qq空间刷赞网站推广,上海网站设计优刻,自己制作网站该怎么做,群晖wordpress错乱文章目录 1.二极管1.1 二极管的原理介绍1.2 整流#xff08;普通#xff09;二极管1.3 发光二极管1.4 肖特基二极管1.5 光电二极管1.6 隧道二极管1.7 稳压二极管 1.二极管
1.1 二极管的原理介绍
一. PN结
上面说到的那些二极管它们都有一个共同的性能#xff0c;单向导电… 文章目录 1.二极管1.1 二极管的原理介绍1.2 整流普通二极管1.3 发光二极管1.4 肖特基二极管1.5 光电二极管1.6 隧道二极管1.7 稳压二极管 1.二极管
1.1 二极管的原理介绍
一. PN结
上面说到的那些二极管它们都有一个共同的性能单向导电性就是说电流只能从二极管的阳极进去负极出去反过来就不行了。为什么呢二极管中有个叫PN结的东西就是它阻止了电流逆流。接下来讲讲PN 结。 自然界中的物质按照不同的导电性能分为了导体、半导体和绝缘体半导体材料导电性能介于导体和绝缘体之间。常用的半导体材料有四价硅和锗zhě。什么是四价啊就是最外层有四个电子。纯净的半导体又称为本征半导体其导电能力较差不能直接用来制造半导体器件在本征半导体一边中用扩散工艺掺入三价元素硼另一边掺入五价元素磷就是把原来少量的硅原子或者锗原子替代了。 三价元素硼最外层只有三个电子然而硅和锗有外层有四个电子少了一个怎么办呀那就形成了空穴这个就是P型半导体。于是P型半导体就成为了含空穴浓度较高的半导体。
五价元素磷有五个电子多一个怎么办多出的一个电子几乎不受束缚它就自由了叫它自由电子这个就是N型半导体。于是N型半导体就成为了含电子浓度较高的半导体。
扩散运动和漂移运动 P型半导体和N型半导体结合后P区内空穴和N区内自由电子多称为多子P区内自由电子和N区内空穴几乎为零称为少子在它们的交界处就出现了自由电子和空穴的浓度差。 由于P区的空穴浓度比N区高空穴就往N区扩散而N区的自由电子浓度比P区高自由电子往P区扩散就像一滴墨水滴在清水中墨水本身浓度高就往周围扩散这就是扩散运动P区的空穴和N区的自由电子就可能相遇然后复合。什么是复合啊把空穴比作房子房子里面要住人啊这时候自由电子就比作人了然后他们就结合成一体了。
P区和N区里面的杂质离子不能任意移动为啥呀因为杂质离子被周围的硅原子或者锗原子束缚了。在P和N区交界面附近形成了一个很薄的空间电荷区在这个区域内多子已扩散到对方并复合掉了或者说消耗殆尽了。
P区和N区里面的杂质离子相互作用N区杂质离子带正电荷P区杂质离子带负电荷在空间电荷区形成了内电场扩散运动的进行使空间电荷区变宽内电场也变强了。
这个内电场一方面阻止了扩散运动的进行扩散就不容易进行下去另一方面使空穴少子从N区往P区漂移自由电子从P区往N区漂移这个漂移可不是汽车漂移是受N区高电势P区低电势的内电场影响产生漂移叫做少子漂移。
慢慢的空间电荷区就稳定了。总结来说多子运动叫做扩散运动少子运动就是漂移运动当两种运动达到动态平衡就产生了PN结。在PN结加上相应的电级引线和管壳就构成了半导体二极管。由P区引出的电极成为了正极由N区引出的电极成为了负极。
二. 导通和截止
当PN结加正向导通电压就是把P区引脚加电源正极N区引脚连接电源负极。电流方向由P区流向N区和PN 结内部的内电场相反当电压大于内电场电压时外部的电源抵消了其内电场。
内电场抵消了有利于扩散运动的进行空间电荷区慢慢变成了P区和N区当空间电荷区越来越薄直到最薄的时候这时候会形成一个扩散电流这时候二极管也就导通了这时候的电压称为导通电压。
反之把P区引脚加电源负极N区引脚连接电源正极这时候电流流动的方向和内电场的方向相同增强了内电场使得空间电荷区变宽空穴会被拉向P区的方向电子会被拉向N区的方向从而阻止了扩散运动形成了反向漏电流由于电流非常小这就是截止状态。
反向电压增大到一定程度时反向电流将突然增大。如果外电路不能限制电流则电流会大到将PN结烧毁这时候的电压成为击穿电压这时候二极管就没用了。
二极管加正向偏置电压死区OA区由于正向电压比较小二极管不导通几乎没有电流呈高阻状态此时二极管两端的电压为死区电压硅二极管为0.5V锗管为0.1v当正向电压高于一定的数值后二极管中的电流随着电压的升高而增大二极管导通这时候的电压称为导通电压也叫门槛电压。
硅管导通电压为0.6V锗管为0.2v导通时二极管两端的电压保持不变硅管0.7V锗管为0.3v这时候称为正向压降。
当电子与空穴复合时能辐射出可见光PN结掺杂不同的化合物发出的光也不同比如说镓Ga、砷As、磷P、氮N等。然后加上引脚用环氧树脂封装起来通上正向电压发光二极管就这样发光了。
