1、二極體的單向導電特性
二極體的內部是由一個PN結構成的,如下圖所示。
提示說明:PN結是指用特殊工藝把p型半導體和N型半導體結合在起後,在兩者的交界面上形成的特殊帶電薄層。P型半導體和N型半導體通常被稱為P區和N區。PN結的形成是由於P區存在大量正空穴而N區存在大量自由電子,因而出現載流子濃度上的差別,於是產生擴散運動。P區的正空穴向N區擴散,N區的自由電子向P區擴散,正空穴與自由電子運動的方向相反。
根據二極體的內部結構,在般情況下,只允許電流從正極流向負極,而不允許電流從負極流向正極,這就是二極體的單向導電性,如下圖所示。
提示說明:
當PN結外加正向電壓時,其內部的電流方向與電源提供的電流方向相同,電流很容易通過PN結形成電流迴路。此時,PN結呈低阻狀態(正偏狀態的阻抗較小),電路為導通狀態。
當PN結外加反向電壓時,其內部的電流方向與電源提供的電流方向相反,電流不易通過PN結形成迴路。此時,PN結墾高阻狀態,電路為截止狀態。
2、二極體的伏安特性
二極體的伏安特性是指加在二極體兩端電壓和流過二極體電流之間的關係曲線。二極體的伏安特性通常用來描述二極體 的性能,如下圖所示。
提示說明:
(1)正向特性
在電子電路中,將二極體的正極接在高電位端,負極接在低電位端,二極體就會導通,這種連接方式際為正向偏置。必須說明,當加在二極體兩端的正向電壓很小時,二極體仍然不能導通,流過二極體的正向電流十分微弱。只有當正向電壓達到某一數值(這一數值稱為「門檻電壓」,鍺管為0.2 ~ 0.3V, 矽管為0.6 ~ 0.7V)以後,二極體才能真正導通。導通後,二極體兩端的電壓基本上保持不變(鍺管約為0.3V,矽管約為0.7V),稱為二極體的「正向壓降」。
(2)反向特性
在電子電路中,二極體的正極接在低電位端,負極接在高電位端,此時二極體中幾乎沒有電流流過,二極體處於截止狀態,這種連接方式稱為反向偏置。二極體處於反向偏置時,仍然會有微弱的反向電流流過二極體,稱為漏電電流。反向電流(漏電電流)有兩個顯著特點: 一是受溫度影響很大;二是反向電壓不超過一定範圍時,其電流大小基本不變,即與反向電壓大小無關,因此反向電流又稱為反向飽和電流。
(3)擊穿特性
當二極體兩端的反向電壓增大到某一 數值時, 反向電流急劇增大,二極體將失去單方向導電特性,這種狀態稱為二極體的擊穿。
3、整流二極體的整流功能
整流二極體根據自身特性可構成整流電路,將原本交變的交流電壓信號整流成同相脈動的直流電壓信號,變換後的波形小於變換前的波形,如下圖所示。
一隻整流二極體構成的整流電路為半波整流電路,兩隻整流二極體可構成全波整流電路(兩個半波整流電路組合而成),如下圖所示。
另外,在電子產品電路中,由四隻整流二極體構成的橋式整流電路也十分常見,如下圖所示(有些產品中將四隻整流二極體封裝在一起構成一個獨立器件,稱為橋式整流堆)。
提示說明:
(1)整流二極體的整流作用是利用二極體單向導通、反向截止的特性。打個比方,將整流二極體想像為一個只能單方向打開的閘門,將交流電流看作不同流向的水流,如下圖所示。
(2)交流是電流交替變化的電流,如水流推動水車樣,交變的水流會使水車正向、反向交替運轉。在水流的通道中設有一閘門,正向流水時閘門被打開,水流推動水車運轉。水流反向流動時,閘門自動關閉。水不能反向流動,水車也不會反轉。在這樣的系統中,水只能正向流動。這就是整流功能。
4、穩壓二極體的穩壓功能
穩壓二極體的穩壓功能是指能夠將電路中某一點的電壓穩定地維持在一個固定值的功能。下圖為穩壓二極體構成的穩壓電路。
提示說明:
穩壓二極體VDZ的負極接外加電壓的高端,正極接外加電壓的低端。當穩壓二極體VDZ反向電壓接近穩壓二極體VDZ的擊穿電壓(5V)時,電流急劇增大,穩壓二極體VDZ擊穿狀態,在該狀態下,穩壓二極體兩端的電壓保持不變(5V),從而實現穩定直流電壓的功能。因此,市場上有各種不同穩壓值的穩壓二極體。
5、檢波二極體的檢波功能
檢波二極體具有較高的檢波效率和良好的頻率特性,常用在收音機的檢波電路中,如下圖所示。
提示說明:
第二中放輸出的調幅波加到檢波二極體VD的負極,由於檢波二極體的單向導電特性,因此負半周調幅波通過檢波二極體,正半周被截止,通過檢波二極體VD後,輸出的調幅波只有負半周。負半周的調幅波再由RC濾波器濾除其中的高頻成分,輸出其中的低頻成分,輸出的就是調製在載波上的音頻信號。這個過程稱為檢波。
老鐵們,下篇介紹幾種典型二極體檢測方法。
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