二極管

二極管，（英語(yǔ)：Diode），電子元件當中，一種具有兩個(gè)電極的裝置，只允許電流由單一方向流過(guò)，許多的使用是應用其整流的功能。而變容二極管（Varicap Diode）則用來(lái)當作電子式的可調電容器。大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱(chēng)之為“整流（Rectifying）”功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(guò)（稱(chēng)為順向偏壓），反向時(shí)阻斷 （稱(chēng)為逆向偏壓）。因此，二極管可以想成電子版的逆止閥。早期的真空電子二極管；它是一種能夠單向傳導電流的電子器件。在半導體二極管內部有一個(gè)PN結兩個(gè)引線(xiàn)端子，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。一般來(lái)講，晶體二極管是一個(gè)由p型半導體和n型半導體燒結形成的p-n結界面。在其界面的兩側形成空間電荷層，構成自建電場(chǎng)。當外加電壓等于零時(shí)，由于p-n 結兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的二極管特性。早期的二極管包含“貓須晶體（“Cat‘s Whisker” Crystals）”以及真空管（英國稱(chēng)為“熱游離閥（Thermionic Valves）”）?，F今最普遍的二極管大多是使用半導體材料如硅或鍺。

 

特性

 

正向性

 

外加正向電壓時(shí)，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(chǎng)的阻擋作用，正向電流幾乎為零，這一段稱(chēng)為死區。這個(gè)不能使二極管導通的正向電壓稱(chēng)為死區電壓。當正向電壓大于死區電壓以后，PN結內電場(chǎng)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(shí)二極管的端電壓幾乎維持不變，這個(gè)電壓稱(chēng)為二極管的正向電壓。當二極管兩端的正向電壓超過(guò)一定數值 ，內電場(chǎng)很快被削弱，特性電流迅速增長(cháng)，二極管正向導通。 叫做門(mén)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(guò)一定范圍時(shí)，通過(guò)二極管的電流是少數載流子漂移運動(dòng)所形成反向電流。由于反向電流很小，二極管處于截止狀態(tài)。這個(gè)反向電流又稱(chēng)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(shí)，半導體受熱激發(fā)，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(guò)某一數值時(shí)，反向電流會(huì )突然增大，這種現象稱(chēng)為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱(chēng)為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時(shí)二極管失去單向導電性。如果二極管沒(méi)有因電擊穿而引起過(guò)熱，則單向導電性不一定會(huì )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(shí)應避免二極管外加的反向電壓過(guò)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(jiàn)到，比較常見(jiàn)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(zhù)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(fā)光類(lèi)型）正向管壓降0.7V，鍺管正向管壓降為0.3V，發(fā)光二極管正向管壓降會(huì )隨不同發(fā)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(fā)光二極管的壓降為2.0--2.2V，黃色發(fā)光二極管的壓降為1.8—2.0V，綠色發(fā)光二極管的壓降為3.0—3.2V，正常發(fā)光時(shí)的額定電流約為20mA。

 

二極管的電壓與電流不是線(xiàn)性關(guān)系，所以在將不同的二極管并聯(lián)的時(shí)候要接相適應的電阻。

 

特性曲線(xiàn)

 

與PN結一樣，二極管具有單向導電性。硅二極管典型伏安

 

特性曲線(xiàn)（圖）。在二極管加有正向電壓，當電壓值較小時(shí)，電流極??；當電壓超過(guò)0.6V時(shí)，電流開(kāi)始按指數規律增大，通常稱(chēng)此為二極管的開(kāi)啟電壓；當電壓達到約0.7V時(shí)，二極管處于完全導通狀態(tài)，通常稱(chēng)此電壓為二極管的導通電壓，用符號UD表示。

 

對于鍺二極管，開(kāi)啟電壓為0.2V，導通電壓UD約為0.3V。在二極管加有反向電壓，當電壓值較小時(shí)，電流極小，其電流值為反向飽和電流IS。當反向電壓超過(guò)某個(gè)值時(shí)，電流開(kāi)始急劇增大，稱(chēng)之為反向擊穿，稱(chēng)此電壓為二極管的反向擊穿電壓，用符號UBR表示。不同型號的二極管的擊穿電壓UBR值差別很大，從幾十伏到幾千伏。

 

反向擊穿按機理分為齊納擊穿和雪崩擊穿兩種情況。在高摻雜濃度的情況下，因勢壘區寬度很小，反向電壓較大時(shí)，破壞了勢壘區內共價(jià)鍵結構，使價(jià)電子脫離共價(jià)鍵束縛，產(chǎn)生電子-空穴對，致使電流急劇增大，這種擊穿稱(chēng)為齊納擊穿。如果摻雜濃度較低，勢壘區寬度較寬，不容易產(chǎn)生齊納擊穿。

 

雪崩擊穿

 

另一種擊穿為雪崩擊穿。當反向電壓增加到較大數值時(shí)，外加電場(chǎng)使電子漂移速度加快，從而與共價(jià)鍵中的價(jià)電子相碰撞，把價(jià)電子撞出共價(jià)鍵，產(chǎn)生新的電子-空穴對。新產(chǎn)生的電子-空穴被電場(chǎng)加速后又撞出其它價(jià)電子，載流子雪崩式地增加，致使電流急劇增加，這種擊穿稱(chēng)為雪崩擊穿。無(wú)論哪種擊穿，若對其電流不加限制，都可能造成PN結永久性損壞。

