一站式电子元器件采购平台

华强商城公众号

一站式电子元器件采购平台

元器件移动商城,随时随地采购

华强商城M站

元器件移动商城,随时随地采购

半导体行业观察第一站!

芯八哥公众号

半导体行业观察第一站!

专注电子产业链,坚持深度原创

华强微电子公众号

专注电子产业链,
坚持深度原创

电子元器件原材料采购信息平台

华强电子网公众号

电子元器件原材料采购
信息平台

二极管是什么?其结构及电路符号、伏安特性曲线、工作原理解析及常见问题汇总

来源:华强商城 发布时间:2022-06-06

摘要: 二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子元器件 ,它最大的特性就是单向导电,也就是电流只可以从二极管的一个方向流过 ,二极管的导通和截止相当于开关的接通与断开。二极管的应用也是非常广泛,无论是在常见的收音机电路还是在其他的家用电器产品或工业控制电路中,都可以找到二极管的踪迹。特别是在各种电子电路中,利用二极管和电阻、电容、电感等元器件进行合理的连接,构成不同功能的电路,可以实现对交流电整流、对调制信号检波、限幅和钳位以及对电源电压的稳压等多种功能。下文中将详细介绍二极管是什么,包括其结构及电路符号、工作原理、伏安特性曲线、及常见问题汇总等。

二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子元器件 ,它最大的特性就是单向导电,也就是电流只可以从二极管的一个方向流过 ,二极管的导通和截止相当于开关的接通与断开。二极管的应用也是非常广泛,无论是在常见的收音机电路还是在其他的家用电器产品或工业控制电路中,都可以找到二极管的踪迹。特别是在各种电子电路中,利用二极管和电阻、电容、电感等元器件进行合理的连接,构成不同功能的电路,可以实现对交流电整流、对调制信号检波、限幅和钳位以及对电源电压的稳压等多种功能。下文中将详细介绍二极管是什么,包括其结构及电路符号、工作原理、伏安特性曲线、及常见问题汇总等。

 

二极管

二极管是什么?


  二极管(英语:Diode)是电子元件当中,一种具有两个电极的装置,只允许电流由单一方向流过,许多的使用是应用其整流的功能。而变容二极管(Varicap Diode)则用来当作电子式的可调电容器。大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为“整流(Rectifying)”功能。二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过(称为顺向偏压),反向时阻断 (称为逆向偏压)。因此,二极管可以想成电子版的逆止阀。


二极管的结构及电路符号介绍


  二极管由管芯、管壳和两个电极构成。管芯就是一个PN结,在PN结的两端各引出一个引线,并用塑料、玻璃或金属材料作为封装外壳,就构成了晶体二极管,如下图所示。P区的引出的电极称为正极或阳极,N区的引出的电极称为负极或阴极。

二极管的结构示意图及电路符号

  二极管的结构示意图及电路符号


 二极管的工作原理解析


  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。pn结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。


二极管的伏安特性曲线


  半导体二极管的核心是PN结,它的特性就是PN结的特性——单向导电性。常利用伏安特性曲线来形象地描述二极管的单向导电性。

  若以电压为横坐标,电流为纵坐标,用作图法把电压、电流的对应值用平滑的曲线连接起来,就构成二极管的伏安特性曲线,如下图所示(图中虚线为锗管的伏安特性,实线为硅管的伏安特性)。

二极管的伏安特性曲线

  二极管的伏安特性曲线

  下面对二极管伏安特性曲线加以说明:

  1. 二极管的正向特性

  二极管两端加正向电压时,就产生正向电流,当正向电压较小时,正向电流极小(几乎为零),这一部分称为死区,相应的A(A′)点的电压称为死区电压或门槛电压(也称阈值电压),硅管约为0.5V,锗管约为0.1V,如图中OA(OA′)段。

  当正向电压超过门槛电压时,正向电流就会急剧地增大,二极管呈现很小电阻而处于导通状态。这时硅管的正向导通压降约为0.6~0.7V,锗管约为0.2~0.3V,如图中AB(A′B′)段。

  二极管正向导通时,要特别注意它的正向电流不能超过最大值,否则将烧坏PN结。

  2. 二极管的反向特性

  二极管两端加上反向电压时,在开始很大范围内,二极管相当于非常大的电阻,反向电流很小,且不随反向电压而变化。此时的电流称之为反向饱和电流IR,见图中OC(OC′)段。

  3. 二极管的反向击穿特性

  二极管反向电压加到一定数值时,反向电流急剧增大,这种现象称为反向击穿。此时对应的电压称为反向击穿电压,用UBR表示,如图1.11中CD(C′D′)段。

  4. 二极管的温度对特性的影响

  由于二极管的核心是一个PN结,它的导电性能与温度有关,温度升高时二极管正向特性曲线向左移动,正向压降减小;反向特性曲线向下移动,反向电流增大。

  

有关于二极管的常见问题汇总


1. 二极管PN结的反向击穿电压是多少?

采取适当的掺杂工艺,将硅PN结的雪崩击穿电压可控制在8~1000V。而齐纳击穿电压低于5V。在5~8v之间丽种击穿可能同时发生。


2. 二极管PN结的极间电容

PN结的P型和N型两快半导体之间构成一个电容量很小的电容,叫做“极间电容”(如图所示)。由于电容抗随频率的增高而减小。

所以,PN结工作于高频时,高频信号容易被极间电容或反馈而影响PN结的工作。

但在直流或低频下工作时,极间电容对直流和低频的阻抗很大,故一般不会影响PN结的工作性能。

PN结的面积越大,极间电容量越大,影响也约大,这就是面接触型二极管(如整流二极管)和低频三极管不能用于高频工作的原因。

 

3. 二极管、三极管和稳压管是否一样?

不一样,BC结的反向击穿电压低的几十伏,高的数百伏,但有一点是一样的,就是NPN管的BE结反向击穿电压都是6V左右,因此NPN管的BE结可当6V稳压管用。

补充:应该是所有硅材料管(PNP和NPN)的BE结都有反向击穿电压都是6V这特性,利用这特性可鉴别管子的C和E脚,用10K档分别测BC和BE的反向电阻,击穿的是BE结。


4.使用数字万用表如何测试二极管的好坏?

二极管比较容易损坏的元件,其烧坏容易造成线路短路或断路的情况,影响电器正常工作,因此需要掌握测试二极管好坏的方法。

关于如何使用数字万用表,请持续关注我的知乎,这里主要介绍数字万用表测试二极管好坏。

1) 辨别出二极管的正负极,有白线的一端为负极,另一端为正极。

2) 将万用表上的旋钮拨到通断档位,并将红黑表笔插在万用表的正确位置。

3) 将红表笔接二极管正极,黑表笔接负极。然后观察读数,如果满溢(即显示为1),则二极管已坏。若有读数,则交换表笔,若还有读数而不满溢,则二极管坏。

4) 如果是发光二极管,若二极管正常,则可以看到微弱的亮光,长脚为正极。

 


声明:本文观点仅代表作者本人,不代表华强商城的观点和立场。如有侵权或者其他问题,请联系本站修改或删除。

社群二维码

关注“华强商城“微信公众号

调查问卷

请问您是:

您希望看到什么内容: