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二極體是由一個PN結構成的半導體器件,即將一個PN結加一兩條電極引線做成管芯,並用管殼封裝而成。P型區的引出線稱為正極或陽極,N型區的引出線稱為負極或陰極,如圖1所示。普通二極體有硅管或鍺管兩種,它們的正嚮導通電壓(PN結電壓)差別較大,鍺管為0.2~0.3V,硅管為0.6~0.7V。

1 普通二極體 -點接觸型二極體

點接觸型二極體(如圖2所示)是由一根很細的金屬觸絲(如三價元素鋁)和一塊半導體(如鍺)的表面接觸,然後在正方向通過很大的瞬時電流,使觸絲和半導體牢固地熔接在一起,三價金屬與鍺結合構成PN結,並做出相應的電極引線,外加管殼密封而成。金屬絲為正極,半導體薄片為負極。

由於點接觸型二極體金屬絲很細,形成的PN結面積很小,所以極間電容很小,同時,也不能承受高的反向電壓和大的電流。這種類型的管子適於做高頻檢波和脈衝數字電路里的開關元件,也可用來作小電流整流。如2APl是點接觸型鍺二極體,最大整流電流為16mA,最高工作頻率為15OMHz。

2 普通二極體 -面接觸二極體

普通二極體普通二極體

面接觸二極體(如圖3所示)是利用擴散、多用合金及外延等摻雜方法,實現P型半導體和N型半導體直接接觸而形成PN結的。 

面接觸二極體PN結的接觸面積大,可以通過較大的電流,適用於大電流整流電路或在脈衝數字電路中作開關管。因其結電容相對較大,故只能在較低的頻率下工作,在集成電路中可作電容用。如2CPl為面接觸型硅二極體,最大整流電流為40OmA,最高工作頻率只有3kHz。 

3 普通二極體 -二極體的伏安特性

普通二極體普通二極體

二極體的伏安特性曲線

半導體二極體最重要的特性是單嚮導電性。即當外加正向電壓時,它呈現的電阻(正向電阻)比較小,通過的電流比較大,當外加反向電壓時,它呈現的電阻(反向電阻)很大,通過的電流很小(通常可以忽略不計)。反映二極體的電流隨電壓變化的關係曲線,叫做二極體的伏安特性,如圖5所示。

(1)正向特性

當外加正向電壓時,隨著電壓U的逐漸增加,電流I也增加。但在開始的一段,由於外加電壓很低。外電場不能克服PN結的內電場,半導體中的多數載流子不能順利通過阻擋層,所以這時的正向電流極小(該段所對應的電壓稱為死區電壓,硅管的死區電壓約為0~0.5伏,鍺管的死區電壓約為0~0.2伏)。當外加電壓超過死區電壓以後,外電場強於PN結的內電場,多數載流子大量通過阻擋層,使正向電流隨電壓很快增長。

即:當V>0,二極體處於正向特性區域。正向區又分為兩段:

當0<V<Vth時,正向電流為零,Vth稱為死區電壓或開啟電壓。

當V>Vth時,開始出現正向電流,並按指數規律增長。

(2)反向特性

當外加反向電壓時,所加的反向電壓加強了內電場對多數載流子的阻擋,所以二極體中幾乎沒有電流通過。但是這時的外電場能促使少數載流子漂移,所以少數載流子形成很小的反向電流。由於少數載流子數量有限,只要加不大的反向電壓就可以使全部少數載流子越過PN結而形成反向飽和電流,繼續升高反向電壓時反向電流幾乎不再增大。當反向電壓增大到某一值(曲線中的D點)以後,反向電流會突然增大,這種現象叫反向擊穿,這時二極體失去單嚮導電性。所以一般二極體在電路中工作時,其反向電壓任何時候都必須小於其反向擊穿時的電壓。

即:當V<0時,二極體處於反向特性區域。反向區也分兩個區域:

當VBR<V<0時,反向電流很小,且基本不隨反向電壓的變化而變化,此時的反向電流也稱反向飽和電流IS。

當V≥VBR時,反向電流急劇增加,VBR稱為反向擊穿電壓。

在反向區,硅二極體和鍺二極體的特性有所不同。硅二極體的反向擊穿特性比較硬、比較陡,反向飽和電流也很小;鍺二極體的反向擊穿特性比較軟,過渡比較圓滑,反向飽和電流較大。從擊穿的機理上看,硅二極體若|VBR|≥7 V時,主要是雪崩擊穿;若VBR≤4 V則主要是齊納擊穿,當在4 V~7 V之間兩種擊穿都有,有可能獲得零溫度係數點。

4 普通二極體 -二極體的主要參數

半導體二極體的參數包括最大整流電流IF、反向擊穿電壓VBR、最大反向工作電壓VRM、反向電流IR、最高工作頻率fmax和結電容Cj等。幾個主要的參數介紹如下:

1、最大整流電流IF:是指管子長期運行時,允許通過的最大正向平均電流。因為電流通過PN結要引起管子發熱,電流太大,發熱量超過限度,就會使PN結燒壞。例如2APl最大整流電流為16mA。

2、反向擊穿電壓VBR:指管子反向擊穿時的電壓值。擊穿時,反向電流劇增,二極體的單嚮導電性被破壞,甚至因過熱而燒壞。一般手冊上給出的最高反向工作電壓約為擊穿電壓的一半,以確保管子安全運行。例如2APl最高反向工作電壓規定為2OV, 而反向擊穿電壓實際上大於40V。

