电子元器件——二极管

 一、半导体基础知识

1. 本征半导体 

电子——空穴对的产生

 

2. 杂质半导体 

N型半导体（电子型半导体）和P型半导体（空穴型半导体）

1）N型半导体

掺入五价杂质元素，杂质原子提供多余的电子。

电子是多数载流子，空穴是少数载流子。

2）P型半导体

掺入三价杂质元素，杂质原子提供空穴。

空穴是多数载流子，电子是少数载流子。

3）PN结

（1）PN结的形成

（2）PN结具有单向导电性

二、半导体二极管

1. 二极管的结构与特性

1）结构

点接触型：PN结面积小，结电容小，适用于高频和小功率，用作高频检波和脉冲开关。

面接触型：PN结面积大，可通过较大的电流，电容效应明显。不能用于高频，常用作低频整流。

2）特性

2. 二极管的主要参数

1）最大整流电流Iғ

最大整流电流是指二极管长时间工作时，允许流过二极管的最大正向平均电流，它由PN结的结面积和散热条件决定。

2）最大反向工作电压Uʀ

它是二极管加反向电压时为防止击穿所取的安全电压，一般将反向击穿电压Uʙʀ的一半定为最大反向工作电压Uʀ。

3）反向电流Iʀ

Iʀ是指二极管加上最大反向工作电压Uʀ时的反向电流。Iʀ越小，二极管的单向导电性就越好。此外，由于反向电流是由少数载流子形成的，所以，温度对Iʀ的影响很大。

4）最高工作频率fᴍ

fᴍ主要由PN结电容的大小决定，结电容越大，则fᴍ就越低。若工作频率超过fᴍ，则二极管的单向导电性就变差，甚至无法使用。

二极管主要是利用其单向导电性，通常用于整流、检波、限幅、元件保护等，在数字电路中常作为开关元件。

三、应用

1. 单相整流电路

2. 滤波电路

将脉动直流电变成较为平滑的直流电，这个过程称为滤波。

滤波电路有电容滤波电路和电感滤波电路。

1）电容滤波电路

 电容滤波电路的优点是结构简单，输出电压较高，纹波较小。

缺点有二条：

1. RL变化时，电容放电的时间常数也变化，输出电压随之变化。
2. 由于电容C的限制，为取得较为平滑的输出电压，RL应取较大的值从而负载电流较小。

[结论]

电容滤波电路适用于负载电流较小，负载变化不大的场合。

2）电感滤波电路

RL越小，RL上的交流分量越小，负载电流较大的场合。

电感滤波电路适用于负载电阻较小，负载电流较大的场合。 

3）其他滤波电路

四、稳压二极管

稳压管是一种用特殊工艺制造的面接触型硅二极管。

1. 稳压管的伏安特性

稳压管工作在反向击穿区，Uz称为稳压值。

2. 稳压管的主要参数

1）稳压值Uᴢ

稳压管在正常工作时管子两端的电压。

2）稳定电流Iᴢ

能使稳压管正常工作的最小电流。I < Iᴢ时稳压效果差。

3）额定功率Pᴢ

稳压管允许的最大平均功率，有的给出最大稳定电流Iᴢᴍ，Pᴢ = Iᴢᴍ Uᴢ。

4）动态电阻rᴢ

rᴢ指稳压管两端电压与电流的变化量之比，定义式为：

5）电压温度系数αᵤ

对于硅稳压管，稳压值在4V以下的，αᵤ为负值，6V以上的，αᵤ为正值，稳压值在4V到6V之间，αᵤ最小，αᵤ一般不超过0.1%/℃。

3. 稳压管稳压电路

五、二极管的作用

1. 防反接

由于二极管的导通压降为0.7V，所以接入电路后会分走一部分电压。

PMOS的优点是压降比较小，所以一般防反接时常采用该方法。

2. 给电感续流

3. 限幅

可以用快恢复二极管代替肖特基二极管，特别是肖特基二极管的耐压都不会很高，在高压场合需要使用快恢复二极管代替肖特基二极管。

常见的快恢复二极管：FR107、FR207、FR307、UF4007等。

六、实物图

常用二极管

• 整流二极管：1N4007        1A 1000V
• 肖特基二极管：1N5408        3A 1000V
• 快恢复二极管：FR107     FR307
• 1N4148

注：本文出自对bilibili 唐老师讲电赛之唐老师讲电子器件（4）二极管 内容的学习笔记。