二极管如何工作?
时间:2022-08-21 00:00:00
如何工作二极管?
二极管是一种双元件半导体装置,包括阳极和阴极,并提供单向传导。二极管允许电流沿一个方向流动,但不允许在另一个方向流动。整流器、检波器、波切割器、混合器、调节器、放大器、振荡器和测试仪器有多种类型。
在电路符号中,阴极显示为条形,阳极显示为三角形。路图中,二极管的阳极也可以使用字母a说明阴极可以用字母k”表示。
要了解二极管的工作原理,我们应该知道什么是半导体。
允许电子流动的材料被称为导体。阻止电子流动的材料被称为绝缘体。导体与绝缘体之间的材料被称为半导体。半导体是一种可以控制的兼职导体。半导体在电子领域非常有用。
二极管的工作原理
二极管是将电流引导到一个方向的电子元件。它们被称为有源元件IC同样的。它是由半导体制成的基本组件。它能调节电流,保持电压恒定,检测波浪。
首先,让我们回顾一下二极管中使用的半导体的性质。这种材料能导电吗?根据这个问题,它被分为导体、半导体和绝缘体。半导体是一种介于导电良好和非导电绝缘体之间的材料。
一般来说,金属具有良好的导电性,因为当金属元素相互结合时,每个原子的电子都成为自由电子。当施加电压时,金属晶体中的自由电子移动并携带电荷,这是电流的流动方式。
半导体可以表现为导体或绝缘体,这取决于通过它们的电流状态。半导体不像金属那样富含自由电子。当施加电压时,电子依次移动以填充缺失的空穴,或者它们携带的自由电子比金属键少。
根据电流机理的不同,半导体分为P型半导体和N型半导体;P类型半导体是前者的电子按顺序移动以填补空穴的半导体。硅等四价元素与硼或硼等三价添加剂混合,成为P型半导体。由于缺少电子,被认为是正电。
N型半导体是携带电的半导体,其自由电子比后者的金属键少。硅等四价元素与磷等一价添加剂混合,成为N型半导体。它被认为是负电荷,因为它有额外的电子。
在PN在二极管中,连接到P型半导体的电极称为阳极(A),连接到N型半导体的电极称为阴极(K)。(图1)
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当-连接到PN二极管的阳极侧, ”连接到PN当二极管阴极侧时,半导体中的电被吸引到电极侧,并在PN结处产生空白电区。因此,没有电流流动。(图2)
相反,如果 ”连接到阳极侧,“-”连接到阴极侧,半导体中的“ P和-电将在P和N结粘在一起,相互抵消,但下一个电会从电极发送,所以电流会流动。(图3)
通过这种方式,二极管只在固定方向上导电。我们在日常生活中经常看到的发光二极管(LED)通过电流设计PN结时发光。二极管也被用来支持我们的日常生活,因为我们看不到它们。
二极管的作用
二极管有以下四个主要角色。
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(1) 整改
由于一般电源中的交流电流,电流的方向总是在变化。二极管只允许电流沿特定方向流动,因此只能从交流电流中提取正电流。这被称为二极管的整流效应。
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(2) 无线电波检测
二极管在从无线电波中提取音频信号方面发挥作用。这被称为波检测。无线电波是通过将高频信号与语音等低频信号相结合而产生的。
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(3) 电压控制
一般来说,二极管只在某个方向承载电流,但当相反方向的电压超过一定值时,电压开始流动。然而,当反向电压超过一定值时,电压开始流动,即使电流增加,电压也不会改变。这被称为击穿,而击穿的电压被称为击穿电压或齐纳电压。 二极管电压控制采用屈服现象,这样使用的二极管称为齐纳二极管。
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(4)电流转换
当光照射到PN结时,结附近N侧的电子会移动。因此,只要光线闪烁,电力就会继续流动。这是太阳能电池的组成部分。 当没有从外部施加电压时,它充当电池,但是当施加电压时,它充当二极管。一些二极管响应可见光,而那些响应不可见光的二极管用于红外遥控器的光接收部分等应用。
二极管类型
有各种类型的二极管。以下是最常见类型的列表。
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硅二极管
最常见的PN二极管类型。通常指整流二极管。
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锗二极管
和硅二极管一样,这些都是组合PN二极管。它们通常用于检测波,因为它们的正向下降电压很低,特别是在流动电流小到0的情况下.1mA区域。但由于锗成本高,肖特基势垒二极管现在应用广泛。
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二极管肖特基
这是一种由粘合金属和半导体制成的二极管。与硅二极管相比,这些二极管具有优异的开关特性,因此用于高速电路。
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开关二极管
一种用于打开和关闭电源电路的二极管,如开关。当电压沿功率流方向施加时,它打开,当电压施加到功率不流动的方向时,它关闭。
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江崎二极管
使用诺贝尔奖得主Leona Esaki二极管发现隧穿效应。隧穿效应为杂质浓度高PN结二极管的一个特效应,结二极管的一个特性也允许电流流动。它们用于产生微波,因为它们的响应时间很快。
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发光二极管
当电流流过时,一种二极管PN结时,结点会发光。当电流流过半导体时,P半导体中的空穴与电子结合,能量以光的形式发射。它有时用作电源灯和整流器。
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齐纳二极管
在与电流正常流动方向相反的方向上施加电压的二极管。获得恒定电压,保护电路免受过压影响。
典型的二极管特性
在导通二极管之前,必须超过正阈值电压。正阈值电压必须足够高,以完全去除耗尽层,迫使电荷载流子在结点移动。对于硅二极管,正阈值电压约为0.6 V至0.7 V。锗二极管的正阈值电压约为0.2 V至0.3 V。
下图显示了小锗和硅二极管的典型特性。值得注意的是,二极管受到正电流和反电压的限制。这限制了基于二极管的物理尺寸和结构。
反向偏置二极管时,P与N型材料相比,型材料呈负偏置。在这种情况下,P型材料的负电位吸引正电荷载流子,并将其从结中拉开。同样,施加在N型材料的正电位也会从结中吸引负载流子。这使得结部区域耗尽;实际上不存在电荷载体。因此,结区成为绝缘体,电流流动受到抑制。反向偏置电位可增加到特定二极管额定的反向击穿电压。与最大正电流额定值一样,反向击穿电压由制造商指定。反向击穿电压通常远高于正阈值电压。典型的通用二极管可指定为0.6 V,反向击穿电压为200 V。如果超过后者,二极管可能会遭受不可逆转的损坏。