二极体

编辑:多余网互动百科 时间:2019-12-14 16:06:42
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不是 “萧特基效应”、“萧特基二极管”,应该是 “肖特基效应“、 “肖特基二极管”。
中文名
二极体
外文名
Diode
性    质
电子元件
特    点
只允许电流由单一方向流过

二极体简介

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二极体英语Diode),电子元件当中,一种具有两个电极的装置,只允许电流由单一方向流过。许多的使用是应用其整流的功能。而变容二极体(Varicap Diode)则用来当作电子式的可调电容器。
大部分二极体所具备的电流方向性我们通常称之为「整流(Rectifying)」功能。二极体最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过(称为顺向偏压),逆向时阻断 (称为逆向偏压)。因此,二极体可以想成电子版的逆止阀。然而实际上二极体并不会表现出如此完美的开与关的方向性,而是较为复杂的非线性电子特徵——这是由特定类型的二极体技术决定的。二极体使用上除了用做开关的方式之外还有很多其他的功能。
早期的二极体包含「猫须晶体("Cat's Whisker" Crystals)」以及真空管(英国称为「热游离阀(Thermionic Valves)」)。现今最普遍的二极体大多是使用半导体材料如矽或锗。

二极体二极体的整流作用

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二极体具有阳极(anode)和阴极(Cathode)两个端子(这些用语来自於真空管),电流只能往单一方向流动。也就是说,电流可以从阳极流向阴极,不能从阴极流向阳极(单向性)。这种特性就被称之为整流作用。在真空管内,藉由电极之间加上的电压能够让热电子从阴极到达阳极,因而有整流的作用。
半导体二极体中,有利用P型和N型两种半导体接合面的PN接面效应,也有利用金属与半导体接合产生的萧特基效应达到整流作用的类型。若是PN接面型的二极体,在P型侧就是阳极,N型侧则是阴极。

二极体二极体的基本运作

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这里针对半导体二极体的运作原理,选择基本的PN接面(PN接面)型二极体作为例子,简单地说
明其特性。读者若是想了解真空管二极体的运作原理,请参阅真空管的条目。

二极体基本构造和热平衡状态

PN接面(PN接面)二极体是N型半导体和P型半导体互相结合所构成。PN接面(PN接面)区彼此的电子和电洞相互抵销,造成主要载流子不足,形成空乏层。在空乏层内N型侧带正电,P型侧带负电,因此内部产生一个静电场,空乏层的两端存在电位差。但是如果让两端的载流子再结合的话,两端的电压差则会变成零。

二极体整流动作

顺向偏压(Forward Bias)
  顺向偏压时的PN接面二极体
二极体的阳极侧施加正电压,阴极侧施加负电压,这样就称为顺向偏压,所加电压为顺向偏压。如此N型半导体被注入电子,P型半导体被注入电洞。这样一来,让多数载流子过剩,空乏层缩小、消灭,正负载流子在PN接合部附近结合并消灭。整体来看,电子从阴极流向阳极(电流则是由阳极流向阴极)。在这个区域,电流随著偏压的增加也急遽地增加。伴随著电子与电洞的再结合,两者所带有的能量转变为热(和光)的形式被放出。能让顺向电流通过的必要电压被称为开启电压,特定顺向电流下二极体两端的电压称为顺向压降。
逆向偏压(Reverse Bias)
逆向偏压时的PN结二极体
在阳极侧施加相对阴极负的电压,就是逆向偏压,所加电压为逆向偏压。这种情况下,因为N型区域被注入电洞,P型区域被注入电子,两个区域内的主要载流子都变为不足,因此结合部位的空乏层变得更宽,内部的静电场也更强,扩散电位也跟著变大。这个扩散电位与外部施加的电压互相抵销,让逆向的电流更难以通过。更多的细节请参阅「PN接面」条目。
实际的元件虽然处於逆向偏压状态,也会有微小的逆向电流(漏电流、漂移电流)通过。当逆向偏压持续增加时,还会发生隧道击穿雪崩击穿崩溃,发生急遽的电流增加。开始产生这种击穿现象的(逆向)电压被称为击穿电压崩溃电压。超过击穿电压以後逆向电流急遽增加的区域被称为击穿区崩溃区)。在击穿区内,电流在较大的范围内变化而二极体逆向压降变化较小。稳压二极体就利用这个区域的动作特性而制成,可以作为电压源使用。
接面电压
当二极体的P-N接面处於顺向偏压时,必须有相当的电压被用来贯通空乏区,导致形成一逆向的电压源,此电压源的电压值就称为接面电压,矽半导体的接面电压约0.6V~0.7V,锗半导体的约0.3~0.4V

