晶体二极管的类型和选用
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晶体二极管的归纳总结晶体二极管(Diode)是一种具有非线性电阻特性的电子元器件,广泛应用于电子电路中。
它具有正向导通和反向截止的特性,被广泛用作整流器、开关以及信号调制等电路的基本元件。
本文将对晶体二极管的工作原理、分类、特性以及应用进行归纳总结。
一、晶体二极管的工作原理晶体二极管是一种半导体器件,由P型和N型半导体材料组成。
在P-N结中,P型半导体的掺杂原子与N型半导体的掺杂原子形成势垒,使得P区电子豁免区域中电子浓度较高,N区电子豁免区域中空穴浓度较高。
当外加电压使P区电势相对于N区升高,势垒减小,使得P 区的电子跨越势垒进入N区,形成正向电流。
当外加电压反向时,势垒增大,使得P-N结处形成耗尽区,电流几乎为零。
二、晶体二极管的分类根据材料、结构和用途的不同,晶体二极管可以分为多种类型。
常见的晶体二极管包括硅二极管、锗二极管、肖特基二极管、LED(发光二极管)等。
1. 硅二极管硅二极管是最常见和广泛使用的一种二极管。
它具有较高的工作温度、稳定性和可靠性,被广泛应用于各种电子电路中。
2. 锗二极管锗二极管是晶体二极管的一种,其主要特点是正向导通电压较低,适用于低电压应用电路。
3. 肖特基二极管肖特基二极管是一种利用PN结形成的金属与N型半导体之间的势垒来控制电流流动的二极管。
与普通PN结二极管相比,肖特基二极管具有较低的正向导通电压和快速响应速度。
4. LED(发光二极管)LED是一种能够将电能直接转换为光能的二极管。
它具有高效率、长寿命、低功耗等特点,被广泛应用于指示灯、背光源、室内外照明等领域。
三、晶体二极管的特性晶体二极管具有以下主要特性:1. 非线性特性晶体二极管在正向电压作用下具有较低的电阻,呈现出导通状态,而在反向电压作用下电阻很大,呈现出截止状态,具有明显的非线性特性。
2. 稳压性能晶体二极管具有稳压能力,能够在一定的工作电压范围内稳定输出,被广泛应用于稳压电源电路中。
3. 快速开关特性晶体二极管具有快速开关特性,可以迅速从导通状态切换到截止状态,被广泛应用于高频开关电路中。
晶体二极管的分类一、根据构造分类半导体二极管主要是依靠PN结而工作的。
与PN结不可分割的点接触型和肖特基型,也被列入一般的二极管的范围内。
包括这两种型号在内,根据PN结构造面的特点,把晶体二极管分类如下:1、点接触型二极管点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后,再通过电流法而形成的。
因此,其PN结的静电容量小,适用于高频电路。
但是,与面结型相比较,点接触型二极管正向特性和反向特性都差,因此,不能使用于大电流和整流。
因为构造简单,所以价格便宜。
对于小信号的检波、整流、调制、混频和限幅等一般用途而言,它是应用范围较广的类型。
2、键型二极管键型二极管是在锗或硅的单晶片上熔接或银的细丝而形成的。
其特性介于点接触型二极管和合金型二极管之间。
与点接触型相比较,虽然键型二极管的PN结电容量稍有增加,但正向特性特别优良。
多作开关用,有时也被应用于检波和电源整流(不大于50mA)。
在键型二极管中,熔接金丝的二极管有时被称金键型,熔接银丝的二极管有时被称为银键型。
3、合金型二极管在N型锗或硅的单晶片上,通过合金铟、铝等金属的方法制作PN结而形成的。
正向电压降小,适于大电流整流。
因其PN结反向时静电容量大,所以不适于高频检波和高频整流。
4、扩散型二极管在高温的P型杂质气体中,加热N型锗或硅的单晶片,使单晶片表面的一部变成P型,以此法PN结。
因PN 结正向电压降小,适用于大电流整流。
最近,使用大电流整流器的主流已由硅合金型转移到硅扩散型。
5、台面型二极管PN结的制作方法虽然与扩散型相同,但是,只保留PN结及其必要的部分,把不必要的部分用药品腐蚀掉。
其剩余的部分便呈现出台面形,因而得名。
初期生产的台面型,是对半导体材料使用扩散法而制成的。
因此,又把这种台面型称为扩散台面型。
对于这一类型来说,似乎大电流整流用的产品型号很少,而小电流开关用的产品型号却很多。
