二極管工作原理，二極管穩(wěn)壓電路解析
信息來源于：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于：2021-11-19
二極管的英文是diode。二極管的正。負(fù)二個(gè)端子，（如圖）一端稱為陽極，一端稱為陰極。電流只能從陽極向陰極方向移動。二極管是由半導(dǎo)體組成的器件。半導(dǎo)體無論那個(gè)方向都能流動電流。
早期的真空電子二極管；它是一種能夠單向傳導(dǎo)電流的電子器件。在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個(gè)PN結(jié)兩個(gè)引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的傳導(dǎo)性。一般來講，晶體二極管是一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體燒結(jié)形成的p-n結(jié)界面。在其界面的兩側(cè)形成空間電荷層，構(gòu)成自建電場。當(dāng)外加電壓等于零時(shí)，由于p-n 結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴(kuò)散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的二極管特性。早期的二極管包含“貓須晶體（“Cat‘s Whisker” Crystals）”以及真空管（英國稱為“熱游離閥（Thermionic Valves）”）?，F(xiàn)今最普遍的二極管大多是使用半導(dǎo)體材料如硅或鍺。
?。?）二極管的正向特性：
在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負(fù)極接在低電位端，二極管就會導(dǎo)通，這種連接方式，稱為正向偏置。當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓很小時(shí)，二極管仍然不能導(dǎo)通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值（這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，鍺二極管約為0.2V，硅二極管約為0.6V）以后，二極管才能直正導(dǎo)通。導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（鍺二極管約為0.3V，硅二極管約為0.7V），稱為二極管的“正向壓降”。
?。?）二極管反向特性：
在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負(fù)極接在高電位端，此時(shí)二極管中幾乎沒有電流流過，此時(shí)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時(shí)，仍然會有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當(dāng)普通二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會急劇增大，二極管將失去單方向?qū)щ娞匦?，二極管會反向熱擊穿而損壞。
?。?）穩(wěn)壓二極管：
穩(wěn)壓二極管是一個(gè)特殊的面接觸型的半導(dǎo)體硅二極管，其伏安特性曲線與普通二極管相似，但反向擊穿曲線比較陡，穩(wěn)壓二極管工作于反向擊穿區(qū)，由于它在電路中與適當(dāng)電陰配合后能起到穩(wěn)定電壓的作用，故稱為穩(wěn)壓管。穩(wěn)壓管反向電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，反向電流很小，當(dāng)反向電壓增高到擊穿電壓時(shí)，反向電流突然猛增，穩(wěn)壓管從而反向擊穿，此后，電流雖然在很大范圍內(nèi)變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓的變化卻相當(dāng)小，利于這一特性，穩(wěn)壓管訪問就在電路到起到穩(wěn)壓的作用了。而且，穩(wěn)壓管與其它普通二極管不同，反向擊穿是可逆性的，當(dāng)去掉反向電壓穩(wěn)壓管又恢復(fù)正常，但如果反向電流超過允許范圍，二極管將會發(fā)熱擊穿而損壞，所以要用電阻限制其電流。
?。?）擊穿：
外加反向電壓超過某一數(shù)值時(shí)，反向電流會突然增大，這種現(xiàn)象稱為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時(shí)二極管失去單向?qū)щ娦?。如果二極管沒有因電擊穿而引起過熱，則單向?qū)щ娦圆灰欢〞挥谰闷茐?，在撤除外加電壓后，其性能仍可恢?fù)，否則二極管就損壞了。因而使用時(shí)應(yīng)避免二極管外加的反向電壓過高。
二極管是一種具有單向?qū)щ姷亩似骷?，有電子二極管和晶體二極管之分，電子二極管現(xiàn)已很少見到，比較常見和常用的多是晶體二極管。二極管的單向?qū)щ娞匦裕瑤缀踉谒械碾娮与娐分?，都要用到半?dǎo)體二極管，它在許多的電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用也非常廣泛。
二極管的管壓降：硅二極管（不發(fā)光類型）正向管壓降0.7V，鍺管正向管壓降為0.3V，發(fā)光二極管正向管壓降會隨不同發(fā)光顏色而不同。主要有三種顏色，具體壓降參考值如下：紅色發(fā)光二極管的壓降為2.0--2.2V，黃色發(fā)光二極管的壓降為1.8—2.0V，綠色發(fā)光二極管的壓降為3.0—3.2V，正常發(fā)光時(shí)的額定電流約為20mA。二極管的電壓與電流不是線性關(guān)系，所以在將不同的二極管并聯(lián)的時(shí)候要接相適應(yīng)的電阻。
