二极管的工作原理

二极管工作原理及其主要应用

摘要 几乎在所有的电子电路中,都要用到半导体二极管,半导体二极管在电路中能起到保护电路、延长电路寿命等作用。经过多年来科学家们不懈努力,半导体二极管发光的应用已逐步得到推广,目前发光二极管广泛应用于各种电子产品的指示灯、光纤通信用光源、各种仪表的指示器以及照明。

关键词 半导体二极管;电子产品;pn结;发光二极管

中图分类号 tn31文献标识码 a 文章编号

1674-6708(2010)19-0045-02

0 引言

在当今社会随着人们对电子产品的需求不断增加,二极管的优点也日益突出,几乎现在所有的电子电路中,都需要用到半导体二极管,它是诞生最早的半导体器件之一,其应用非常的广泛,在很多领域都起着不可取代的作用。如今,二极管的更新使电子产品日益优化,给人们的生活提供了很多帮助。

1 二极管工作原理

二极管的主要原理就是利用pn结的单向导电性,在pn结上加上引线和封装就成了一个二极管。

1)首先对pn结的形成作一些简要简要介绍

p型半导体是在本征半导体(一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体)掺入少量三价元素杂质,如硼等,因硼原子只有三个价电子,它与周围的硅原子形成共价键,因缺少一个电子,在晶体中便产生一个空位,当相邻共价键上的电子获得能量时就有可能填补这个空位,使硼原子成了不能移动的负离子,而原来的硅原子的共价键则因缺少一个电子,形成了空穴,但整个半导体仍呈中性。

这种p型半导体中以空穴导电为主,空穴为多数载流子,自由电子为少数载流子。

n型半导体形成的原理和p型原理相似。在本征半导体中掺入五价原子,如磷等。掺入后,它与硅原子形成共价键,产生了自由电子。在n型半导体中,电子为多数载流子,空穴为少数载流子。

因此,在本征半导体的两个不同区域掺入三价和五价杂质元素,便形成了p型区和n型区,根据n型半导体和p型半导体的特性,可知在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差异,电子和空穴都要从浓度高的区域向浓度低的区域扩散,它们的扩散使原来交界处的电中性被破坏。

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=

二级管工作原理（PN结原理）学习

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前面已经写了两篇介绍放大器应用和MOSFET作驱动的文章：常规放大电路和差分放大电路和MOSFET使用与H桥驱动问题。但是对它们的工作原理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。

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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。

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快速开关二极管的工作原理：

以BAV99W为例。

原理分析：

开关二极管的开关作用是利用二极管的单向导电特性来完成的，在给二极管加正向偏压时，处于导通状态，在加反向偏压时处于截止状态，在电路中起到接通电流、关断电流的作用。即开关作用。

为能使二极管的开关特性更好，可通过制作工艺，使其正向电阻特小，反向电阻特大，以提高其开关速度。如2CK70型开关二极管的开关时间为3ns。通过上面的图片我们可以看到BAV99W的反向恢复时间为6ns。

开关二极管有一个很重要的参数反向恢复时间。它是指开关二极管从导通到截止所需要的时间。此时间越短越好。另外，开关二极管从截止到导通所需的时间称为开通时间。开通时间与反向恢复时间的和称为开关时间，由于反向恢复时间远大于开通时间，所以一般的参数手册中只给出反向恢复时间。

由于开关二极管具有开关速度快、寿命长、无触点、体积小、可靠性高等特点，所以被广泛用于各种自控电路、通信电路、仪器仪表电路、家用电脑电路和电视机、影碟机、录像机等电路中。

开关二极管分为普通开关二极管、高速开关二极管、超高速开关二极管、低功率开关二极管、硅电压开关二极管、高反压开关二极管等多种。