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  • 它的单项通性,相比于三极管的放大、饱和、截止状态,要简单易懂的多。虽然是个小器件,但其在日常各种电子设备中却应用广泛。比如在通信电源系统中,一个重要的环节就是把交流电转化为直流电,在此过程中,二极管...

    二极管大家都很熟悉,它是大学课堂中接触到的第一个半导体元件。

    它的单项导通性,相比于三极管的放大、饱和、截止状态,要简单易懂的多。

    虽然是个小器件,但其在日常各种电子设备中却应用广泛。

    比如在通信电源系统中,一个重要的环节就是把交流电转化为直流电,在此过程中,二极管发挥了重要的作用。

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    因此本文,将从7个方面出发,详细的介绍二极管的原理,这将为后续的整流滤波打下基础。

    1. 半导体基本知识
    2. 本征半导体
    3. 杂质半导体
    4. PN结的形成
    5. PN结的单向导电性
    6. 半导体二极管
    7. 二极管的伏安特性

    说到二极管是一个半导体器件,那么我们就从半导体说起:

    半导体基本知识

    定义:导电能力介于导体和绝缘体之间的物质,如硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物。

    半导体之所以引起人们的兴趣,并不在于导电特性介于导体与绝缘体之间,而是特殊的导电特性。

    这些特殊的导电特性有哪些呢?

    ①半导体的导电能力在不同的环境条件下,有很大的差别。

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    图1 各种颜色的发光二极管

    发光二极管、光电二极管、光敏二极管、光敏三极管、光电池、霍尔元件、热敏电阻、热电偶等。

    这些半导体,在一些特定的条件下,导电能力变化很大,可以把一些非电量转化为电量,实现自动控制。

    ②杂质对半导体导电能力的影响尤为显著。

    在半导体中摻入适当的杂质,可以将其导电能力增加几十万甚至几百万倍,从而可以利用到各种控制、放大电路中去。

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    ③有自由电子和空穴两种载流子导电。

    所谓载流子就是运载电荷的粒子。导体导电只有一种载流子,即自由电子导电;而本征半导体有两种载流子,即自由电子和空穴均参与导电。

    半导体为什么会有这些导电特性呢?

    本征半导体

    定义:不含杂质,具有晶体结构的半导体。

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    这种半导体原子结构,通常是4价元素构成。

    我们以硅原子为例。图3是其原子排列的平面图。

    相邻的两个原子的一对最外层电子(即价电子)不但各自围绕自身所属的原子核运动,而且出现在相邻原子所属的轨道上,成为共用电子,这样的组合称为共价键结构。

    在常温下,由于共价键具有很强的结合力,仅有极少数的价电子由于热运动(热激发)获得足够的能量,从而挣脱共价键的束缚变成自由电子。

    那么此时,在共价键中留下一个空位置,称为空穴

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    在外电场作用下,自由电子定向运动就形成了电子电流;

    价电子按一定方向依次填补空穴,就形成了空穴电流。

    注意:本征半导体中两种载流子的运动方向相反,但是电流方向是一致的。本征半导体中的电流是两个电流之和。

    半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象称为本征激发

    本征半导体中的自由电子和空穴总是成对的出现,同时也会不断的复合。

    所谓复合,就是自由电子在运动的过程中,如果与空穴相遇就会填补空穴,使两者同时消失。

    激发与复合达到动态平和,半导体中的载流子数目基本稳定了。

    杂质半导体

    通过扩散工艺,在本征半导体中摻入少量合适的杂质元素,便可得到杂质半导体。

    ①N(电子)型半导体:电子电流为主要导电的半导体。

    在纯净的半导体当中,摻入五价元素,例如磷或者砷,自由电子数目增多(多数载流子),空穴数目相对减少(少数载流子)。

    磷原子相比硅原子,在最外层多了一个电子,这个电子就多出来了,“没啥事情可做”。

    多出的电子不受共价键的束缚,只需获得很少的能量,就成为自由电子,

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    磷原子由于失去了一个电子,则带正电。

    对于N型半导体,自由电子的浓度大于空穴的浓度,故称为自由电子为多数载流子,空穴为少数载流子。

    ②P(空穴)型半导体:空穴电流为主要的导电电流。

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    硼原子的最外层电子只有3个,摻入本征半导体中,就会多余出一个空穴,吸引相邻的价电子来填补这个空穴。因此空穴变成了多数载流子,硼原子由于得到一个电子,而带负电。

    PN结的形成

    将一块P型和N型半导体,有机的结合成一个整体后,在它们的交界处,就会形成一个空间电荷区,称为PN结,或称为阻挡层或称耗尽区。

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    图8的左边是P型半导体,空穴是多数载流子。

    右边是N型半导体,自由电子是多数载流子。

    物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动。

    那么,在交接面处,由于浓度的不同,N型半导体中的自由电子向P型半导体扩散,P型中的 空穴向N型半导体中运动。

    这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动

    由于扩散到P区的自由电子与空穴复合,而扩散到N区的空穴与自由电子复合,所以在交界面附近多字的浓度下降,P区出现负离子区,N区出现正离子区,它们是不能移动的,称为空间电荷区,从而形成内电场。

