件通常比锗器件暗电流小.下 表给出了几种光电二极管材料及它们相关的暗电流, 速度, 响应波段和价格。 Material Dark Current Speed Spectral Range Cost Silicon (Si) Low High Speed Visible to NIR Low Germanium (Ge) High Low Speed NIR Low Gallium Phosphide (GaP) Low High Speed UV to Visible Moderate Indium Gallium Arsenide (InGaAs) Low High Speed NIR Moderate Indium Arsenide Antimonide (InAsSb) High Low Speed NIR to MIR High High High Speed NIR High Extended Range Indium Gallium Arsenide (InGaAs) High Low Speed NIR to MIR High Mercury Cadmium Telluride (MCT, HgCdTe) 结电容 结电容(C j)是光电二极管的一个重要性质,对光电二极管的带宽和响应有很大影响。需要注意的是,结区面积 大的二极管结体积也越大,也拥有较大的充电电容。在反向偏压应用中,结的耗尽区宽度增加,会有效地减小结 电容,增大响应速度。 带宽和响应 负载电阻和光电二极管的电容共同限制带宽。要得到最佳的频率响应,一个50欧姆的终端需要使用一条50欧姆 的同轴电缆。带宽(f BW)和上升时间响应(t r)可以近似用结电容(C j)和负载电阻(R load)表示:

稳压二极管工作原理

稳压二极管工作原理 一、稳压二极管原理及特性 一般三极管都是正向导通,反向截止;加在二极管上的反向电压如果超过二极管的承受能力,二极管就要击穿损毁。但是有一种二极管,它的正向特性与普通二极管相同,而反向特性却比较特殊:当反向电压加到一定程度时,虽然管子呈现击穿状态,通过较大电流,却不损毁,并且这种现象的重复性很好;只要管子处在击穿状态,尽管流过管子的电在变化很大,而管子两端的电压却变化极小起到稳压作用。这种特殊的二极管叫稳压管。 稳压管的型号有2CW、2DW 等系列,它的电路符号如图5-17所示。 稳压管的稳压特性,可用图5一18所示伏安特性曲线很清楚地表示出来。 稳压管是利用反向击多区的稳压特性进行工作的,因此,稳压管在电路中要反向连接。稳压管的反向击穿电压称为稳定电压,不同类型稳压管的稳定电压也不一

样,某一型号的稳压管的稳压值固定在口定范围。例如:2CW11的稳压值是3.2伏到4.5伏,其中某一只管子的稳压值可能是3.5伏,另一只管子则可能是4,2伏。 在实际应用中,如果选择不到稳压值符合需要的稳压管,可以选用稳压值较低的稳压管,然后串联几只硅二极管“枕垫”,把稳定电压提高到所需数值。这是利用硅二极管的正向压降为0.6~0.7伏的特点来进行稳压的。因此,二极管在电路中必须正向连接,这是与稳压管不同的。 稳压管稳压性能的好坏,可以用它的动态电阻r来表示: 显然,对于同样的电流变化量ΔI,稳压管两端的电压变化量ΔU越小,动态电阻越小,稳压管性能就越好。 稳压管的动态电阻是随工作电流变化的,工作电流越大,动态电阻越小。因此,为使稳压效果好,工作电流要选得合适。工作电流选得大些,可以减小动态电阻,但不能超过管子的最大允许电流(或最大耗散功率)。各种型号管子的工作电流和最大允许电流,可以从手册中查到。 稳压管的稳定性能受温度影响,当温度变化时,它的稳定电压也要发生变化,常用稳定电压的温度系数来表示,这种性能例如2CW19型稳压管的稳定电压Uw= 12伏,温度系数为0.095%℃,说明温度每升高1℃,其稳定电压升高11.4毫伏。为提高电路的稳定性能,往往采用适当的温度补偿措施。在稳定性能要求很高时,需使用具有温度补偿的稳压,如2DW7A、2DW7W、2DW7C 等。 二、稳压二极管稳压电路图 由硅稳压管组成的简单稳压电路如图5- l9(a)所示。硅稳压管DW与负载Rfz,并联,R1为限流电阻。