稳压二极管利用了二极管反向击穿的特性稳压二极管都是串联在电路中当稳压二极管被击穿尽管电流在很大的范围内变化而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压上下。 在接二极管还要注意正负极一般看外观来说长引脚为正极短引脚为负极有些二极管的表面会有图形符号用万用表也可以测把万用表调到二极管档红黑表笔分别接二极管的两端若此时万用表的读数小于1红表笔接二极管的正极黑表笔接二极管的负极。若读数为“1”则黑表笔一端为正极。
以下是二极管的分类
1.2 整流普通二极管
一、整流二极管 作用整流交流变直流 ① 整流二极管一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件。通常它包含一个PN结有阳极和阴极两个端子。
② P区的载流子是空穴N区的载流子是电子在P区和N区间形成一定的位垒。外加使P区相对N区为正的电压时位垒降低位垒两侧附近产生储存载流子能通过大电流具有低的电压降典型值为0.7V称为正向导通状态。
③ 若加相反的电压使位垒增加可承受高的反向电压流过很小的反向电流称反向漏电流称为反向阻断状态。整流二极管具有明显的单向导电性。
④ 整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高反向漏电流小高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造。这种器件的结面积较大能通过较大电流可达上千安但工作频率不高一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频整流电路。
二、整流二极管整流电路分析
电力网供给用户的是交流电而各种无线电装置需要用直流电。整流就是把交流电变为直流电的过程。利用具有单向导电特性的器件可以把方向和大小交变的电流变换为直流电。下面介绍利用晶体二极管组成的各种整流电路。
1、半波整流电路 图1半波整流电路
图1是一种最简单的整流电路。它由电源变压器B 、整流二极管D 和负载电阻RL 组成。变压器把市电电压多为220V或380V变换为所需要的交变电压u2D 再把交流电变换为脉动直流电。 半波整流原理变压器砍级电压u2是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压它的波形如图所示。
在0K时间内u2为正半周即变压器上端为正下端为负。此时二极管承受正向电压面导通u2通过它加在负载电阻RL上在π2π 时间内u2为负半周变压器次级下端为正上端为负。这时D承受反向电压不导通RL上无电压。在π2π时间内重复0π 时间的过程而在3π4π时间内又重复π2π时间的过程。这样反复下去交流电的负半周就被“削”掉了只有正半周通过RL在RL上获得了一个单一右向上正下负的电压从而达到了整流的目的但是负载电压Usc以及负载电流的大小还随时间而变化因此通常称它为脉动直流。
这种除去半周、图下半周的整流方法叫半波整流。不难看出半波整说是以牺牲一半交流为代价而换取整流效果的电流利用率很低计算表明整流得出的半波电压在整个周期内的平均值即负载上的直流电压Usc 0.45e2 因此常用在高电压、小电流的场合而在一般无线电装置中很少采用。
2、全波整流电路(单向桥式整流电路)
如果把整流电路的结构作一些调整可以得到一种能充分利用电能的全波整流电路。 图2全波整流电路
全波整流电路可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头把次组线圈分成两个对称的绕组从而引出大小相等但极性相反的两个电压。如图所示全波整流不仅利用了正半周而且还巧妙地利用了负半周从而大大地提高了整流效率Usc0.9e2比半波整流时大一倍。
注图所示的全波整滤电路需要变压器有一个使两端对称的次级中心抽头这给制作上带来很多的麻烦。
另外这种电路中每只整流二极管承受的最大反向电压是变压器次级电压最大值的两倍因此需用能承受较高电压的二极管。
3、桥式整流电路
桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路只要增加两只二极管口连接成“桥”式结构便具有全波整流电路的优点而同时在一定程度上克服了它的缺点。 图3单相全波桥式整流电路
