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  • 2021-07-21 01:35:54

    原标题:TVS二极管原理及其应用电路图

    TVS瞬态电压抑制二极管原理是什么?及其TVS二极管的应用范围有哪些呢?有些朋友还对它们感到陌生。今天就由小编为这些朋友讲解下TVS瞬态抑制二极管原理及其应用到底是怎么样的!

    TVS瞬态电压抑制二极管原理上讲,运用特性瞬态抑制二极管(TVS)又名钳位型二极管,是现在国际上遍及运用的一种高效能电路维护器材,它的外型与通常二极管一样,但却能吸收高达数千瓦的浪涌功率,它的首要特点是在反向运用条件下,当接受一个高能量的大脉冲时,其作业阻抗当即降至极低的导通值,然后答应大电流经过,一起把电压胁迫在预订水平,其呼应时刻仅为10-12毫秒,因而可有效地维护电子线路中的精细元器材。

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    TVS瞬态电压抑制二极管原理运用特性:

    瞬态抑制二极管(TVS)又名钳位型二极管,是现在国际上遍及运用的一种高效能电路维护器材,它的外型与通常二极管一样,但却能吸收高达数千瓦的浪涌功率,它的首要特点是在反向运用条件下,当接受一个高能量的大脉冲时,其作业阻抗当即降至极低的导通值,然后答应大电流经过,一起把电压胁迫在预订水平,其呼应时刻仅为10-12毫秒,因而可有效地维护电子线路中的精细元器材。 TVS二极管答应的正向浪涌电流在TA=250C,T=10ms条件下,可达50~200A。双向TVS二极管可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率,并把电压胁迫到预订水平, 双向TVS二极管适用于交流电路,单向TVS二极管通常用于直流电路。可用于防雷击、防过电压、抗搅扰、吸收浪涌功率等,是一种抱负的维护器材。耐受才能用瓦特(W)表明。

    TVS二极管的应用:

    现在已广泛运用于计算机体系、通讯设备、交/直流电源、轿车、电子镇流器、家用电器、仪器仪表(电度表)、RS232/422/423/485、 I/O、LAN、ISDN 、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、数字照相机的维护、共模/差模维护、RF耦合/IC驱动接纳维护、电机电磁波搅扰抑制、声频/视频输入、传感器/变速器、工控回路、继电器、接触器噪音的抑制等各个领域。

    TVS二极管的响应时间可以达到ps级,是限压型浪涌保护器件中最快的。用于电子电路的过电压保护时其响应速度都可满足要求。 TVS二极管的结电容根据制造工艺的不同,大体可分为两种类型,高结电容型TVS二极管一般在几百~几千pF的数量级,低结电容型TVS的结电容一般在几pF~几十pF的数量级。一般分立式TVS二极管的结电容都较高,表贴式TVS二极管中两种类型都有。在高频信号线路的保护中,应主要选用低结电容的TVS二极管。

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    TVS二极管具有的另一个优点是可灵活选用单向或双向保护器件,在单极性的信号电路和直流电源电路中,选用单向TVS二极管,可以获得比较低的残压。

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    TVS二极管主要可用于直流电源、信号线路、天馈线路的防雷保护。

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  • 图文详解二极管原理

    万次阅读 多人点赞 2018-12-07 09:48:53
    图文详解二极管原理 一. 概述 小伙伴们,大家好!我是小马哥。昨天和几个朋友一起吃饭,聊天过程中说到了二极管,旁边一妹子突然来了一句,二极管是啥,在做的几位顿时语噻,支支吾吾:灯泡?LED?发光管?反正傻傻...

    一. 概述

    小伙伴们,大家好!昨天和几个朋友一起吃饭,聊天过程中说到了二极管,旁边一妹子突然来了一句,二极管是啥,在做的几位顿时语噻,支支吾吾:灯泡?LED?发光管?反正傻傻说不清楚,其中还有一位是学电子的,说起二极管,大家都想起这个吧。
    在这里插入图片描述
    发光二极管在我们生活中是比较常见的,比如说:商业的走字灯,交通灯,LED屏幕,LED灯泡等等。二极管是一种用锗或者硅半导体材料做成的,半导体材料导电性能在常温下介于导体和绝缘体之间,一百多年前就有这个东西了,是半导体器件家族中的元老了。
    发光二极管只是二极管其中之一,还有许多不同用途的二极管:整流二极管、稳压二极管、光电二极管、开关二极管等。整流二极管在我们生活中比较常见,都用在交流转直流的电路中:手机充电器,电脑充电器,电动车充电器等等。

    二. PN结

    上面说到的那些二极管它们都有一个共同的性能,单向导电性,就是说电流只能从二极管的阳极进去,负极出去,反过来就不行了。为什么呢?二极管中有个叫PN结的东西,就是它阻止了电流逆流。接下来小马哥就给小伙伴们讲讲PN 结。
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    自然界中的物质,按照不同的导电性能分为了导体、半导体和绝缘体,半导体材料导电性能介于导体和绝缘体之间。常用的半导体材料有四价硅和锗(zhě)。什么是四价啊,就是最外层有四个电子。纯净的半导体又称为本征半导体,其导电能力较差,不能直接用来制造半导体器件,在本征半导体一边中用扩散工艺掺入三价元素(硼),另一边掺入五价元素(磷),就是把原来少量的硅原子或者锗原子替代了。
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    三价元素(硼),最外层只有三个电子,然而硅和锗有外层有四个电子,少了一个怎么办呀?那就形成了空穴,这个就是P型半导体。于是,P型半导体就成为了含空穴浓度较高的半导体。

    五价元素(磷)有五个电子,多一个怎么办?多出的一个电子几乎不受束缚,它就自由了,叫它自由电子,这个就是N型半导体。于是,N型半导体就成为了含电子浓度较高的半导体。

    扩散运动和漂移运动

    P型半导体和N型半导体结合后,P区内空穴和N区内自由电子多称为多子,P区内自由电子和N区内空穴几乎为零称为少子,在它们的交界处就出现了自由电子和空穴的浓度差。
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    由于P区的空穴浓度比N区高,空穴就往N区扩散,而N区的自由电子浓度比P区高,自由电子往P区扩散,就像一滴墨水滴在清水中,墨水本身浓度高,就往周围扩散,这就是扩散运动,P区的空穴和N区的自由电子就可能相遇,然后复合。什么是复合啊,把空穴比作房子,房子里面要住人啊,这时候自由电子就比作人了,然后他们就结合成一体了。

    P区和N区里面的杂质离子不能任意移动,为啥呀?因为杂质离子被周围的硅原子或者锗原子束缚了。在P和N区交界面附近,形成了一个很薄的空间电荷区,在这个区域内,多子已扩散到对方并复合掉了,或者说消耗殆尽了。

    P区和N区里面的杂质离子相互作用,N区杂质离子带正电荷,P区杂质离子带负电荷,在空间电荷区形成了内电场,扩散运动的进行使空间电荷区变宽,内电场也变强了。
    在这里插入图片描述
    这个内电场一方面阻止了扩散运动的进行,扩散就不容易进行下去;另一方面使空穴(少子)从N区往P区漂移,自由电子从P区往N区漂移,这个漂移可不是汽车漂移,是受N区高电势,P区低电势的内电场影响产生漂移,叫做少子漂移。

    慢慢的空间电荷区就稳定了。总结来说多子运动叫做扩散运动,少子运动就是漂移运动,当两种运动达到动态平衡就产生了PN结。在PN结加上相应的电级引线和管壳,就构成了半导体二极管。由P区引出的电极成为了正极,由N区引出的电极成为了负极。

    三. 导通和截止

    当PN结加正向导通电压就是把P区引脚加电源正极,N区引脚连接电源负极。电流方向由P区流向N区和PN 结内部的内电场相反,当电压大于内电场电压时,外部的电源抵消了其内电场。