光电二极管的工作原理与应用

光电二极管的工作原理与应用 学生:李阳洋王煦何雪瑞黄艺格指导老师:陈永强 摘要:光电二极管是结型器件。当光照射在P-N结时,光子被吸收,产生电子-空穴对,电子和空穴在结区被结电场所收集,在外电路形成光电流。为了保证绝大部分响应波长的入射光能在结区吸收,这就要求空间电荷区有足够宽度,所以外电路加有足够的反偏电压。 关键词:光电二极管;光电流;暗电流;反偏电压;光功率 1、引言 随着科学技术的发展,在信号传输和存储等环节中,越来越多地应用光信号。采用光电子系统的突出优点是,抗干扰能力较强、传送信息量大、传输耗损小且工作可靠。光电二极管是光电子系统的电子器件。光电二极管(photodiode)是一种能够将光根据使用方式转换成电流或者电压信号的光探测器。常见的传统太阳能电池就是通过大面积的光电二极管来产生电能。 2、工作原理 光电二极管是将光信号转换成电流或电压信号的特殊二极管,它与常规二极管结构上基本相似,都具有一个PN结,但光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大,以便接收入射光。其基本原理是当光照在二极管上时,被吸收的光能转换成电能。光电二极管工作在反向电压作用下,只通过微弱的电流(一般小于0.1微安),称为暗电流,有光照时,携带能量的光子进入PN结后,把能量传给共价键上的电子,使有些电子挣脱共价键,而产生电子-空穴对,称为光生载流子,因为光生载流子的数目是有限的,而光照前多子的数目远大于光生载流子的数目,所以光生载流子对多子的影响是很小的,但少子的数目少有比较大的影响,这就是为什么光电二极管是工作在反向电压下而不是正向电压下,于是在反向电压作用下被光生载流子影响而增加的少子参加漂流运动,在P区,光生电子扩散到PN结,如果P区厚度小于电子扩散长度,那么大部分光生电子将能穿过P区到达PN结,在N区也是相同的道理,也因此光电二极管在制作时,PN结的结深很浅,以促使少子的漂移。综上若光的强度越大,反向电流也就越大,这种特性称为光导电,而这种现象引起的电流称为光电流。总的来说光电二极管的工作是一个吸收的过程,它将光的变化转换成反向电流的变化,光照产生电流和暗电流的综合就是光电流,因此光电二极管的暗电流因尽量最小化来提器件对光的灵敏度,光的强度与光电流成正比,因而就可以把光信号转换成电信号。 图1基本工作原理

齐纳二极管稳压二极管工作原理及主要全参数

齐纳二极管(稳压二极管)工作原理及主要参数 齐纳二极管也叫稳压二极管.一般二极管处于逆向偏压时,若电压超过PIV(逆向峰值电压)值时二极管将受到破坏,这是因为一般二极管在两端的电位差既高之下又要通过大量的电流,此时所产生的功率所衍生的热量足以使二极管烧毁。 齐纳二极管就是专门被设计在崩溃区操作,是一个具有良好的功率散逸装置,可以当做电压参考或定电压组件。若利用齐纳二极管作为电压调节器,将使附载电压保持在Vz附近且几乎唯一定值,不受附载电流或电源上电压变动影响。一般二极管之崩溃电压,在制作时可以随意加以控制,所以一般齐纳二极管之崩电压(Vz)从数伏特至上百伏特都有。一般齐纳二极管在特性表或电路上除了标住Vz外,均会注明Pz也就是齐纳二极管所能承受之做大功率,也可由Pz=Vz*Iz 换算出奇纳二极管可通过最大电流Iz。dz3w上有个在线计算器,电路设计时可以用来计算稳压二极管的相关参数. 齐纳二极管工作原理 齐纳二极管主要工作于逆向偏压区,在二极管工作于逆向偏压区时,当电压未达崩溃电压以前,二极管上并不会有电流产生,但当逆向电压达到崩溃电压时,每一微小电压的增加就会产生相当大的电流,此时二极管两端的电压就会保持于一个变化量相当微小的电压值(几乎等于崩溃电压),下图为齐纳二极管之电压电流曲线,可由此应证上述说明。 齐纳二极管(又叫稳压二极管)它的电路符号是:此二极管是一种直到临界反