6、平面型二极管在半导体单晶片(主要地是N型硅单晶片)上,扩散P型杂质,利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用,在N型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的PN结。
晶体二极管的选用常识晶体二极管的类型很多,仅普通二极管就有用于检波的检波二极管,用于整流的整流二极管,还有稳压、开关二极管等;特殊用途的二极管有,发光二极管,磁敏二极管、光电二极管,激光二极管等。
在选用各类型晶体二极管时,既要根据他们的用途、性能和主要参数,又要根据各种电路的不同要求来选择二极管。
1.选用二极管的基本思路首先要根据具体电路的要求选用不同类型、不同特性的二极管。
二极管的种类繁多,同一种类的二极管又有不同型号或不同系列。
在电子电路中作检波用,就要选用检波二极管,并且要注意不同型号的管子的参数和特性差异。
在电路中作整流用,就要选用整流二极管,并且要注意功率的大小,电路的工作频率和工作电压。
在电路中作电子调谐用,可选用变容二极管和开关二极管。
选用变容二极管要特别注意零偏压结电容和电容变化范围等参数,并且根据不同的频率覆盖范围,选用不同特性的变容二极管出在电子调谐电路中选用开关管时,只要最高反向工作电压高于电子调谐器的开关电压,最大平均整流电流大于工作电流就可以;而对反向恢复时间要求并不严格。
电源稳压等稳压电路就要选用稳压管,并注意稳压值的选用。
另外,在一些特殊电路中,我们还要选用发光二极管。
光电二极管、磁敏二极管等等。
我们在介绍各类型二极管的具体选用方法时再一一介绍。
第二,在选好二极管类型的基础上,要选好二极管的各项主要技术参数,使这些电参数和特性符合电路要求,并且要注意不同用途的二极管对哪些参数要求更严格,这些都是我们选用二极管的依据。
比如选用整流二极管时,要特别注意最大整流电流,2AP1型二极管的最大整流电流为16mA;2CP1A型管为500mA等。
使用时通过二极管的电流不能超过这个数值。
并且对整流二极管来说,反向电流越小,说明二极管的单向导电性能越好。
在选用稳压管时,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管,因动态电阻越小,稳压管性能越好。
例如,2CW53型稳压管的动态电阻Rz≤50mΩ;2CW55型管的Rz≤10mΩ。
电子元器件知识----二极管晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示,如:D5表示编号为5的二极管。
作用:二极管的主要特性是单向导电性,也就是在正向电压的作用下,导通电阻很小;而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。
正因为二极管具有上述特性,电路中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中。
二极管种类有很多,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。
极性识别方法:二极管的识别很简单,小功率二极管的N极(负极),在二极管外表大多采用一种色圈标出来,有些二极管也用二极管专用符号来表示P极(正极)或N极(负极),也有采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极性的。
发光二极管的正负极可从引脚长短来识别,长脚为正,短脚为负。
用数字式万用表去测二极管时,红表笔接二极管的正极,黑表笔接二极管的负极。
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。
各种二极管的用途及常用二极管各种二极管的用途常用二极管1.整流二极管作用:利用PN结的单向导电性把交流电变成脉动直流电,整流二极管结构主要是平面接触型,其特点是允许通过的电流比较大,反向击穿电压比较高,但PN结电容比较大,一般广泛应用于处理频率不高的电路中。
例如整流电路、嵌位电路、保护电路等。
整流二极管在使用中主要考虑的问题是最大整流电流和最高反向工作电压应大于实际工作中的值,并要满足散热条件。
2.检波(也称解调)二极管作用:利用二极管单向导电性将高频或中频无线电信号中的低频信号或音频信号提取出来广泛应用于半导体收音机、录机、电视机及通信等设备的小信号电路中,其工作频率较高,处理信号幅度较弱。
