根據(jù)日常使用的二極管做一下簡(jiǎn)單介紹
整流二極管
利用二極管的單向?qū)щ娞匦?,將交流變成單向(即直流)脈動(dòng)電壓的過(guò)程,稱(chēng)為整流。整流二極管多為面接觸型硅管,由于PN結(jié)接觸面較大,能承受較大的正向電流和高反向電壓,性能比較穩(wěn)定。但因結(jié)電容較大,不宜在高頻電路中應(yīng)用,故不能用于檢波。
檢波二極管
檢波的作用是把調(diào)制在高頻電磁波上的低頻信號(hào)檢取出來(lái)。檢波
二極管要求結(jié)電容小,反向電流也小,所以檢波二極管常采用點(diǎn)接
觸型二極管。
除一般二極管參數(shù)外,檢波二極管還有----檢波效率。
定義是:在檢波二極管輸出電阻負(fù)載上產(chǎn)生的直流輸出電
壓與加在輸入端的正弦交流信號(hào)電壓峰值之比的百分?jǐn)?shù)。
即:
檢波效率=(直流輸出電壓/輸入信號(hào)電壓峰值)×100%
檢波二極管的檢波效率會(huì)隨工作頻率的增高而降低,因此在選用
二極管時(shí)要考慮它的工作頻率范圍是否適合。
以整流電流的大?。?/span>100mA)作為界線,通常把輸出電流大于100mA的叫整流,把輸出電流小于100mA的叫檢波。檢波管可以用做小電流的整流。鍺材料點(diǎn)接觸型二極管,工作頻率可達(dá)400MHz,正向壓降小,結(jié)電容小,檢波效率高,頻率特性比較好。
開(kāi)關(guān)二極管
由于二極管具有單向?qū)щ娞匦?,在正偏壓下電阻很小,約幾十至幾百
歐姆;在反偏壓下呈截止?fàn)顟B(tài),電阻很大。利用這一特性,在電路中對(duì)
電流進(jìn)行控制,可起到“接通”或“關(guān)斷”的開(kāi)關(guān)作用。開(kāi)關(guān)二極管從
截止到導(dǎo)通的時(shí)間叫“開(kāi)通時(shí)間”,從導(dǎo)通到截止的時(shí)間叫“反向恢復(fù)
時(shí)間”,兩個(gè)時(shí)間之和統(tǒng)稱(chēng)為“開(kāi)關(guān)時(shí)間”。一般反向恢復(fù)時(shí)間遠(yuǎn)大于
開(kāi)通時(shí)間,故手冊(cè)上通常只給出反向恢復(fù)時(shí)間。硅開(kāi)關(guān)二極管反向恢復(fù)
時(shí)間只有幾納秒,開(kāi)關(guān)二極管有開(kāi)關(guān)速度快、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
l變?nèi)荻O管
二極管結(jié)電容的大小除了與本身結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)外,還與外加反向電壓有關(guān)。結(jié)電容隨反向電壓的增加而減小,這種效應(yīng)顯著的二極管稱(chēng)為變?nèi)荻O管。是專(zhuān)門(mén)作為“壓控可變電容器”的特殊二極管。
圖(a)為變?nèi)荻O管的代表符號(hào),圖(b)是變?nèi)荻O管的特性曲線。
變?nèi)荻O管在反向偏壓下才能正常工作,反向偏壓增大,電容減??;
反向偏壓減小,電容增大。變?nèi)荻O管通常用于震蕩電路,與其他元
件一起構(gòu)成壓控震蕩器。通過(guò)改變變?nèi)荻O管兩端的電壓即可改變電
容的大小,從而改變震蕩頻率。變?nèi)荻O管為獲得較大的結(jié)電容和較
寬的可變范圍,多用面接觸型結(jié)構(gòu)。
變?nèi)荻O管的主要參數(shù)
* 結(jié)電容變化范圍
它是指反向電壓從OV 變化到一數(shù)值時(shí),結(jié)電容變化的多少。
它影響調(diào)諧頻率的覆蓋面。其中最大電容與最小電容的比值稱(chēng)
為變?nèi)荻O管的電容比。
* 結(jié)電容
指一定反向偏壓下結(jié)電容的大小。在零偏壓下結(jié)電容的大小