向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很少的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.其伏安特性,稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。 在通常情况下,反向偏置的PN结中只有一个很小的电流。这个漏电流一直保持一个常数,直到反向电压超过某个特定的值,超过这个值之后PN结突然开始有大电流导通(图1.15)。这个突然的意义重大的反向导通就是反向击穿,如果没有一些外在的措施来限制电流的话,它可能导致器件的损坏。反向击穿通常设置了固态器件的最大工作电压。然而,如果采取适当的预防措施来限制电流的话,反向击穿的结能作为一个非常稳定的参考电压。 图1.15 PN结二极管的反向击穿。 导致反向击穿的一个机制是avalanche multiplication。考虑一个反向偏置的PN结。耗尽区随着偏置上升而加宽,但还不够快到阻止电场的加强。强大的电场加速了一些载流子以非常高的速度穿过耗尽区。当这些载流子碰撞到晶体中的原子时,他们撞击松的价电子且产生了额外的载流子。因为一个载流子能通过撞击来产生额外的成千上外的载流子就好像一个雪球能产生一场雪崩一样,所以这个过程叫avalanche multiplication。 反向击穿的另一个机制是tunneling。Tunneling是一种量子机制过程,它能使粒子在不管有任何障碍存在时都能移动一小段距离。如果耗尽区足够薄,

二极管入门知识二极管结构和工作原理

二极管入门知识二极管结 构和工作原理 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

在自然界中,根据材料的导电能力,我们可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。常见的导体如铜 和铝、常见的绝缘体如橡胶、塑料等。什么是半导体呢半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间,常见的半导体材料有硅(Si)和锗(Ge)。到此,请记住两种半导体材料:硅、锗。因为以后你会 听说硅管、锗管。意思很明显,说明这种二极管或三极管是用硅或锗作为基材的。 半导体硅原子结构图 半导体有几个特性有必要了解一下:热敏性、光敏性和掺杂性; 半导体的热敏性:半导体的导电能力受温度影响较大,当温度升高时,半导体的导电能力大大增强,被称为半导体的热敏性。利用半导体的热敏性可制成热敏元件,在汽车上应用的热敏元件有温度传感器,如水温传感器、进气温度传感器等。 半导体硅的空穴和自由电子示意图 半导体的光敏性:半导体的导体的导电能力随光照的不同而不同。当光照增强时,导电能力增强,称为半导体光敏性。利用光敏性可制成光敏元件。在汽车上应用的光敏元件有汽车自动空调上应用的光照传感器。 半导体的掺杂性:当在导体中掺入少量杂质,半导体的导电性能增加。 什么是本征半导体、P型半导体和N型半导体,有哪些区别 本征半导体:纯净的半导体称为本征半导体。 P型半导体:在本征半导体硅或锗中掺入微量的三价元素硼(B)或镓,就形成P型半导体。 P型半导体示意图-空穴是多数载流子 N型半导体:在本征半导体硅或锗中掺入微量的五价元素磷(P)就形成N型半导体。 N型半导体中自由电子是多数载流子 PN结和二极管 在半导体硅或锗中一部分区域掺入微量的三价元素硼使之成为P型,另一部分区域掺入微量的五价元素磷使之成为N型半导体。在P型和N型半导体的交界处就形成一个PN结。一个PN结就是一个二极管,P区的引线称为阳极,N区的引线称为阴极。 二极管结构图:P区引线成为阳极、N区引线成为阴极 二极管的单向导电性能 二极管具前单向导电性能, (1)正向导通:当PN结加上正向电压,即P区接蓄电池正级,N区接蓄电池负极时,PN结处于导通状态,如图所示,试灯有电流通过,点亮。 二极管正向导通示意图 注意二极管正向导通时存在着电压降,什么意思呢如果蓄电池电压是12V,则试灯上的电压一定小于12V,大约是吧,哪在那里呢在二极管上,这就是二极管的电压降。二极管的电压降取决于二极管采用的是锗管还是硅管:锗管的电压降是左右;而硅管的电压降是左右。如果蓄电池电压低