检波二极管一般可选用点接触型锗二极管,例如2AP系列、1N34/A/、1N60等。
选用时,应根据电路的具体要求来选择工作频率高、反向电流小、正向电流足够大的检波二极管,主要考虑工作频率。
虽然检波和整流的原理是一样的,而整流的目的只是为了得到直流电,而检波则是从被调制波中取出信号成分(包络线)。
检波电路和半波整流线路完全相同。
因检波是对高频波整流,二极管的结电容一定要小,所以选用点接触二极管。
能用于高频检波的二极管大多能用于限幅、箝位、开关和调制电路。
3.变容二极管又称压控变容器,是根据电压变化而改变节电容的半导体,工作在反向偏压状态。
应用:高频调谐、通信电路中可做可变电容器使用。
有专用于谐振电路调谐的电调变容二极管,适用于参放的参放变容二极管,以及固体功率源中倍频、移相的功率阶跃变容二极管,用于电视机高频头的频道转换和调谐电路,多以硅材料制作。
4.快速二极管快速二极管的工作原理与普通二极管是相同的,但由于普通二极管工作在开关状态下的反向恢复时间较长,约4~5ms,不能适应高频开关电路的要求。
快速二极管主要应用于高频整流电路、高频开关电源、高频阻容吸收电路、逆变电路等,其反向恢复时间可达10ns。
快速二极管主要包括快恢复二极管和肖特基二极管。
晶体二极管的类型和选用类型----根据结构不同,常把二极管分为点接触和面接触型两种(见图10)。
点接触型二极管由于接触面点小,不能通过大电流,故只适合用于小电流整流,又因为接触点小,所以极间电容量也很小,故适用于高频电路检波。
面接触型二极管与点接触型二极管相反,由于接触面大,可以通过较大的电流,但极间电容量大,因此不能用于高频电路,而主要用做整流。
选用----选用检波二极管主要考虑工作频率高,反向电流小(极表明检波效率高)。
常用的点接触型二极管有2AP1—2AP9、2AP9—2AP10、2AP11—2AP17等型号;对小功率整流二极管,主要考虑最大整流电流与最高工作电压应符合电路要求,一般采用面接触型2CP1—2CP6、2CP10—2CP20、2CP1A—2CP1H等型号。
在业余条件下,损坏了一个PN结的高频晶体三极管可当作检波二极管使用,而损坏了一个PN结的低频三极管则可做小电流整流二极管使用常用晶体二极管的识别1、作用:二极管的主要特性是单向导电性,也就是在正向电压的作用下,导通电阻很小;而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。
正因为二极管具有上述特性,无绳电话机中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中。
电话机里使用的晶体二极管按作用可分为:整流二极管(如1N4004)、隔离二极管(如1N4148)、肖特基二极管(如BAT85)、发光二极管、稳压二极管等。
2、识别方法:二极管的识别很简单,小功率二极管的N极(负极),在二极管外表大多采用一种色圈标出来,有些二极管也用二极管专用符号来表示P极(正极)或N极(负极),也有采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极性的。
发光二极管的正负极可从引脚长短来识别,长脚为正,短脚为负。
3、测试注意事项:用数字式万用表去测二极管时,红表笔接二极管的正极,黑表笔接二极管的负极,此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值,这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。
4、常用的1N4000系列二极管耐压比较如下:型号 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007耐压(V) 50 100 200 400 600 800 1000电流(A)均为1二极管的小知识一、什么是二极管?二极管的英文是diode。
二极管的正.负二个端子,(如图)正端A称为阳极,负端K 称为阴极。
电流只能从阳极向阴极方向移动。
一些初学者容易产生这样一种错误认识:“半导体的一‘半’是一半的‘半’;面二极管也是只有一‘半’电流流动(这是错误的),所有二极管就是半导体”。