桥式整流电路的工作原理如下u2为正半周时对D1、D3加正向电压DlD3导通对D2、D4加反向电压D2、D4截止。电路中构成u2、Dl、RL 、D3通电回路在RL上形成上正下负的半波整洗电压u2为负半周时对D2、D4加正向电压D2、D4导通对D1、D3加反向电压D1、D3截止。电路中构成u2、D2、RL 、D4通电回路同样在RL 上形成上正下负的另外半波的整流电压。 如此重复下去结果在RL 上便得到全波整流电压。
注从图3中还不难看出单相全波桥式整流电路其波形图和全波整流波形图是一样的。 但是桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值比全波整洗电路小一半
三、整流二极管的选择和运用
需要特别指出的是二极管作为整流元件要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当则或者不能安全工作甚至烧了管子或者大材小用造成浪费。 另外在高电压或大电流的情况下如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件可以把二极管串联或并联起来使用。 图4二极管并联使用电路
二极管并联的情况两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半三只二极管并联每只分担电路总电流的三分之一。理论上讲总之有几只二极管并联流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是在实际并联运用时由于各二极管特性不完全一致不能均分所通过的电流会使有的管子困负担过重而烧毁。因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器使各并联二极管流过的电流接近一致。
注均流电阻R一般选用零点几欧至几十欧的电阻器。电流越大R应选得越小。 图5二极管串联使用电路
二极管串联的情况理想上讲有几只管子串联每只管子承受的反向电压就应等于总电压的几分之一。但是在实际并联运用时由于每只二极管的反向电阻不尽相同会造成电压分配不均内阻大的二极管有可能由于电压过高而被击穿并由此引起连锁反应逐个把二极管击穿。在二极管上并联的电阻R可以使电压分配均匀。
注均压电阻可取阻值大点如1K。
常用整流二极管 这里选用1N4001 1A 50V 1.0V DO-41。
1.3 发光二极管 作用发光 发光二极管Light Emitting Diode简称LED是一种会发光的半导体组件且具备二极管的电子特性。本篇文章将介绍下LED的基础知识。
工作原理
发光二极管核心是二极管的空穴和电子在电压作用下从电极流向PN结。当空穴和电子相遇而产生复合电子会跌落到较低的能阶同时以光的形式释放出能量。如下所示 LED根据不同的使用材料发出不同的颜色发光波长。下图是可见光的波长分布 白色光是复合产生的下面是常用的两种方法。
蓝色LED黄色荧光体蓝色LED与其辅助色即黄色荧光体组合获得白色光。该方式与其他方式相比结构简单、效率高因此目前已成为主流。 2.RGB复合得到
光的三基色通过配合可以得到任何颜色的光该方式比起照明用途更多的用于全彩LED显示设备。 LED分类与种类
直插式按外观分类一般圆柱型外观有3mm,5mm,8mm等。 一般根据引脚长短区分正负极长正短负。 表贴式
根据外形分类0402060308051206303035285050等等。 电学特性
伏安特性A点是开启电压电压开启点以前是截止状态。从A点以后随着电压的升高电流以指数形式增加。AC段为正向工作区LED与普通二极管正向导通电压要高一般大于1V。下图是不同颜色在20mA工作电流下正向导通电压。 正向导通电流正常情况下不应超过最大值的60%。 最大反向电压当加载反向电压超过一定值后LED将会烧毁。 反向漏电流正向电压下反向漏电刘是少子的运动很小一般10uA。反向漏电流越小说明LED单向导电性越小。 功耗正向导通电流*正向导通电压即为消耗功率。应保证小于最大允许功率
LED电路
串联电路 当LED以恒压驱动方式串联点亮时通常如下图所示电路中包含与LED串联的电阻用于控制电流。限流电阻值由正向电压和电流计算所得。 并联电路 将LED以恒压驱动方式并列排列时建议给每列LED加入控制电阻。
1.4 肖特基二极管
肖特基二极管的工作原理 肖特基二极管本质上就是金属和半导体材料接触的时候在界面半导体处的能带弯曲形成了肖特基势垒。 这个定义比较官方估计看一眼就忘记了。
那么如何通俗理解呢