 

什么是二極管的正向導通壓降

極管在正向導通的時(shí)候，流過(guò)電流的時(shí)候會(huì )產(chǎn)生壓降。

 

一般情況下，這個(gè)壓降和正向電流以及溫度有關(guān)。通常硅二極管，電流越大，壓降越大。溫度越高，壓降越小。

 

但是碳化硅二極管卻是溫度越高，壓降越大。

 

如何正確使用二極管的導通壓降

二極管電子電路中最基礎的元器件之一。作為最常見(jiàn)的元器件之一，二極管的基本性能參數我們都很熟悉，但也有一些很重要的參數很容易被我們忽視，它們到底是什么參數呢？

 

1、二極管導通電壓 二極管最大特性是具有單向導通性，因此被廣泛應用于整流電路、開(kāi)關(guān)電路、保護電路等場(chǎng)合。所謂單向導電性，是指在二極管PN結兩端接入反向電壓時(shí)，二極管截止；在PN結兩端接一定值的正向電壓時(shí)，二極管才能導通。這個(gè)一定值的正向電壓，就是二極管的正向導通壓降。大學(xué)學(xué)習時(shí)常把二極管導通壓降認定為0.7V，但實(shí)際上，二極管的正向導通壓降并不是固定不變，而是和二極管流過(guò)的電流、環(huán)境溫度有關(guān)，它們的關(guān)系如下：i=IS（equ/kt-1） 其中，IS是二極管的反向飽和電流，q是電子電量，k是玻爾茲曼常數，T是熱力學(xué)溫度。在二極管的datasheet中也可以看到正向電壓的曲線(xiàn)圖

 

當溫度一定時(shí)，流過(guò)二極管的電流越大，導通電壓越大。將1N4148接在電源輸出端做防反接，當流過(guò)0～100mA電流時(shí)，1N4148輸出端電壓紋波達600mV，導致系統工作不正常。 由于二極管的導通壓降和流過(guò)的電流成正比，減小電流的跳動(dòng)范圍，就可以減小導通壓降的變化幅度。在二極管輸出端加入10mA的恒定負載，當流過(guò)1N4148的電流從10mA至100mA時(shí)，輸出電壓紋波降到了260mV。

 

2、二極管結電容 二極管結電容也是容易被人忽視的重要參數。在低頻電路中，結電容的影響可以忽略不計。但在高頻電路中，結電容過(guò)大甚至能造成電路工作不正常。 以ESD保護二極管為例。為了防止外部靜電損壞內部電路，在高速通訊接口處通常都會(huì )加上ESD保護器件。ESD本身存在數十皮法的結電容，由于高速信號驅動(dòng)能力有限，結電容越大，總線(xiàn)頻率越高，信號上升時(shí)間就越大，最終可能造成總線(xiàn)通訊失敗。因此將二極管應用在高速信號上時(shí)，盡量選擇結電容小的型號。 如果二極管型號已經(jīng)確定無(wú)法修改，而又要降低結電容時(shí)該怎么辦呢？ 從下表看到，二極管結電容和其承受的反向電壓呈反比，反向電壓越大，結電容越小。因此可以通過(guò)增大二極管承受的反向電壓來(lái)降低二極管的結電容。

 

發(fā)光二極管的導通壓降和電流

1. 直插超亮發(fā)光二極管壓降

 

主要有三種顏色，然而三種發(fā)光二極管的壓降都不相同，具體壓降參考值如下：

 

紅色發(fā)光二極管的壓降為2.0--2.2V

黃色發(fā)光二極管的壓降為1.8—2.0V

綠色發(fā)光二極管的壓降為3.0—3.2V

 

正常發(fā)光時(shí)的額定電流約為20mA。

 

2.貼片LED壓降

 

紅色的壓降為1.82-1.88V，電流5-8mA

綠色的壓降為1.75-1.82V，電流3-5mA

橙色的壓降為1.7-1.8V，電流3-5mA

蘭色的壓降為3.1-3.3V，電流8-10mA

白色的壓降為3-3.2V，電流10-15mA.

 

超亮發(fā)光二極管主要有三種顏色，然而三種發(fā)光二極管的壓降都不相同，具體壓降參考值如下：

 

紅色發(fā)光二極管的壓降為2.0--2.2V

黃色發(fā)光二極管的壓降為1.8—2.0V

綠色發(fā)光二極管的壓降為3.0—3.2V

 

正常發(fā)光時(shí)的額定電流約為20mA。

 

紅色1.5-1.8v，

綠色1.6-2.0v

黃色1.6-2.0v

蘭色2.2v

白色3.2-3.6v

紅色LED是1.6V，

黃色約1.7V，

綠色約1.8V，

藍色白色紫色都是3V到3.2V，

 

全部采用恒流驅動(dòng)，其中直徑3毫米的紅綠黃5毫安，白藍紫10毫安，直徑5毫米的翻倍。

 

其中白色的有大功率的1W2W3W都有，但是要加散熱片。鋰電池的最低工作電壓是3.6V，充滿(mǎn)為4.2V，鉛電池單個(gè)2V，極限充電電壓2.3V，最低放電電壓1.7V，鎳鎘、鎳氫電池單電壓1.2V，終止放電電壓1V，極限充電電壓1.42V。一次性鋰電池3V電壓。太陽(yáng)能電池單體電壓0.8V左右，電流根據面積和材料決定。