二极管工作原理1

整流二极管工作原理是什么?A.半导体的基本知识多数现代电子器件是由性能介于导体与绝缘体之间的半导体材料制成的。

为了从电路的观点理解这些器件的性能，首先必须从物理的角度了解它们是如何工作的。

一、半导体材料从导电性能上看，物质材料可分为三大类：导体：电阻率ρ< 10-4 ，电阻变小。

这时的外加电压称为正向电压或正向偏置电压用VF表示。

在VF作用下，通过PN结的电流称为正向电流IF。

外加正向电压的电路如图所示。

2、外加反向电压当PN结外加反向电压时，外电场与内电场的方向相同，内电场变强，结果使空间电荷区（PN结）变宽, 同时空间电荷区中载流子的浓度减小，电阻变大。

这时的外加电压称为反向电压或反向偏置电压用VR表示。

在VR作用下，通过PN结的电流称为反向电流IR或称为反向饱和电流IS。

如下图所示。

3、PN结的伏安特性根据理论分析，PN结的伏安特性可以表达为：式中iD为通过PN结的电流，vD为PN结两端的外加电压；VT为温度的电压当量=kT/q=T/11600=0.026V，其中k为波尔慈曼常数（1.38×10-23J/K），T为绝对温度（300K），q为电子电荷（1.6×10-19C）；e为自然对数的底；IS为反向饱和电流。

整流二极管工作原理C. 半导体二极管的结构半导体二极管按其结构的不同可分为点接触型和面接触型两类。

点接触型二极管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，如图2.7所示。

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，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，最大整流电流为16mA，最高工作频率为15OMHz。

面接触型或称面结型二极管的PN结是用合金法或扩散法做成的，其结构如图2.7 所示。

由于这种二极管的PN结面积大，可承受较大的电流，但极间电容也大。

这类器件适用于整流，而不宜用于高频电路中。

如2CPl为面接触型硅二极管，最大整流电流为40OmA，最高工作频率只有3kHz。

图2.7中的硅工艺平面型二极管结构图，是集成电路中常见的一种形式。

代表二极管的符号也在图2.7中示出。

部分二极管实物如图2.8所示。

整流二极管工作原理d 、二极管的伏安特性:实际。

由图可以看出，二极管的V-I特性和PN结的V-I特性(图2.6)基本上是相同的。

下面对二极管V-I特性分三部分加以说明:1、正向特性：二极管外加正向偏置电压时的V-I特性对应于图2.9（b）的第①段为正向特性，此时加于二极管的正向电压只有零点几伏，但相对来说流过管子的电流却很大，因此管子呈现的正向电阻很小。

但是，在正向特性的起始部分，由于正向电压较小，外电场还不足以克服PN结的内电场，因而这时的正向电流几乎为零，二极管呈现出一个大电阻，好像有一个门坎。

硅管的门坎电压Vth(又称死区电压)约为0·5V，锗管的Vth约为0·lV，当正向电压大于Vth时，内电场大为削弱，电流因而迅速增长。

2、反向特性：二极管外加反向偏置电压时的V-I特性P型半导体中的少数载流子（电子）和N型半导体中的少数载流子（空穴），在反向电压作用下很容易通过PN结，形成反向饱和电流。

但由于少数载流子的数目很少，所以，一般硅管的反向电流比锗管小得多，其数量级为：硅管nA级，锗管大mA级。

温度升高时，由于少数载流子增加，反向电流将随之急剧增加。

3、反向击穿特性：二极管击穿时的V-I特性当增加反向电压时，因在一定温度条件下，少数载流子数目有限，故起始一段反向电流没有多大变化，当反向电压增加到一定大小时，反向电流剧增，这叫做二极管的反向击穿，对应于图2.9的第③段，其原因与PN结击穿相同。

整流二极管的原理测试整流二极管主要测试晰度和色彩还原性、照度、逆光补偿，其次是测其整流二极管失真、耗电量、最低工作电压，下面先把清晰度和色彩还原性以及照度、逆光补偿的测量步骤先介绍一下。

1 ．清晰度的测量：多个整流二极管进行测试时，应使用相同镜头，（推荐使作定焦、二可变镜头），以测试卡中心圆出现在监视器屏幕的左右边为准，清晰准确的数出已给的刻度线共10 组垂直线和10 组水平线。

分别代表着垂直清晰度和水平清晰度，并相应的一组已给出了线数。

如垂直350 线水平800 线，此时最好用黑白整流二极管。

测试时可在远景物聚焦，也可边测边聚焦。

最好能两者兼用，可看出此整流二极管的差异（对远近会聚）。

2 ．整流二极管彩色还原性的测试：测试此参数应选好的彩色监视器。

首先远距离观察人物、服饰，看有无颜色失真，拿色彩鲜明的物体对比，看整流二极管反应灵敏度，拿彩色画册放在整流二极管前，看画面勾勒得清晰程度，过淡或过浓，再次应对运动的彩色物体进行摄像，看有无彩色拖尾、延滞、模糊等。

测试条件如此整流二极管最代照度在50V 时应在50+10V 照度情况下测量，即每整流二极管最代照度基础上加十伏，且光圈应保持最接近状态。

3 ．照度：将整流二极管置于暗室，暗室前后为有源220V 自炽灯，处设调压器，以调压器调节电压高代来调节暗室内灯的明暗，电压可以从0V 调到250V 。

室内光照也可从最暗调至最明，测试时把整流二极管光圈均开至最大时记录下一个最低照度值（把有源灯用调压器调暗至看不清暗室内置画面）再把光圈打至最小再记录下一个最低照度值，也可前后灯分别调压明灭。

4 ．整流二极管逆光补偿：测试此参数有两种方法：一种是在暗室内，把整流二极管前侧调压灯打开，调至最亮时，然后在灯的下方放置一图画或文字，把整流二极管迎光摄像，看图像和文字能否看清，画面刺不刺眼，并调节AL 、AX 拔档开关，看有无变化，哪种效果最好。

另一种是在阳光充足的情况下把整流二极管向窗外照，此时看图像和文字能否看清楚。

5 ．整流二极管失真：看整流二极管失真把测试卡置于整流二极管前端使整个球体出现在屏幕上，看圆球形有无椭圆，把摄像机前移，看圆中心有无放大，再远距离测试边、角、框有无弧形失真等。

6 ．整流二极管耗电量：最低工作电压，使用万用表测量电流，使用小稳压器调节电压看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。

（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。