其实就是金属和半导体接触的时候电子会从半导体跑到金属里面去。半导体失去电子就会带正电形成空间电荷区不可移动的正离子构成这个空间电荷区会阻止半导体的电子继续向金属移动也就是说形成了肖特基势垒。 当在这个势垒上面加上正向电压金属电压半导体电压那么半导体和金属之间的势垒就降低了。如此一来呢电子就会从半导体流向金属从而形成正向电流。
反之当加上反向电压势垒被加大电流基本为0也就是说反偏截止了。
这就是肖特基二极管的工作原理。
仔细深究二极管原理肖特基二极管工作原理
肖特基Schottky二极管又称肖特基势垒二极管简称 SBD它属一种低功耗、超高速半导体器件。最显著的特点为反向恢复时间极短可以小到几纳秒即二极管由流过正向电流的导通状态切换到不导通状态所需的时间正向导通压降仅0.4V左右。其多用作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管也有用在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。在通信电源、变频器等中比较常见。
肖特基二极管和一般整流二极管最大的差异在于反向恢复时间也就是二极管由流过正向电流的导通状态切换到不导通状态所需的时间。一般整流二极管的反向恢复时间大约是数百nS若是高速二极管则会低于一百nS肖特基二极管没有反向恢复时间因此小信号的肖特基二极管切换时间约为数十pS特殊的大容量肖特基二极管切换时间也才数十pS。由于一般整流二极管在反向恢复时间内会因反向电流而造成EMI噪声。肖特基二极管可以立即切换没有反向恢复时间及反相电流的问题。
SBD具有开关频率高和正向压降低等优点但其反向击穿电压比较低大多不高于60V最高仅约100V以致于限制了其应用范围。像在开关电源SMPS和功率因数校正PFC电路中功率开关器件的续流二极管、变压器次级用100V以上的高频整流二极管、RCD缓冲器电路中用600V1.2kV的高速二极管以及PFC升压用600V二极管等只有使用快速恢复外延二极管FRED和超快速恢复二极管UFRD。目前UFRD的反向恢复时间Trr也在20ns以上根本不能满足像空间站等领域用1MHz3MHz的SMPS需要。即使是硬开关为100kHz的SMPS由于UFRD的导通损耗和开关损耗均较大壳温很高需用较大的散热器从而使SMPS体积和重量增加不符合小型化和轻薄化的发展趋势。因此发展100V以上的高压SBD一直是人们研究的课题和关注的热点。 SBD的主要优点包括两个方面 1由于肖特基势垒高度低于PN结势垒高度故其正向导通门限电压和正向压降都比PN结二极管低约低0.2V。 2由于SBD是一种多数载流子导电器件不存在少数载流子寿命和反向恢复问题。SBD的反向恢复时间只是肖特基势垒电容的充、放电时间完全不同于PN结二极管的反向恢复时间。由于SBD的反向恢复电荷非常少故开关速度非常快开关损耗也特别小尤其适合于高频应用。 但是由于SBD的反向势垒较薄并且在其表面极易发生击穿所以反向击穿电压比较低。由于SBD比PN结二极管更容易受热击穿反向漏电流比PN结二极管大。
选用 肖特基二极管分为有引线和表面安装贴片式两种封装形式。
采用有引线式封装的肖特基二极管通常作为高频大电流整流二极管、续流二极管或保护二极管使用。 它有单管式和对管双二极管式两种封装形式。
肖特基对管又有共阴两管的负极相连、共阳两管的正极相连和串联一只二极管的正极接另一只二极管的负极三种管脚引出方式。 肖特基二极管优势
1低压降损耗电压小。
2开关速度快损耗小适用于高频电路。
肖特基二极管劣势
1反向偏压较低承受不了过大的反向电压。
2反向漏电是正温度系数的当温度升高IR反向漏电会随之增大这是设计工作者们容易忽略的参数。
三、肖特基二极管选型关键参数
1VR 连续反向电压。若肖特基两端的反向电压超过此电压则肖特基将被击穿导通。
2VF正向导通压降。这是肖特基导通时两端的压降。
3IF连续正向电流。若肖特基正向导通的电流超过该值则肖特基将被烧断截止。
4IR反向漏电流。根据肖特基的特点该参数会随着温度的升高而增大因此设计者在设计PCB或者考虑使用环境时应当把反向漏电考虑在设计中。
5TRR反向恢复时间。这个参数直接决定了该肖特基能用在多高频的电路里。
6IFSM最大浪涌电流。肖特基允许流过过大电流但该电流必须是瞬时电流。
1.5 光电二极管
1.6 隧道二极管
1.7 稳压二极管
一、稳压二极管 稳压二极管又名齐纳二极管其工作原理一种用于稳定电压的单结二极管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。