其实二极管与半导体是完全不同的东西。
我们只能说二极管是由半导体组成的器件。
半导体无论那个方向都能流动电流。
二、半导体的种类?半导体可分为本征半导体.P型半导体.N型半导体。
本征半导体:硅和锗都是半导体,而纯硅和锗(11个9的纯度)晶体称本征半导体。
硅和锗为4价元素,其晶体结构稳定。
P型半导体:P型半导体是在4价的本征半导体中混入了3价原子,譬如极小量(一千万之一)的铟合成的晶体。
由于3价原子进入4价原子中,因此这晶体结构中就产生了少一电子的部分。
由于少一电子,所以带正电。
P 型的“P”正是取“Positve(正)”一词的第一个字母。
N型半导体:若把5价的原子,譬如砷混入4价的本征半导体,将产生多余1个电子的状态结晶,显负电性。
这N是从“Negative(负)”中取的第一个字母。
三、二极管的电流为什么只是一个方向流动?如图一是未加电场(电压)的情况P型载流子和N型载流子随机地在晶体中。
若在图二中的N端施加正电压,在P端施加负电压,内部的载流子,电子被拉到正电压方,空核裤拉到负电压方,从而结合面上的载流子数量大大减少,电阻便增大了。
如图三加相反电压,此时内部载流子通过结合面,变得易于流动。
换言之电阻变小,电流正向流动。
晶体二极管的分类一、根据构造分类半导体二极管主要是依靠PN结而工作的。
与PN结不可分割的点接触型和肖特基型,也被列入一般的二极管的范围内。
包括这两种型号在内,根据PN结构造面的特点,把晶体二极管分类如下:1、点接触型二极管点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后,再通过电流法而形成的。
因此,其PN结的静电容量小,适用于高频电路。
但是,与面结型相比较,点接触型二极管正向特性和反向特性都差,因此,不能使用于大电流和整流。
因为构造简单,所以价格便宜。
对于小信号的检波、整流、调制、混频和限幅等一般用途而言,它是应用范围较广的类型。
2、键型二极管键型二极管是在锗或硅的单晶片上熔接或银的细丝而形成的。
其特性介于点接触型二极管和合金型二极管之间。
与点接触型相比较,虽然键型二极管的PN结电容量稍有增加,但正向特性特别优良。
多作开关用,有时也被应用于检波和电源整流(不大于50mA)。
在键型二极管中,熔接金丝的二极管有时被称金键型,熔接银丝的二极管有时被称为银键型。
3、合金型二极管在N型锗或硅的单晶片上,通过合金铟、铝等金属的方法制作PN结而形成的。
正向电压降小,适于大电流整流。
因其PN结反向时静电容量大,所以不适于高频检波和高频整流。
4、扩散型二极管在高温的P型杂质气体中,加热N型锗或硅的单晶片,使单晶片表面的一部变成P型,以此法PN结。
因PN结正向电压降小,适用于大电流整流。
最近,使用大电流整流器的主流已由硅合金型转移到硅扩散型。
5、台面型二极管PN结的制作方法虽然与扩散型相同,但是,只保留PN结及其必要的部分,把不必要的部分用药品腐蚀掉。
其剩余的部分便呈现出台面形,因而得名。
初期生产的台面型,是对半导体材料使用扩散法而制成的。
因此,又把这种台面型称为扩散台面型。
对于这一类型来说,似乎大电流整流用的产品型号很少,而小电流开关用的产品型号却很多。
6、平面型二极管在半导体单晶片(主要地是N型硅单晶片)上,扩散P型杂质,利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用,在N型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的PN结。
因此,不需要为调整PN结面积的药品腐蚀作用。
由于半导体表面被制作得平整,故而得名。
并且,PN结合的表面,因被氧化膜覆盖,所以公认为是稳定性好和寿命长的类型。
最初,对于被使用的半导体材料是采用外延法形成的,故又把平面型称为外延平面型。
对平面型二极管而言,似乎使用于大电流整流用的型号很少,而作小电流开关用的型号则很多。
7、合金扩散型二极管它是合金型的一种。
合金材料是容易被扩散的材料。
把难以制作的材料通过巧妙地掺配杂质,就能与合金一起过扩散,以便在已经形成的PN结中获得杂质的恰当的浓度分布。
此法适用于制造高灵敏度的变容二极管。
8、外延型二极管用外延面长的过程制造PN结而形成的二极管。
