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行業資訊

二極管的工作原理和特性

晶體二極管為一個由p型半導體和n型半導體形成的pn結,在其界面處兩側形成空間電荷層,并建有自建電場。當不存在外加電壓時,由于pn結兩邊載流子濃度差引起的擴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。當外界有正向電壓偏置時,外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當外界有反向電壓偏置時,外界電場和自建電場進一步加強,形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流I0。當外加的反向電壓高到一定程度時,pn結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載流子的倍增過程,產生大量電子空穴對,產生了數值很大的反向擊穿電流,稱為二極管的擊穿現象。pn結的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。


  二極管的特性

  正向性:二極管外加正向電壓時,在正向特性的起始部分,正向電壓很小,不足以克服PN結內電場的阻擋作用,正向電流幾乎為零,這一段稱為死區。這個不能使二極管導通的正向電壓稱為死區電壓。當正向電壓大于死區電壓以后,PN結內電場被克服,二極管正向導通,電流隨電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流范圍內,導通時二極管的端電壓幾乎維持不變,這個電壓稱為二極管的正向電壓。當二極管兩端的正向電壓超過一定數值,內電場很快被削弱,特性電流迅速增長,二極管正向導通。叫做門坎電壓或閾值電壓,硅管約為0.5V,鍺管約為0.1V。硅二極管的正向導通壓降約為0.6~0.8V,鍺二極管的正向導通壓降約為0.2~0.3V。

  反向性:外加反向電壓不超過一定范圍時,通過二極管的電流是少數載流子漂移運動所形成反向電流。由于反向電流很小,二極管處于截止狀態。這個反向電流又稱為反向飽和電流或漏電流,二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。一般硅管的反向電流比鍺管小得多,小功率硅管的反向飽和電流在nA數量級,小功率鍺管在μA數量級。溫度升高時,半導體受熱激發,少數載流子數目增加,反向飽和電流也隨之增加。

  擊穿:外加反向電壓超過某一數值時,反向電流會突然增大,這種現象稱為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時二極管失去單向導電性。如果二極管沒有因電擊穿而引起過熱,則單向導電性不一定會被永久破壞,在撤除外加電壓后,其性能仍可恢復,否則二極管就損壞了。因而使用時應避免二極管外加的反向電壓過高。

  二極管是一種具有單向導電的二端器件,有電子二極管和晶體二極管之分,電子二極管因為燈絲的熱損耗,效率比晶體二極管低,所以現已很少見到,比較常見和常用的多是晶體二極管。二極管的單向導電特性,幾乎在所有的電子電路中,都要用到半導體二極管,它在許多的電路中起著重要的作用,它是誕生最早的半導體器件之一,其應用也非常廣泛。

  二極管的管壓降:硅二極管(不發光類型)正向管壓降0.7V,鍺管正向管壓降為0.3V,發光二極管正向管壓降會隨不同發光顏色而不同。主要有三種顏色,具體壓降參考值如下:紅色發光二極管的壓降為2.0--2.2V,黃色發光二極管的壓降為1.8—2.0V,綠色發光二極管的壓降為3.0—3.2V,正常發光時的額定電流約為20mA。