二極管工作原理（正向?qū)щ姡聪虿粚?dǎo)電）晶體二極管是一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成了空間電荷層，并且建有自建電場，當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，因?yàn)閜-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)產(chǎn)生正向電壓偏置時(shí)，外界電場與自建電場的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。（也就是導(dǎo)電的原因）當(dāng)產(chǎn)生反向電壓偏置時(shí)，外界電場與自建電場進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍中與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流。（這也就是不導(dǎo)電的原因）晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。
二極管工作原理簡單來說就是PN結(jié)，二極管一端是P也就是空穴型半導(dǎo)體，其中電子不足，有很多缺電子構(gòu)成的“坑”，加電場后，這些坑會移動（其實(shí)是旁邊的電子過來填坑，那個(gè)電子過來之后形成了新的坑）
另一端是N也就是電子型半導(dǎo)體，其中電子略微有點(diǎn)過多，形成了一些可以自由移動的電子，P和N接觸在一起之后，接觸部位的N中的電子會去填P中的坑，形成一個(gè)沒有空穴也沒有電子的層，稱為耗盡，加上正向電壓之后，電場把電子從P的方向朝N趕，這樣填了P中的坑的N的電子會被趕回去，耗盡層消失，此時(shí)可以正常通電，加上反向電壓之后，電場把電子從N的方向朝P趕，這樣更多的坑會被N的電子填掉，耗盡層加厚，產(chǎn)生很厚的一層無法導(dǎo)電的區(qū)域，無法通電。
最簡單的穩(wěn)壓電路由穩(wěn)壓二極管組成如圖所示。從穩(wěn)壓二極管的特性可知，若能使穩(wěn)壓管始終工作在它的穩(wěn)壓區(qū)內(nèi)，則VO.基本穩(wěn)定在Vz左右。
當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí)，若要保持輸出電壓不變，則電阻器R上的壓降應(yīng)增大，即流過R的電流增大。這增大的電流由穩(wěn)壓二極管容納，它的工作點(diǎn)將由b點(diǎn)移到C點(diǎn)，由特性曲線可知此時(shí)Vo≈Vz基本保持不變。
若穩(wěn)壓二級管穩(wěn)壓電路負(fù)載電阻變小時(shí)，要保持輸出電壓不變，負(fù)載電流要變大。由于VI保持不變，則流過電阻R的電流不變。此時(shí)負(fù)載需要增大的電流由穩(wěn)壓管調(diào)節(jié)出來，它的工作點(diǎn)將由b點(diǎn)移到a點(diǎn)。所以，穩(wěn)壓管可認(rèn)為是利用調(diào)節(jié)流過自身的電流大?。ǘ穗妷夯静蛔儯﹣頋M足負(fù)載電流的改變，并和限流電阻R配合將電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化以適應(yīng)電網(wǎng)電壓的變化。
穩(wěn)壓二極管工作原理一種用于穩(wěn)定電壓的單結(jié)二極管。它的伏安特性，穩(wěn)壓二極管符號如圖1所示。結(jié)構(gòu)同整流二極管。加在穩(wěn)壓二極管的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，將可能有大量載流子隧穿偽結(jié)的位壘，形成大的反向電流，此時(shí)電壓基本不變，稱為隧道擊穿。當(dāng)反向電壓比較高時(shí)，在位壘區(qū)內(nèi)將可能產(chǎn)生大量載流子，受強(qiáng)電場作用形成大的反向電流，而電壓亦基本不變，為雪崩擊穿。因此，反向電壓臨近擊穿電壓時(shí)，反向電流迅速增加，而反向電壓幾乎不變。這個(gè)近似不變的電壓稱為齊納電壓（隧道擊穿）或雪崩電壓（雪崩擊穿）。
圖1 穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線
圖2 等效電路理想模式
圖3 理想模式導(dǎo)通狀態(tài)常見的兩種穩(wěn)壓電路接法
圖4 實(shí)際模式導(dǎo)通狀態(tài)
圖5 實(shí)際模式導(dǎo)通狀態(tài)常見的兩種穩(wěn)壓接線電路
穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)
1.Vz— 穩(wěn)定電壓。
指穩(wěn)壓管通過額定電流時(shí)兩端產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓值。該值隨工作電流和溫度的不同而略有改變。由于制造工藝的差別，同一型號穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值也不完全一致。例如，2CW51型穩(wěn)壓管的Vzmin為3.0V， Vzmax則為3.6V。
2.Iz— 穩(wěn)定電流。
指穩(wěn)壓管產(chǎn)生穩(wěn)定電壓時(shí)通過該管的電流值。低于此值時(shí)，穩(wěn)壓管雖并非不能穩(wěn)壓，但穩(wěn)壓效果會變差;高于此值時(shí)，只要不超過額定功率損耗，也是允許的，而且穩(wěn)壓性能會好一些，但要多消耗電能。
3.Rz— 動態(tài)電阻。
指穩(wěn)壓管兩端電壓變化與電流變化的比值。該比值隨工作電流的不同而改變，一般勝作電流愈大，動態(tài)電阻則愈小。例如，2CW7C穩(wěn)壓管的工作電流為5mA時(shí)，Rz為18ω;工作電流為1OmA時(shí)，Rz為8ω;為20mA時(shí)，Rz為2ω ; 》 20mA則基本維持此數(shù)值。
4.Pz— 額定功耗。
由芯片允許溫升決定，其數(shù)值為穩(wěn)定電壓Vz和允許最大電流Izm的乘積。例如2CW51穩(wěn)壓管的Vz為3V，Izm為20mA，則該管的Pz為60mWo
5.Ctv— 電壓溫度系數(shù)。
是說明穩(wěn)定電壓值受溫度影響的參數(shù)。例如2CW58穩(wěn)壓管的Ctv是+0.07%/°C，即溫度每升高1°C，其穩(wěn)壓值將升高0.07%。
6.IR— 反向漏電流。
指穩(wěn)壓二極管在規(guī)定的反向電壓下產(chǎn)生的漏電流。例如2CW58穩(wěn)壓管的VR=1V時(shí)，IR=O.1uA;在VR=6V時(shí)，IR=10uA。
選擇二極管的基本原則：
1.要求導(dǎo)通電壓低時(shí)選鍺管;要求反向電流小時(shí)選硅管。
2.要求導(dǎo)通電流大時(shí)選面結(jié)合型;要求工作頻率高時(shí)選點(diǎn)接觸型。
3.要求反向擊穿電壓高時(shí)選硅管。
4.要求耐高溫時(shí)選硅管。
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