制造时需要非常高超的技术。
因能随意地控制杂质的不同浓度的分布,故适宜于制造高灵敏度的变容二极管。
9、肖特基二极管基本原理是:在金属(例如铅)和半导体(N型硅片)的接触面上,用已形成的肖特基来阻挡反向电压。
肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。
其耐压程度只有40V左右。
其特长是:开关速度非常快:反向恢复时间trr特别地短。
因此,能制作开关二极和低压大电流整流二极管。
二、根据用途分类1、检波用二极管就原理而言,从输入信号中取出调制信号是检波,以整流电流的大小(100mA)作为界线通常把输出电流小于100mA的叫检波。
锗材料点接触型、工作频率可达400MHz,正向压降小,结电容小,检波效率高,频率特性好,为2AP型。
类似点触型那样检波用的二极管,除用于检波外,还能够用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。
也有为调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。
2、整流用二极管就原理而言,从输入交流中得到输出的直流是整流。
以整流电流的大小(100mA)作为界线通常把输出电流大于100mA的叫整流。
面结型,工作频率小于KHz,最高反向电压从25伏至3000伏分A~X共22档。
分类如下:①硅半导体整流二极管2CZ型、②硅桥式整流器QL型、③用于电视机高压硅堆工作频率近100KHz的2CLG型。
3、限幅用二极管大多数二极管能作为限幅使用。
也有象保护仪表用和高频齐纳管那样的专用限幅二极管。
为了使这些二极管具有特别强的限制尖锐振幅的作用,通常使用硅材料制造的二极管。
也有这样的组件出售:依据限制电压需要,把若干个必要的整流二极管串联起来形成一个整体。
4、调制用二极管通常指的是环形调制专用的二极管。
就是正向特性一致性好的四个二极管的组合件。
即使其它变容二极管也有调制用途,但它们通常是直接作为调频用。
5、混频用二极管使用二极管混频方式时,在500~10,000Hz的频率范围内,多采用肖特基型和点接触型二极管。
6、放大用二极管用二极管放大,大致有依靠隧道二极管和体效应二极管那样的负阻性器件的放大,以及用变容二极管的参量放大。
因此,放大用二极管通常是指隧道二极管、体效应二极管和变容二极管。
7、开关用二极管有在小电流下(10mA程度)使用的逻辑运算和在数百毫安下使用的磁芯激励用开关二极管。
小电流的开关二极管通常有点接触型和键型等二极管,也有在高温下还可能工作的硅扩散型、台面型和平面型二极管。
开关二极管的特长是开关速度快。
而肖特基型二极管的开关时间特短,因而是理想的开关二极管。
2AK型点接触为中速开关电路用;2CK型平面接触为高速开关电路用;用于开关、限幅、钳位或检波等电路;肖特基(SBD)硅大电流开关,正向压降小,速度快、效率高。
8、变容二极管用于自动频率控制(AFC)和调谐用的小功率二极管称变容二极管。
日本厂商方面也有其它许多叫法。
通过施加反向电压,使其PN结的静电容量发生变化。
因此,被使用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等用途。
通常,虽然是采用硅的扩散型二极管,但是也可采用合金扩散型、外延结合型、双重扩散型等特殊制作的二极管,因为这些二极管对于电压而言,其静电容量的变化率特别大。
结电容随反向电压VR变化,取代可变电容,用作调谐回路、振荡电路、锁相环路,常用于电视机高频头的频道转换和调谐电路,多以硅材料制作。
9、频率倍增用二极管对二极管的频率倍增作用而言,有依靠变容二极管的频率倍增和依靠阶跃(即急变)二极管的频率倍增。
频率倍增用的变容二极管称为可变电抗器,可变电抗器虽然和自动频率控制用的变容二极管的工作原理相同,但电抗器的构造却能承受大功率。
阶跃二极管又被称为阶跃恢复二极管,从导通切换到关闭时的反向恢复时间trr短,因此,其特长是急速地变成关闭的转移时间显著地短。
如果对阶跃二极管施加正弦波,那么,因tt(转移时间)短,所以输出波形急骤地被夹断,故能产生很多高频谐波。
10、稳压二极管是代替稳压电子二极管的产品。
被制作成为硅的扩散型或合金型。
是反向击穿特性曲线急骤变化的二极管。