    内电场抵消了,有利于扩散运动的进行,空间电荷区慢慢变成了P区和N区,当空间电荷区越来越薄,直到最薄的时候这时候会形成一个扩散电流,这时候二极管也就导通了,这时候的电压称为导通电压。
    在这里插入图片描述
    反之把P区引脚加电源负极,N区引脚连接电源正极,这时候电流流动的方向和内电场的方向相同,增强了内电场使得空间电荷区变宽,空穴会被拉向P区的方向,电子会被拉向N区的方向,从而阻止了扩散运动,形成了反向漏电流,由于电流非常小,这就是截止状态。

    反向电压增大到一定程度时,反向电流将突然增大。如果外电路不能限制电流,则电流会大到将PN结烧毁,这时候的电压成为击穿电压,这时候二极管就没用了。
    在这里插入图片描述
    二极管加正向偏置电压,死区OA区,由于正向电压比较小,二极管不导通,几乎没有电流,呈高阻状态,此时二极管两端的电压为死区电压,硅二极管为0.5V(锗管为0.1v),当正向电压高于一定的数值后,二极管中的电流随着电压的升高而增大,二极管导通,这时候的电压称为导通电压,也叫门槛电压。

    硅管导通电压为0.6V(锗管为0.2v),导通时二极管两端的电压保持不变,硅管0.7V(锗管为0.3v),这时候称为正向压降。

    在这里插入图片描述
    当电子与空穴复合时能辐射出可见光,PN结掺杂不同的化合物发出的光也不同,比如说镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等。然后加上引脚,用环氧树脂封装起来,通上正向电压发光二极管就这样发光了。

    稳压二极管利用了二极管反向击穿的特性,稳压二极管都是串联在电路中,当稳压二极管被击穿,尽管电流在很大的范围内变化,而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压上下。
    在这里插入图片描述
    在接二极管还要注意正负极,一般看外观来说,长引脚为正极,短引脚为负极,有些二极管的表面会有图形符号用万用表也可以测,把万用表调到二极管档,红黑表笔分别接二极管的两端,若此时万用表的读数小于1,红表笔接二极管的正极,黑表笔接二极管的负极。若读数为“1”,则黑表笔一端为正极。
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  • 二极管原理

    千次阅读 2018-05-16 14:05:53
    二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode),另外,还有早期的真空电子二极管;它是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子,这种电子器件按照外加电压的方向,具备单向电流的转导...

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    二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode),另外,还有早期的真空电子二极管;它是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子,这种电子器件按照外加电压的方向,具备单向电流的转导性。一般来讲,晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层,构成自建电场。当外加电压等于零时,由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态,这也是常态下的二极管特性。

    1.结构

    在PN结上加上引线和封装,就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。

    (1) 点接触型二极管--PN结面积小,结电容小,用于检波和变频等高频电路。

    (2) 面接触型二极管--PN结面积大,用于工频大电流整流电路。

    (3) 平面型二极管-往往用于集成电路制造工艺中。PN结面积可大可小,用于高频整流和开关电路中。

    2. 伏安特性及主要参数

    (1)伏安特性曲线

    P半导体二极管的伏安特性曲线如图4-10所示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线,处于第三象限的是反向伏安特性曲线。

    图4-.10 二极管的伏安特性曲线

    ● 正向特性

    当U>0,即处于正向特性区域。正向区又分为两段:

    当0

    当U>Uth时,开始出现正向电流,并按指数规律增长。

    硅二极管的死区电压Uth=0.5 V左右, 锗二极管的死区电压Uth=0.1 V左右。

    ● 反向特性

    当U<0时,即处于反向特性区域。反向区也分两个区域:

    当UBR

    (2)主要参数

    ① 最大整流电流ID:二极管长期连续工作时,允许通过二极管的最大正向平均电流。

    ② 反向工作峰值电压URWN:保证二极管不被反向击穿而规定的电压。在实际工作时,定为反向击穿电压的一半。

    ③ 反向峰值电流IRM:是二极管加上反向工作峰值时的反向饱和电流。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级;锗二极管在微安(mA)级。

    4.3.1 半导体二极管的结构类型

    在PN结上加上引线和封装,就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。它们的结构示意图如图01.11(a)、(b)、(c)所示。

