二極管入門知識:二極管結(jié)構(gòu)和工作原理
信息來源于:互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于:2022-12-06
作為汽車電子技術(shù)的開篇,有幾個電子元件是必須要知道的,這就是二極管、三極管、電阻、電容和電感;從這篇文章開始將帶你進(jìn)入精彩的電子世界,你會發(fā)現(xiàn),想像中復(fù)雜、苦燥的電子技術(shù)原來也是很有意思的。慢慢的,你會發(fā)現(xiàn)其中的樂趣和意義所在。
形形色色的二極管
了解二極管前你先要知道什么是半導(dǎo)體、半導(dǎo)體有哪些特性?
在自然界中,根據(jù)材料的導(dǎo)電能力,我們可以將他們劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。 常見的導(dǎo)體如銅和鋁、常見的絕緣體如橡膠、塑料等。什么是半導(dǎo)體呢?半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間,常見的半導(dǎo)體材料有硅(Si)和鍺(Ge)。到此,請記住兩種半導(dǎo)體材料:硅、鍺。因為以后你會聽說硅管、鍺管。意思很明顯,說明這種二極管或三極管是用硅或鍺作為基材的。
半導(dǎo)體硅原子結(jié)構(gòu)圖
半導(dǎo)體有幾個特性有必要了解一下:熱敏性、光敏性和摻雜性;
半導(dǎo)體的熱敏性:半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力受溫度影響較大,當(dāng)溫度升高時,半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力大大增強,被稱為半導(dǎo)體的熱敏性。利用半導(dǎo)體的熱敏性可制成熱敏元件,在汽車上應(yīng)用的熱敏元件有溫度傳感器,如水溫傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器等。
半導(dǎo)體硅的空穴和自由電子示意圖
半導(dǎo)體的光敏性:半導(dǎo)體的導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨光照的不同而不同。當(dāng)光照增強時,導(dǎo)電能力增強,稱為半導(dǎo)體光敏性。利用光敏性可制成光敏元件。在汽車上應(yīng)用的光敏元件有汽車自動空調(diào)上應(yīng)用的光照傳感器。
半導(dǎo)體的摻雜性:當(dāng)在導(dǎo)體中摻入少量雜質(zhì),半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能增加。
什么是本征半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體,有哪些區(qū)別?
本征半導(dǎo)體:純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。
P型半導(dǎo)體:在本征半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量的三價元素硼(B)或鎵,就形成P型半導(dǎo)體。
P型半導(dǎo)體示意圖-空穴是多數(shù)載流子
N型半導(dǎo)體:在本征半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量的五價元素磷(P)就形成N型半導(dǎo)體。
N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子
PN結(jié)和二極管
在半導(dǎo)體硅或鍺中一部分區(qū)域摻入微量的三價元素硼使之成為P型,另一部分區(qū)域摻入微量的五價元素磷使之成為N型半導(dǎo)體。在P型和N型半導(dǎo)體的交界處就形成一個PN結(jié)。一個PN結(jié)就是一個二極管,P區(qū)的引線稱為陽極,N區(qū)的引線稱為陰極。
二極管結(jié)構(gòu)圖:P區(qū)引線成為陽極、N區(qū)引線成為陰極
二極管的單向?qū)щ娦阅?br />
二極管具前單向?qū)щ娦阅埽?br />
?。?)正向?qū)ǎ寒?dāng)PN結(jié)加上正向電壓,即P區(qū)接蓄電池正級,N區(qū)接蓄電池負(fù)極時,PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài),如圖所示,試燈有電流通過,點亮。
二極管正向?qū)ㄊ疽鈭D
注意二極管正向?qū)〞r存在著電壓降,什么意思呢?如果蓄電池電壓是12V,則試燈上的電壓一定小于12V,大約是11.6V吧,哪0.4V在那里呢?在二極管上,這0.4V就是二極管的電壓降。二極管的電壓降取決于二極管采用的是鍺管還是硅管:鍺管的電壓降是0.2V左右;而硅管的電壓降是0.5V左右。如果蓄電池電壓低于二極管正常導(dǎo)通的電壓降,則二極管將不能導(dǎo)通。這個原理的重要性在二極管你可能體會不到,但是到了三極管就顯的非常重要了。
?。?)反向截止:當(dāng)PN結(jié)加上反正電壓,即P區(qū)接蓄電池負(fù)極,N區(qū)接蓄電池正極時,PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài),如圖所示,試燈沒有電流通過,不能點亮。
二極管反向截止示意圖
二極管接反向電壓時,存在著一個耐壓的問題:如果加在二極管的反向電壓過高,二極管受不了,就會擊穿,此時二極管不在處于截止?fàn)顟B(tài),而是處于導(dǎo)通狀態(tài)。如果我們設(shè)定一個擊穿電壓,當(dāng)達(dá)到反向擊穿電壓時,二極管會擊穿導(dǎo)通。如果現(xiàn)在電壓又小于了擊穿電壓,二極管會怎么樣?對于普通二極管,此時還會處于導(dǎo)通狀態(tài),這意味著二極管已經(jīng)失去了反向截止的作用了。后面會提到一種穩(wěn)壓二極管,我們設(shè)定一個擊穿電壓,當(dāng)達(dá)到反向擊穿電壓時,二極管會擊穿導(dǎo)通。如果現(xiàn)在電壓又小于了擊穿電壓,二極管恢復(fù)到截止?fàn)顟B(tài)。
解讀二極管的伏安特性曲線
了解了二極管的結(jié)構(gòu)和作用原理后,有一個曲線:二極管的伏安特性曲線;我想大家需要了解一下。伏安特性曲線是加在二極管的的電壓(單位是伏)和二極管電流(單位是安)的關(guān)系曲線。
在這個二極管的伏安特性曲線上,可以分為正向特性和反向特性兩部分來看,并能從中反映出二極管的幾個重要的工作參數(shù):
二極管的正向伏安特性曲化分析
二極管的正向特性:二極管兩端加載正向電壓;當(dāng)電壓低于0.5V(硅管)時,流通電流為0,此時0.5V的電壓稱為死區(qū)電壓;當(dāng)電壓高于死區(qū)電壓時,二極管導(dǎo)通,此時二極管上存在著約0.5V的電壓降。
在二極管加正向電壓時,可以看出二極管的兩個重要的參數(shù):
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二極管的反向伏安特性曲化分析
二極管的反向特性:二極管兩端加載反向電壓;當(dāng)電壓低于20V時(圖中所示),二極管雖然截止,但是仍有很小的反向漏電流;當(dāng)電壓大于20V后,反向電壓擊穿二極管,電流會迅速增大。
在二極管加反向電壓時,可以看出二極管的兩個重要的參數(shù):
?。ǎ常?反向漏電流:越小越好;
?。ǎ矗┓聪驌舸╇妷海憾O管用于整流時,必須考慮