稱(chēng)為零偏置結(jié)電容。
* 反向擊穿電壓
擊穿電壓決定了器件的最大反向工作電壓和最小電容值。
* 品質(zhì)因數(shù)(Q值)
電容儲(chǔ)存的能量與損耗的能量之比值為該變?nèi)莨?/span>的品質(zhì)因數(shù)Q。
由于變?nèi)莨艿碾娙萘颗c反向偏壓成反向變化,Q值就隨著反向偏
置電壓的增加而增加。
* 截止頻率(Knee Frequency)
隨著頻率的升高,Q降低,因此定義Q=1時(shí)的頻率為截止頻率,
記為Fknee。一般認(rèn)為超過(guò)這個(gè)頻率的能量對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳輸
沒(méi)有影響。
PIN二極管
是在P區(qū)和N區(qū)之間夾一層本征半導(dǎo)體構(gòu)造的晶體二極管。當(dāng)其工作
頻率超過(guò)100MHz時(shí),由于少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)和“本征”層中的渡越
時(shí)間效應(yīng),其二極管失去整流作用而變成阻抗元件,并且,其阻抗值隨
偏置電壓的改變而改變。
在零偏置或直流反向偏置時(shí),“本征”區(qū)的阻抗很高,表現(xiàn)為類(lèi)似平行板
電容器;在直流正向偏置時(shí),由于載流子注入“本征”區(qū),而使“本征”區(qū)
呈現(xiàn)出低阻抗?fàn)顟B(tài),表現(xiàn)為受所加電流控制的可變電阻器。因此,可以把PIN
二極管作為可變阻抗元件使用(1Ω~10KΩ)。它常被應(yīng)用于高頻(50GHZ)開(kāi)關(guān)、
限幅等電路中。
PIN型二極管的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu):
W的范圍在1~100微米間,
取決于應(yīng)用要求和頻率范圍
PIN二極管在正偏置(導(dǎo)通)下具有電阻性質(zhì),反偏下具有電容性質(zhì)。
正向偏置下:
本征區(qū)電阻的計(jì)算公式:
反向偏置下:
本征區(qū)電容的計(jì)算公式:
在這里,A為接觸面的面積,ε為本征層的介電常數(shù),μ為電子或
空穴的遷移率,t為載流子的壽命。
使PIN二極管工作需要設(shè)置偏置電壓,提供偏置的直流回路必須與
射頻通路分離。(射頻線圈RFC直流短路,高頻開(kāi)路)
肖特基二極管
肖特基二極管是金屬(金、鋁等)A為正極,以N型半導(dǎo)體B為負(fù)極,
利用接觸面上形成的勢(shì)壘具有整流特性而制成的金屬-半導(dǎo)體器件。
因?yàn)?/span>N型半導(dǎo)體中存在著大量的電子,金屬中僅有極少量的自由電子,所以電子便從濃度高的B向濃度低的A擴(kuò)散。隨著電子不斷從B擴(kuò)散
到A,B表面電子濃度逐漸降低,表面電中性被破壞,于是就形成勢(shì)壘,其電場(chǎng)方向?yàn)?/span>B→A。當(dāng)建立起一定寬度的空間電荷區(qū)后,電場(chǎng)引起的
電子漂移運(yùn)動(dòng)和因濃度不同引起的電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到相對(duì)的平衡,便
形成了肖特基勢(shì)壘。
肖特基整流管僅用一種載流子(電子)輸送電荷,在勢(shì)壘外側(cè)無(wú)過(guò)
剩少數(shù)載流子的積累,因此,不存在電荷儲(chǔ)存問(wèn)題,其反向恢復(fù)時(shí)間
極短(小到幾納秒),使開(kāi)關(guān)特性獲得明顯改善。但它的反向耐壓值
較低,一般不超過(guò)100V。因此適宜在低壓、大電流情況下工作。它的
正向?qū)▔航祪H0.4V左右,而整流電流卻可達(dá)到幾千安培。利用其低
壓降的特點(diǎn),能提高低壓、大電流整流電路的效率。
穩(wěn)壓二極管