    (1) 点接触型二极管——PN结面积小,结电容小,用于检波和变频等高频电路。

    (2) 面接触型二极管——PN结面积大,用于工频大电流整流电路。

    (3) 平面型二极管—往往用于集成电路制造工艺中。PN结面积可大可小,用于高频整流和开关电路中。

    图01.11 二极管的结构示意图

    4.3.2 半导体二极管的伏安特性曲线

    半导体二极管的伏安特性曲线如图01.12所示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线,处于第三象限的是反向伏安特性曲线。根据理论推导,二极管的伏安特性曲线可用下式表示

    式中IS 为反向饱和电流,V 为二极管两端的电压降,VT =kT/q 称为温度的电压当量,k为玻耳兹曼常数,q 为电子电荷量,T 为热力学温度。对于室温(相当T=300 K),则有VT=26 mV。

    图01.12 二极管的伏安特性曲线

    (1) 正向特性

    当V>0,即处于正向特性区域。正向区又分为两段:

    当0

    当V>Vth时,开始出现正向电流,并按指数规律增长。

    硅二极管的死区电压Vth=0.5 V左右,

    锗二极管的死区电压Vth=0.1 V左右。

    (2) 反向特性

    当V<0时,即处于反向特性区域。反向区也分两个区域:

    当VBR

    当V≥VBR时,反向电流急剧增加,VBR称为反向击穿电压。

    在反向区,硅二极管和锗二极管的特性有所不同。硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡,反向饱和电流也很小;锗二极管的反向击穿特性比较软,过渡比较圆滑,反向饱和电流较大。从击穿的机理上看,硅二极管若|VBR|≥7 V时,主要是雪崩击穿;若VBR≤4 V则主要是齐纳击穿,当在4 V~7 V之间两种击穿都有,有可能获得零温度系数点。

    1.3.3 半导体二极管的参数

    半导体二极管的参数包括最大整流电流IF、反向击穿电压VBR、最大反向工作电压VRM、反向电流IR、最高工作频率fmax和结电容Cj等。几个主要的参数介绍如下:

    (1) 最大整流电流IF——二极管长期连续工作时,允许通过二极管的最大整流电流的平均值。

    (2) 反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM——二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压VBR。为安全计,在实际工作时,最大反向工作电压VRM一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。

    (3) 反向电流IR——在室温下,在规定的反向电压下,一般是最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级;锗二极管在微安(uA)级。

    (4) 正向压降VF——在规定的正向电流下,二极管的正向电压降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下,约0.6~0.8 V;锗二极管约0.2~0.3 V。

    (5)动态电阻rd——反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。显然, rd与工作电流的大小有关,即

    rd =△VF /△IF

    1.3.4 半导体二极管的温度特性

    温度对二极管的性能有较大的影响,温度升高时,反向电流将呈指数规律增加,如硅二极管温度每增加8℃,反向电流将约增加一倍;锗二极管温度每增加12℃,反向电流大约增加一倍。另外,温度升高时,二极管的正向压降将减小,每增加1℃,正向压降VF(Vd)大约减小2 mV,即具有负的温度系数。这些可以从图01.13所示二极管的伏安特性曲线上看出。

     

     

    图01.13 温度对二极管伏安特性曲线的影响

    4.3.5 半导体二极管的型号

    国家标准对半导体器件型号的命名举例如下:

     

     

    4.3.6 稳压二极管

    稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完全一样,稳压二极管伏安特性曲线的反向区、符号和典型应用电路如图01.14所示。

     

     

    (a) 符号 (b) 伏安特性 (c) 应用电路

    图01.14 稳压二极管的伏安特性

    从稳压二极管的伏安特性曲线上可以确定稳压二极管的参数。

    (1) 稳定电压VZ ——在规定的稳压管反向工作电流IZ下,所对应的反向工作电压。

    (2)动态电阻rZ——其概念与一般二极管的动态电阻相同,只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。 RZ愈小,反映稳压管的击穿特性愈陡。

    rz =△VZ /△IZ

    (3)最大耗散功率 PZM ——稳压管的最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等条件。反向工作时,PN结的功率损耗为 PZ= VZ IZ,由 PZM和VZ可以决定IZmax。