3、反向電流IR:指管子末擊穿時的反向電流, 其值愈小,則管子的單嚮導電性愈好。由於溫度增加,反向電流會急劇增加,所以在使用二極體時要注意溫度的影響。

4、正向壓降VD:在規定的正向電流下,二極體的正向電壓降。小電流硅二極體的正向壓降在中等電流水平下,約0.6~0.8V;鍺二極體約0.2~0.3V。

5、動態電阻rd:反映了二極體正向特性曲線斜率的倒數。顯然,rd與工作電流的大小有關,即:rd=△VD/△ID。

6、極間電容CJ:二極體的極間電容包括勢壘電容和擴散電容,在高頻運用時必須考慮結電容的影響。二極體不同的工作狀態,其極間電容產生的影響效果也不同。

二極體的參數是正確使用二極體的依據,一般半導體器件手冊中都給出不同型號管子參數。使用時,應特別注意不要超過最大整流電流和最高反向工作電壓,否則將容易損壞管子。

5 普通二極體 -半導體二極體的溫度特性

溫度對二極體的性能有較大的影響,溫度升高時,反向電流將呈指數規律增加,如硅二極體溫度每增加8℃,反向電流將約增加一倍;鍺二極體溫度每增加12℃,反向電流大約增加一倍。另外,溫度升高時,二極體的正向壓降將減小,每增加1℃,正向壓降VD大約減小2 mV,即具有負的溫度係數。這些可以從圖01.13所示二極體的伏安特性曲線上看出。

6 普通二極體 -半導體二極體的型號

國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下:

 普通二極體


用數字代表同類型器件的不同型號用字母代表器件的類型,P代表普通管用字母代表器件的材料,A代表N型Ge.B代表P型Ge,C代表N型Si,D代表P型Si 2代表二極體,3代表三極體.

7 普通二極體 -普通二極體的檢測

普通二極體

 普通二極體(包括檢波二極體、整流二極體、阻尼二極體、開關二極體、續流二極體)是由一個PN結構成的半導體器件,具有單嚮導電特性。通過用萬用表檢測其正、反向電阻值,可以判別出二極體的電極,還可估測出二極體是否損壞。

(1)極性的判別

將萬用表置於R×100檔或R×1k檔,兩表筆分別接二極體的兩個電極,測出一個結果后,對調兩表筆,再測出一個結果。兩次測量的結果中,有一次測量出的阻值較大(為反向電阻),一次測量出的阻值較小(為正向電阻)。在阻值較小的一次測量中,黑表筆接的是二極體的正極,紅表筆接的是二極體的負極。

(2)單負導電性能的檢測及好壞的判斷

通常,鍺材料二極體的正向電阻值為1kΩ左右,反向電阻值為300左右。硅材料二極體的電阻值為5kΩ左右,反向電阻值為(無窮大)。正向電阻越小越好,反向電阻越大越好。正、反向電阻值相差越懸殊,說明二極體的單嚮導電特性越好。

若測得二極體的正、反向電阻值均接近0或阻值較小,則說明該二極體內部已擊穿短路或漏電損壞。若測得二極體的正、反向電阻值均為無窮大,則說明該二極體已開路損壞。

(3)反向擊穿電壓的檢測

二極體反向擊穿電壓(耐壓值)可以用晶體管直流參數測試表測量。其方法是:測量二極體時,應將測試表的「NPN/PNP」選擇鍵設置為NPN狀態,再將被測二極體的正極接測試表的「C」插孔內,負極插入測試表的「e」插孔,然後按下「V(BR)」鍵,測試表即可指示出二極體的反向擊穿電壓值。

也可用兆歐表和萬用表來測量二極體的反向擊穿電壓、測量時被測二極體的負極與兆歐表的正極相接,將二極體的正極與兆歐表的負極相連,同時用萬用表(置於合適的直流電壓檔)監測二極體兩端的電壓。如圖7所示,搖動兆歐表手柄(應由慢逐漸加快),待二極體兩端電壓穩定而不再上升時,此電壓值即是二極體的反向擊穿電壓。

8 普通二極體 -與穩壓二極體的主要區別

第一,二極體一般在正向電壓下人作,穩壓管則在反向擊穿狀態下工作,二者用法不同;第二,普通二極體的反向擊穿電壓一般在 40V以上,高的可達幾百伏至上千伏,而且在伏安特性曲線反向擊穿的一段不陡,即反向擊穿電壓的範圍較大,動態電阻也比較大。對於穩壓管,當反向電壓超過其工作電壓Vz(亦稱齊納電壓或穩定電壓)時,反向電流將突然增大,而器件兩端的電壓基本保持恆定。對應的反向伏安特性曲線非常陡,動態電阻很小。穩壓管可用作穩壓器、電壓基準、過壓保護、電平轉換器等。本書用Dz符號表示穩壓管。 

穩壓管分低壓、高壓兩種。低壓穩壓管的Vz值一般在40V以下,高壓穩壓管最高可達200V。過去國產穩壓管均採用金屬殼封裝,不僅體積大,而且價格高。近年來來全系列玻封存穩壓管大量問世,其優點是規格齊全(Vz=2.4~200V)、穩壓特性好、體積小巧(採用DO-35封裝,管徑φ2.0mm,長 4mm)、價格低廉。
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