在这临界击穿点上反向电阻降低到一个很小的数值在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定这样当把稳压管接入电路以后若由于电源电压发生波动或其它原因造成电路中各点电压变动时负载两端的电压将基本保持不变。稳压二极管是根据击穿电压来分档的因为这种特性稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。其伏安特性见图1稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用通过串联就可获得更多的稳定电压。 二、稳压二极管稳压电路图分析 D1为稳压二极管与负载R2并联R1为限流电阻。 若电网电压升高即电路的输入电压Vin也随之升高引起负载电压Vout升高。由于稳压管D1与负载R2并联Vin只要有一点增长就会使流过稳压管的电流急剧增加使得I也增大限流电阻R1上的电压降增大从而抵消了Vout的升高保持负载电压Vout基本不变。反之若电网电压降低引起Vin下降造成Vout 也下降则稳压管中的电流急剧减小使得I减小R1上的压降也减小从而抵消了Vin的下降保持负载电压Vout基本不变。 若Vin不变而负载电流增加则R1上的压降增加造成负载电压Vout下降。Vout只要下降一点点稳压管中的电流就迅速减小使R1上的压降再减小下来从而保持R1上的压降基本不变使负载电压Vout得以稳定。 综上所述可以看出稳压管起着电流的自动调节作 用而限流电阻起着电压调整作用。稳压管的动态电阻越小限流电阻越大输出电压的稳定性越好。 稳压二极管串联使用 三、稳压二极管的性能 稳压管稳压性能的好坏可以用它的动态电阻r来 表示
r (电压的变化量△U)/(电流的变化量△I)显然对于同样的电流变化量ΔI稳压管两端的 电压变化量ΔU越小动态电阻越小稳压管性能就越好。 稳压管的动态电阻是随工作电流变化的工作电流越大。动态电阻越小。因此为使稳压效果好工作电流要选得合适。工作电流选得大些可以减小动态电阻但不能超过管子的最大允许电流或最大耗散功率。 各种型号管子的工作电流和最大允许电流可以从手册中查到。 稳压管的稳定性能受温度影响当温度变化时它 的稳定电压也要发生变化常用稳定电压的温度系数来表示这种性能例如2CW19型稳压管的稳定电压Uw 12伏温度系数为0.095%℃ 说明温度每升高1℃其稳定电压升高11.4毫伏。为提高电路的稳定性能往往采用适当的温度补偿措施。在稳定性能要求很高时需使用具有温度补偿的稳 压如2DW7A、2DW7W、2DW7C 等。
四、稳压二极管的主要参数 1.Vz— 稳定电压。
指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有改变。由于制造工艺的差别同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。例如2CW51型稳压管的Vzmin为3.0V, Vzmax则为3.6V。
2.Iz— 稳定电流。
指稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。低于此值时稳压管虽并非不能稳压但稳压效果会变差;高于此值时只要不超过额定功率损耗也是允许的而且稳压性能会好一些但要多消耗电能。
3.Rz— 动态电阻。
指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。该比值随工作电流的不同而改变一般是工作电流愈大动态电阻则愈小。例如2CW7C稳压管的工作电流为5mA时Rz为18Ω;工作电流为1OmA时Rz为8Ω;为20mA时Rz为2Ω ; 20mA则基本维持此数值。
4.Pz— 额定功耗。
由芯片允许温升决定其数值为稳定电压Vz和允许最大电流Izm的乘积。例如2CW51稳压管的Vz为3VIzm为20mA则该管的Pz为60mW
5.Ctv— 电压温度系数。
是说明稳定电压值受温度影响的参数。例如2CW58稳压管的Ctv是0.07%/°C即温度每升高1°C其稳压值将升高0.07%。
6.IR— 反向漏电流。
指稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流。例如2CW58稳压管的VR1V时IRO.1uA;在VR6V时IR10uA。
五、选择稳压二极管的基本原则
1.要求导通电压低时选锗管;要求反向电流小时选硅管。 2.要求导通电流大时选面结合型;要求工作频率高时选点接触型。 3.要求反向击穿电压高时选硅管。 4.要求耐高温时选硅管。