二极管工作原理学习

二级管工作原理(PN结原理)学习 0、小叙闲言 并没有进一步研究一下,今天写下这篇文章,主要是介绍二极管的工作原理,为后面的三极管和MOSFET工作原理的理解打下基础,然后,应该能理解放大器的工作原理,最后也就也能解决上两篇文章提出的问题了。 1、PN结形成 P(Positive)型和N(Negative)型可根据它们的载流子(载流子说得比较学术,其实就是导体里面能流动的带电粒子,为电子或者是空穴,空穴可以看作是带正电的电子)来区分。对半导体材料(一般应该是硅Si)参入不同的杂质,就可以形成P型半导体和N型半导体。P型半导体里面能够流动的粒子是空穴,N型半导体里面能够流动的粒子是电子。它们的结构如下图1所示,对于它们俩如何参杂以形成不同的半导体,我们可没必要再研究下去,

除非你是专门搞半导体材料的。P型半导体中的大红圆是负离子,由于材料的性质,它是不可移动的,而其中的小绿圆(空穴),是可移动的,这一点很重要,请务必记住;同理N型半导体,它里面的大绿圆(正离子)不可自由移动,而小红圆(电子)可自由移动。 图1 P型和N型半导体结构

简单了解了P型半导体和N型半导体之后,我们常说的PN结是如何形成的呢,且看下方图2动图。当P型半导体和N型半导体接合在一起的时候,由于P型半导体中空穴浓度高,而N型半导体中电子浓度高,因此会形成一个扩散运动,P型半导体中空穴会向它浓度低的地方扩散,从而扩散到N型区,N型半导体的电子也会向它浓度低的地方扩散,从而扩散到P型区。这样一来,P型区剩下不能自由移动的负离子,而N型区剩下不能自由移动的正离子,一正一负,在PN结内部形成了一个从左往右的内电场,基本上这个内电场就体现PN结的工作特性。另外有一点要说明的是,PN结只是局部带电,即P型区呈负电,而N型区呈负电,但是它们俩一中和,整体上是呈中性的。

