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電子元件家族當中,有一種只允許電流由單一方向流過,具有兩個電極的元件,稱為二極管,英文是“Diode”,是現代電子產業的基石。
晶體二極管
又稱半導體二極管。1947年,美國人發明。在半導體二極管內部有一個PN結和兩個引出端。
這種電子器件按照外加電壓的方向,具備單向電流的傳導性。現今最普遍的二極管大多是使用半導體材料如硅或鍺。
晶體二極管結構
晶體二極管的核心是PN結,關于PN結首先要了解三個概念。
·本征半導體:指不含任何摻雜元素的半導體,如純硅晶片或純鍺晶片。
·P型半導體:摻雜了產生空穴的含較低電價雜質的半導體,如在本征半導體中Si(4+)中摻入Al(3+)的半導體。
·N型半導體:摻雜了產生空穴的含較低電價雜質的半導體,如在本征半導體中硅Si(4+)中摻入磷P(5+)的半導體。
由P型半導體和N型半導體相接觸時,就產生一個獨特的PN結界面,在界面的兩側形成空間電荷層,構成自建電場。
當外加電壓等于零時,由于PN結兩邊載流子的濃度差引起擴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,這也是常態下的PN結。
以PN結為核心結構,加上引線或引腳形成單向導電的二極管。
當外加電壓方向由P極指向N極時,導通。
二極管的主要參數
最大整流電流IF:最大平均值,最大反向工作電壓UR:最大瞬時值 反向電流 IR:即IS
1. 最大反向峰值電壓VRM 即使沒有反向電流,只要不斷地提高反向電壓,遲早會使二極管損壞。這種能加上的反向電壓,不是瞬時電壓,而是反復加上的正反向電壓。 因給整流器加的是交流電壓,它的最大值是規定的重要因子。
2. 最大直流反向電壓VR 上述最大反向峰值電壓是反復加上的峰值電壓,VR是連續加直流電壓時的值。指二極管的使用時所允許加的最大反向電壓,超過此值二極管就有發生反向擊穿的危險。通常取反向擊穿電壓的一半作為VR。用于直流電路,最大直流 反向電壓對于確定允許值和上限值是很重要的。
3. 最大浪涌電流Isurge 允許流過的過量的正向電流。它不是正常電流,而是瞬間電流,這個值相當大。
4. 最大平均整流電流IO 在半波整流電路中,流過負載電阻的平均整流電流的最大值。這是設計時非常重要的值。指二極管長期運行時允許通過的最大正向平均電流,它是由PN結的結面積和外界散熱條件決定的。實際應用時,二極管的平均電流不能超過此值,并要滿足散熱條件,否則會燒壞二極管。
5. 最大交流輸入電壓VI 在半波整流電路(電阻負荷)上加的正弦交流電壓的有效值。這也是選擇整流器時非常重要的參數。 最大峰值正向電流IFM 正向流過的最大電流值,這也是設計整流電路時的重要參數。
晶體二極管分類
晶體二極管可按材料不同和PN結結構不同,進行分類。
01點接觸型二極管
點接觸型二極管是在鍺或硅材料的單晶片上壓觸一根金屬針后,再通過電流法而形成的。
其PN結的靜電容量小,適用于高頻電路。因為構造簡單,所以價格便宜。對于小信號的檢波、整流、調制、混頻和限幅等一般用途而言,它是應用范圍較廣的類型。與面結型相比較,點接觸型二極管正向特性和反向特性都差,因此不能使用于大電流和整流。
制作工藝:將細鋁絲的一端接在陽極引線上,另一端壓在摻雜過的N型半導體上。加上電壓后,細鋁絲在接觸點處融化并滲入融化部分的中。這樣,接觸點實際上是P型半導體,并附著在N型半導體上形成PN結。
02面接觸型二極管
面接觸型二極管的“PN結”面積較大,允許通過較大的電流(幾安到幾十安),主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。面接觸型晶體二極管比較適用于大電流開關。
平面型二極管
平面型二極管是一種特制的硅二極管,得名于半導體表面被制作得平整。最初,對于被使用的半導體材料是采用外延法形成的,故又把平面型稱為外延平面型。
在半導體單晶片(主要地是N型硅單晶片)上,擴散P型雜質,利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用,在N型硅單晶片上僅選擇性地擴散一部分而形成的PN結。因PN結合的表面被氧化膜覆蓋,穩定性好和壽命長。
它不僅能通過較大的電流,而且性能穩定可靠,多用于開關、脈沖及高頻電路中。
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