二极体二极体的种类

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  • PN接面二极体(PN Diode)
利用半导体中PN接合的整流性质,是最基本的半导体二极体。细节请参照PN接面的条目。
  • 肖特基二极体(Schottky Barrier Diode)
利用金属和半导体二者的接合面的'肖特基效应'的整流作用。由於顺向的切入电压较低,导通回复时间也短,适合用於高频率的整流。一般而言漏电流较多,突波耐受度较低。也有针对此缺点做改善的品种推出。
  • 稳压二极体(Reference Diode)(常用称法:齐纳二极体(Zener Diode))
被施加反方向电压的场合,超过特定电压时发生的逆向击穿电压随逆向电流变化很小,具有一定的电压稳定能力。利用此性质做成的元件被用於电压基准。藉由掺杂物的种类、浓度,决定击穿电压(破坏电压)。其顺向特性与一般的二极体相同。
  • 恒流二极体(或称定电流二极体,CRD、Current Regulative Diode,Constant Current Diode)
被施加顺方向电压的场合,无论电压多少,可以得到一定的电流的元件。通常的电流容量在1~15mA的范围。虽然被称为二极体,但是构造、动作原理都与接合型电场效应电晶体相似。
  • 变容二极体(Variable Capacitance Diode、Varactor Diode)
施加逆向电压的场合,二极体PN接合的空乏层厚度会因电压不同而变化,产生静电容量(接合容量)的变化,可当作由电压控制的可变电容器使用。没有机械零件所以可靠度高,广泛应用於压控振汤器(VCO)或可变电压滤波器,也是电视接收器和行动电话不可缺少的零件。
  • 发光二极体(Light-Emitting Diode,LED)
可以发光的二极体。由发光种类与特性又有红外线二极体、各种颜色的可见光二极体、紫外线二极体等。
  • 雷射二极体(Laser Diode)
当LED产生的光是频宽极窄的同调光(Coherent Light)时,则称为雷射二极体。
  • 光电二极体(Photo Diode)
光线射入PN接面,P区电洞、N区电子大量发生,产生电压(光电效应)。藉由测量此电压或电流,可作为光感应器使用。有PN、PIN、萧特基、APD等类型。太阳电池也是利用此种效应。
  • 隧道二极体(Tunnel Diode)、江崎二极体(Esaki Diode)、透纳二极体
由日本人江崎玲於奈於1957年发明。是利用量子穿隧效应的作用,会出现在一定偏压范围内顺向电压增加时流通的电流量反而减少的「负电阻」的现象。这是最能耐受核辐射的半导体二极体。
  • PIN二极体(P-intrinsic-N Diode)
PN之间一层高电阻的半导体层,使少数载子的积蓄效果增加,逆回复时间也较长。利用顺向偏压时高频率讯号较容易通过的性质,用于天线的频带切换以及高频率开关。
  • 耿效应二极体(Gunn Diode)
应用于低功率微波振荡器电路。
  • 二极真空管
  • 气体放电管整流器
针状电极和平板电极相向接近尖端放电。若把针状电极当做负极,比较低的电压就会开始放电。利用这样的性质来做当作整流器。
  • 点接触二极体
用钨之类的金属针状电极与N型半导体的表面接触,此构造的特徵是寄生电容非常小。采用於锗质二极体和耿效应二极体。矿石收音机中使用的矿石检波器也是一种点接触二极体。
  • 交流二极体(DIAC)、突波保护二极体、双向触发二极体
当施加超过规定电压(Break Over电压,VBO)的电压会开始导通使得端子之间的电压降低的双方向元件。用於电路的突波保护上。另,虽被称为二极体,实际的构造、动作原理都应归类为闸流管/;矽控整流器整流器(thyristor/SCR)的复杂分类中。
  • 非线性电阻器(英文:Varistor,日文:バリスタ)
若超过一定电压,电阻就会降低。是保护电路受到突波电压伤害的双向元件。通常由二氧化锌的烧结体颗粒制成,当作非线性电阻使用。虽然一般认为它的作用应是由内部众多金属氧化物颗粒间的萧特基接面二极体效应而产生,但对外并不呈现二极体的特性,因此平常并不列在二极体分类之中。

二极体依材料分类(年代顺序)

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  1. 二极真空管
  2. 锗二极体
  3. 硒二极体
  4. 矽二极体
  5. 砷化镓二极体

二极体二极体值

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简介:习惯上说的对地打阻值,或者对地测数值,最准确的应该叫做二极体值。这是最常用的测量方法,
关键字:二极体值,测量二极体值,对地数值
习惯上说的对地打阻值,或者对地测数值,最准确的应该叫做二极体值。这是最常用的测量方法,原理是测量接地点到测试点的压降值。使用方法也比较简单,把万用表开到二极体档,然后红色表笔接地,黑色表笔接欲测量之位置。然后看万用表上的读数即可。一般用在测量各个基本电压如12V,5V,3.3V,5VSB,3VSB等是否对地短路和量测控制信号和AD信号线是否短路和开路。二极体测试法是一个很重要也很有效的测试方法,例如在主板不加电的时候,我们可以用来测量ATX插座上的12V,5V,3.3V是否对地有短路或微短现象。来确定上述的几个重要电压是否短路。又如测量PCI上的AD线的对地二极体值,可以确定南桥到PCI的AD线是否有开路和短路,来判断南桥工作是否正常。测量USB口,网卡接口,COM口,LPT口信号线的对地二极体值,可以用来判断相应的端口和控制芯片是否工作正常等。
二极值的叫法,是台湾的叫法,在大陆也并无具体的称呼,由于在指针表时代,这个档,只能测对地电阻,所以,老的叫法是对地打阻值,我们目前维修主板,普遍使用数字表,那么使用二极管档,即反映电阻,也反映压降。因为不好找具体的词来定义,在本书中,各章节中提到的对地阻值,对地数值、接口的数值、二极体值,均是同一个含义,因为这个不等同于电阻,所以,后面是没有单位的(貌似我在数字万用表上看到的有单位,单位是:伏(V))。
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