光电二极管检测电路的组成及工作原理

光电二极管及其相关的前置放大器是基本物理量和电子量之间的桥梁。许多精密应用领域需要检测光亮度并将之转换为有用的数字信号。光检测电路可用于CT扫描仪、血液分析仪、烟雾检测器、位置传感器、红外高温计和色谱分析仪等系统中。在这些电路中,光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流。而前置放大器将光电二极管传感器的电流输出信号转换为一个可用的电压信号。看起来好象用一个光电二极管、一个放大器和一个电阻便能轻易地实现简单的电流至电压的转换,但这种应用电路却提出了一个问题的多个侧面。为了进一步扩展应用前景,单电源电路还在电路的运行、稳定性及噪声处理方面显示出新的限制。 本文将分析并通过模拟验证这种典型应用电路的稳定性及噪声性能。首先探讨电路工作原理,然后如果读者有机会的话,可以运行一个SPICE模拟程序,它会很形象地说明电路原理。以上两步是完成设计过程的开始。第三步也是最重要的一步(本文未作讨论)是制作实验模拟板。 1 光检测电路的基本组成和工作原理 设计一个精密的光检测电路最常用的方法 是将一个光电二极管跨接在一个CMOS输入 放大器的输入端和反馈环路的电阻之间。这种 方式的单电源电路示于图1中。 在该电路中,光电二极管工作于光致电压 (零偏置)方式。光电二极管上的入射光使之 产生的电流I SC从负极流至正极,如图中所示。由于CMOS放大器反相输入端的输入阻抗非常高,二极管产生的电流将流过反馈电阻R F。输出电压会随着电阻R F两端的压降而变化。 图中的放大系统将电流转换为电压,即 V OUT = I SC×R F(1) 图1 单电源光电二极管检测电路 式(1)中,V OUT是运算放大器输出端的电压,单位为V;I SC是光电二极管产生的电流,单位为A;R F是放大器电路中的反馈电阻,单位为W 。图1中的C RF是电阻R F的寄生电容和电路板的分布电容,且具有一个单极点为1/(2p R F C RF)。 用SPICE可在一定频率范围内模拟从光到电压的转换关系。模拟中可选的变量是放大器的反馈元件R F。用这个模拟程序,激励信号源为I SC,输出端电压为V OUT。 此例中,R F的缺省值为1MW ,C RF为0.5pF。理想的光电二极管模型包括一个二极管和理想的电流源。给出这些值后,传输函数中的极点等于1/(2p R F C RF),即318.3kHz。改变R F 可在信号频响范围内改变极点。

稳压二极管工作原理及故障特点

稳压二极管工作原理及故障特点

稳压二极管工作原理及故障特点 稳压二极管的稳压原理: 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。 稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字表示,如:ZD5表示编号为5的稳压管。 故障特点: 稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。在这3种故障中,前一种故障表现出电源电压升高;后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定。 常用稳压二极管的型号及稳压值如下表: 型号 1N4728 1N4729 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734 1N4735 1N4744 1N4750 1N4751 1N4761 稳压 值 3.3V 3.6V 3.9V 4.7V 5.1V 5.6V 6.2V 15V 27V 30V 75V 稳压管也是一种晶体二极管,它是利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作的。稳压管在稳压设备和一些电子电路中获得广泛的应用。我们把这种类型的二极管称为稳压管,以区别用在整流、检波和其他单向导电场合的二极管。如图画出了稳压管的伏安特性及其符号。

(1)稳定电压Uz Uz就是PN结的击穿电压,它随工作电流和温度的不同而略有变化。对于同一型号的稳压管来说,稳压值有一定的离散性。 (2)稳定电流Iz 稳压管工作时的参考电流值。它通常有一定的范围,即Izmin——Izmax。 (3)动态电阻rz 它是稳压管两端电压变化与电流变化的比值,如上图所示,即这个数值随工作电流的不同而改变。通常工作电流越大,动态电阻越小,稳压性能越好。 (4)电压温度系数它是用来说明稳定电压值受温度变化影响的系数。不同型号的稳压管有不同的稳定电压的温度系数,且有正负之分。稳压值低于4v的稳压管,稳定电压的温度系数为负值;稳压值高于6v的稳压管,其稳定电压的温度系数为正值;介于4V和6V之间的,可能为正,也可能为负。在要求高的场合,可以用两个温度系数相反的管子串联进行补偿(如2DW7)。 (5)额定功耗Pz 前已指出,工作电流越大,动态电阻越小,稳压性能越好,但是最大工作电流受到额定功耗Pz的限制,超过P2将会使稳压管损坏。 选择稳压管时应注意:流过稳压管的电流Iz不能过大,应使Iz≤Izmax,否则会超过稳压管的允许功耗,Iz也不能太小,应使Iz≥Izmin,否则不能稳定输出电压,这样使输入电压和负载电流的变化范围都受到一定限制。下图示出了稳压管工作时的动态等效电路,图中二极管为理想二极管。

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