在反向擊穿狀態(tài)下,流過(guò)管子的電流在一定范圍內(nèi)變化時(shí),管子兩端電壓變化很小,利用這一點(diǎn)可以達(dá)到“穩(wěn)壓”的效果。
當(dāng)二極管處于反向擊穿狀態(tài),UZ是穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓,當(dāng)電流變化一個(gè)大的幅度時(shí),所引起的電壓變化量很小。反向曲線比普通二極管陡峭,曲線下降越陡,穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能越好。
在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中一般都串聯(lián)限流電阻R,使穩(wěn)壓管電流工作在二極管的正常工作范圍,以保證管子不會(huì)因過(guò)熱而燒壞。最大工作電流受穩(wěn)壓管的最大耗散功率限制。
穩(wěn)壓管的主要參數(shù)
穩(wěn)定電壓UZ
穩(wěn)壓管在正常工作時(shí),穩(wěn)壓管兩端保持基本不變的電壓值。
穩(wěn)定電流IZ
穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓范圍內(nèi)的正常工作電流。電流低于此值時(shí),穩(wěn)壓效
果略差;高于此值時(shí),只要不超過(guò)額定功耗都可以正常工作,且電
流愈大,穩(wěn)壓效果愈好,但管子的功耗要增加。
動(dòng)態(tài)電阻RZ
穩(wěn)壓管兩端的電壓的變量與通過(guò)穩(wěn)壓管的電流的變化量的比值。這是表征穩(wěn)壓管性能好壞的參數(shù)。RZ越小,表明穩(wěn)壓性能越好。
最大功耗PM
穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)定電壓和允許的最大電流的情況時(shí),二者的乘積
稱(chēng)做穩(wěn)壓管的最大功耗。超過(guò)最大功耗時(shí),管子容易被燒壞。
溫度系數(shù)CTV
說(shuō)明穩(wěn)定電壓受溫度影響的參數(shù),其數(shù)值為溫度每升高100C時(shí)管
子兩端電壓的相對(duì)變化量。
并聯(lián)式穩(wěn)壓管電路分析
從穩(wěn)壓管的特性可知,如果始終工作在它的穩(wěn)壓區(qū)內(nèi),則UO基本上是穩(wěn)定的,約為UZ。
穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用可從兩個(gè)方面分析。設(shè)穩(wěn)壓管工作在b點(diǎn),只考慮電壓升高時(shí),若保持輸出電壓不變(即輸出電流也不變),則電阻器R上的壓降應(yīng)變大,即流過(guò)R的電流應(yīng)變大。這增大的電流由穩(wěn)壓管容納,它的工作點(diǎn)將由b點(diǎn)移到c點(diǎn)。由特性曲線可知此時(shí)UZ基本保持不變。
當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí),比如負(fù)載電阻變?。簇?fù)載電流變大)時(shí),要保持輸出電壓不變(設(shè)UI不變),則流過(guò)電阻器R的電流不應(yīng)變。此時(shí)負(fù)載需要
增大的電流由穩(wěn)壓管勻出來(lái),即工作點(diǎn)由b點(diǎn)移到a點(diǎn)。
總的來(lái)說(shuō),穩(wěn)壓管可以認(rèn)為是利用調(diào)節(jié)流過(guò)自身的電流大?。ǘ穗妷夯静蛔儯﹣?lái)滿足負(fù)載電流的改變,并和限流電阻配合將電流的大變化轉(zhuǎn)換成電壓的微小變化以適應(yīng)電壓的波動(dòng)。
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