一、二极管的基本结构
1概念
二极管的结构就是一个PN结,导通后会存在压降(硅管≈0.7V;锗管≈0.3V),其结构就像一个漏斗结构,普通二极管只能单向导通。
注意:
<1>二级管的导通压降会随着电流变大而变大,而不是恒定不变的
<2>二极管两端不能直接接大于二极管导通压降的电压,否则电流会很大,烧毁二极管。
(超过压降的电压会产生比较致命的电流,从而烧坏二极管)
二、单向导电性
1PN结的结构
二极管由两个不同掺杂的半导体材料组成,分别是P型半导体和N型半导体。P型半导体含有大量的“空穴”(正电荷),N型半导体含有大量的自由电子(负电荷)。这两种材料在接触处形成一个叫做PN结的界面。
2正向偏置
当二极管的P极接正电压,N极接负电压时,称为“正向偏置”。在这种情况下,PN结两侧的电场方向促使电子从N型区移动到P型区,同时空穴从P型区移动到N型区。当外加电压足够大时(超过二极管的“正向压降”,通常为0.7V左右),PN结的障碍被克服,电流就能够流过二极管,二极管呈现导通状态。
3反向偏置
当二极管的P极接负电压,N极接正电压时,称为“反向偏置”。这种情况下,外加电压会使PN结处的电场增强,阻止电子和空穴的运动,从而在二极管两端形成一个很大的阻碍电流流动的区域。只有在电压过高时(称为反向击穿电压),二极管才会发生击穿,产生大量电流,但通常反向电流非常小。
三、二极管漏电特性
1概念
二极管反向截止并不代表完全关断,其实会有微弱的漏电流,其中肖特基二极管的漏电流比较大。
2反向电流产生的原因
<1>半导体材料的缺陷
二极管的结是由半导体材料构成的,材料中不可避免的会有一些杂质和缺陷,这些缺陷可以导致载流子的流动,从而产生微小的漏电流。
<2>反向电压的影响
在反向偏置条件下,随着反向电压增大,漏电流通常是非常小的,尤其是在低电压下。但是,在较高的反向电压下,漏电流会逐渐增大,并最终会导致二极管的击穿。
四、二极管的整流功能
1整流基本原理
二极管的整流功能是指它在电路中将交流电转化为直流电的过程。这个功能利用了二极管的单向导电性,简单来说,二极管只允许电流在一个方向流动,而阻止反方向的电流流动。
2半波整流
<1>工作原理
半波整流电路中通常使用一个二极管,将交流电的正半周期通过二极管整流后输出,负半周期则由于二极管不导通而截止。
<2>电路示意图
半波整流输出是单向的脉冲直流,输出电压的波形是一个脉冲波,不能提供平滑的直流电流。
3全波整流
<1>工作原理
全波整流使用两个或更多二极管,能够将交流电的两个半周期都转换成正向电流输出。常见的全波整流电路有桥式整流和中心整流。
<2>桥式整流
在桥式整流中,四个二极管被组成一个桥式结构,能够在交流电的每一个半周期中都将电流方向导向输出端,从而获得相对平稳的直流电压。
五、二极管的钳位功能
1工作原理
二极管的钳位功能依赖它的单向导电性,即二极管在正向偏置时导通,反向偏置时不导通。通过这种特性,二极管可以在电压达到某个阈值时限制电压的升高或降低,从而达到钳位的效果。
<1>正向钳位
当输入电压超过某个阈值时,二极管导通,将电压钳位在某个预定值附近。
<2>反向钳位
当输入电压低于某个阈值时,二极管反向导通,将电压限制在一个负的阈值范围内。
2举例说明
当不存在D3时,A点的电压是2.5V,当存在D3时,A点的电压是0.7V。
六、二极管的反接保护功能
1反接保护功能
因为二极管具有单向导电性,因此在电路中串联一个二极管后,当电源连接正确,电流可以顺利导通,当电源接反可以实现保护电路器件的功能。
注意:二极管在实现反接保护的时候要尽量放在VCC端,而不是GND端,放在GND端,相当于把地给抬高了。
七、稳压二极管
1稳压二极管工作原理
稳压二极管与普通二极管类似,但有一个显著的特点:它在反向偏置下工作时能承受比常规二极管高得多的反向电压。当反向电压达到某个特定值时(即其击穿电压或齐纳电压),二极管会进入 齐纳击穿区,并开始导通。此时,稳压二极管能够维持一个接近齐纳电压的稳定电压,直到反向电压继续增加。
2稳压二极管基本功能
<1>电压稳定
稳压二极管最基本的功能是在反向击穿区域内保持稳定的电压输出。无论输入电压如何波动,当反向电压超过其击穿电压时,稳压二极管会调节其电流,以维持一个恒定的输出电压。
<2>电压调节
稳压二极管常用于电源电路中,以稳定电压。在电压较高的情况下,它能够提供精确的电压调节,保护电路中的其他元件不受过高电压的影响。
<3>过电压保护
稳压二极管还可以用于过电压保护。在电源电压超过规定范围时,稳压二极管进入反向击穿区,将多余的电压消耗掉,从而避免电路组件被高电压损坏。