    (4)最大稳定工作电流IZMAX 和最小稳定工作电流IZMIN ——稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率,即PZmax =VZIZmax 。而Izmin对应VZmin。 若IZ

    (5)稳定电压温度系数 ——温度的变化将使VZ改变,在稳压管中,当丨VZ丨 >7 V时,VZ具有正温度系数,反向击穿是雪崩击穿。

    当丨VZ丨<4 V时, VZ具有负温度系数,反向击穿是齐纳击穿。

    当4 V<丨VZ丨 <7 V时,稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。

    稳压二极管在工作时应反接,并串入一只电阻。

    电阻的作用一是起限流作用,以保护稳压管;其次是当输入电压或负载电流变化时,通过该电阻上电压降的变化,取出误差信号以调节稳压管的工作电流,从而起到稳压作用。


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    千次阅读 2021-10-23 19:36:07
    文章目录 前言 一、半导体导电特性 二、N型半导体和P型半导体 1.N型半导体 2.P型半导体 三、PN结原理 四、PN结的单向导电性 4.1 PN结加正向电压 4.2 PN结加反向电压 五、二极管 前言 看完视频后的笔记,视频链接点击...


    前言

    看完视频后的笔记,视频链接点击here
    二极管构成的逻辑函数缺点:电平有偏移,带负载能力差,只用于IC内部电路


    提示:以下是本篇文章正文内容,下面案例可供参考

    一、半导体导电特性

    半导体主要有以下三个特性:
    • 热敏性:随着环境温度的升高,半导体的导电能力随之上升
    • 光敏性:受到光照时,半导体的导电能力会发生明显变化
    • 掺杂性:向纯净的半导体中掺入某些杂质,半导体的导电能力会发生明显变化

    二、N型半导体和P型半导体

    1.N型半导体

    N型半导体掺杂了5价原子,半导体本身结构不改变,因而在构成共价键之后多出电子,这样构成的N价半导体自由电子数目大量增加,自由电子导电为主要的导电方式,称为电子半导体N型半导体

    • 多数载流子(多子):自由电子
    • 少数载流子(少子):空穴
      在这里插入图片描述

    2.P型半导体

    P型半导体掺杂了3价原子,半导体本身结构不改变,因而在构成共价键之后空穴数目大量增加,空穴导电为主要的导电方式,称为空穴半导体P型半导体

    • 多数载流子(多子):空穴
    • 少数载流子(少子):自由电子

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    三、PN结原理

    PN结:P型半导体和N型半导体交界面的特殊薄层

    • 多子的扩散运动:P型半导体的多子为空穴,N型半导体的多子为电子,由于扩散运动,空穴的运动方向为P->N,电子的移动方向为N->P,P型半导体中电子增加从而带上负电荷,N型半导体中由于空穴增加带上正电。
    • 少子的漂移运动:由于电荷之间同性相斥,异性相吸的,使得带负点的P型半导体会推动一部分电子向N型半导体移动,N型半导体中空穴也会有一部分向P型半导体移动。
    • 扩散和漂移最终会达到动态平衡,空间电荷区的厚度固定不变
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    四、PN结的单向导电性

    4.1 PN结加正向电压

    P接正极,N接负极
    P型半导体中多子为空穴,N型半导体中多子为电子,多子在电厂作用下定向移动,形成了较大的正向电流。正向电阻较小,处于导通状态
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    4.2 PN结加反向电压

    P接负极,N接正极
    少子在电厂作用下定向移动,形成了很小的正向电流。反向电阻较大,处于截止状态
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    五、二极管

    二极管构成:一个PN结加上引线与封装构成。
    根据二极管的构成,它也具有上述PN结正置导通,反置截止的性质,即单向导电性。
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    除此之外,二极管还具有伏安特性,正向电压不足以产生电流的区域称为二极管的死区,具体描述看别人的视频就可以。
    其实记住前面PN结的原理便可以很好地理解伏安特性,电压越高,多子流量越大,电流也就越大,根据I=U/R,电阻减小。
    反向击穿,可以当做把共价键打开了,因此原来PN结中的的少子并不能限制住流量,少子数目大量增多,电流飞速增加。
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