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    随着扩散运动的进行,空间电荷区加宽,内电场增强,其方向由N区指向P区,正好阻止扩散运动的进行。

    在电场力作用下,载流子的运动称为漂移运动。当空间电荷区形成后,在内电场作用下,少子产生漂移运动,空穴从N区向P区运动,而自由电子从P区向N区运动。在无外电场和其它激发作用下,参与扩散运动的多字数目等于参与漂移运动的少字数目,从而达到动态平衡,形成PN结。

    PN结的单向导电性

    在PN结两端外加电压,破坏原来的平衡。

    当电源的正极接到PN结的P端,且电源的负极接到PN结的N端,称为PN结外加正向电压。

    此时外电场将多数载流子推向空间电荷区,使其变窄,削弱了内电场,破坏了原来的平衡,使扩散运动加剧,漂移运动减弱。由于电源的作用,扩散运动将源源不断地进行,从而形成正向电流,PN结导通。

    PN结导通时的结压降只有零点几伏,因而应在它所在的回路中串联一个电阻,以限制回路的电流,防止PN结因正向电流过大而损坏。

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    PN结加反向电压,加强了PN结的内电场,PN结变宽,电路截止。

    此时外电场使空间电荷区变宽,加强了内电场,阻止扩散运动的进行,而加剧漂移运动的进行,形成反向电流,也称为漂移电流。

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    因为少子数目极少,即使所有的少子都参与漂移运动,反向电流也非常小,所以在近似分析中常将它忽略不计,认为PN结外加反向电压时处于截止状态。

    半导体二极管

    二极管可以理解成一个PN结。

    就是将PN结用外壳封装起来,并加上电极引线就构成了半导体二极管。

    它的几种常见结构有:点接触型、面接触型。

    ①点接触型:PN结结面小、结电容小、电流小,适合于高频小功率工作(检波、开关)

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    ②面接触型:PN结结面大、结电容大、电流大,适合于低频整流电路。

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    二极管伏安特性

    实际测试二极管的伏安特性可以发现,只有在正向电压足够大时,正向电流才从零随着端电压按指数规律增大。使二极管开始导通的临界电压称为开启电压。

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    当二极管所加反向电压的数值足够大时,将使二极管击穿,这个临界电压,叫做击穿电压UBR

    不同型号二极管的击穿电压差别很大,从几十伏到几千伏。

    通过二极管的电流与其两端所加电压的关系曲线,即I=f(U)

    ①正向特性

    正向电压加的比较少的时候,二极管并没有导通。

    一旦正向电压超过了某个临界点,这个临界电压叫做死区电压,二极管就会导通。

    二极管的正向压降根据使用材料不同而不同。

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    图15 发光二极管的导通电压达到2.5V

    硅管比锗管要大些。

    ②反向特性

    当反方向电压增加在一定范围内的时候,二极管并没有导通,反向电流几乎为零,二极管反向截止。

    当方向增加到UBR,使二极管反向击穿。

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    图16 二极管的电路符号

    使二极管损坏,因此这个电压称之为反向击穿电压Breakdown。通常我们在使用时,要控制二极管的反向电压达不到击穿电压。

    注意:二极管的特性受温度影响大,当温度升高时,二极管的正、反向电流都要增加,而反向电流都要增加,而反向击穿电压却要下降,使用时尤其注意。

    ③主要参数

    最大整流电流Iom:二极管长期使用时,允许通过二极管的最大正向平均电流。

    最高反向工作电压:保证二极管不被反向击穿的反向电压通过Urwm=Ubr。

    最大反向电流Irm:二极管在最高反向工作电流Urwm时的反向电流值,通常硅管反向电流较小,小于几微安。锗管反向电流较大,几十到几百微安。

    静态(直流)电阻Rd。

    动态(交流)电阻rD。

    二极管的结电容。

    ④二极管的简单测试

    可以通过指针式万用表:

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    图17 万用表测试

    黑表笔(-):带正电

    红表笔(+):带负电

    先测正向电阻,这个时候电阻比较小,读数几百欧~几兆欧

    换接下表笔

    读数:几千欧~几兆欧

    这样可以判断二极管的级性。

    总结

    本文主要介绍了半导体,杂质半导体,PN结的形成与导电特性,引出二极管的概念,并阐述了二极管的特性曲线。

    这些内容将是后续学习整流电流的基础,也是学习三极管的预备。

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  • 发光二极管

    2021-04-23 10:28:58
    发光二极管型号有哪些? 通俗单色发光二极管 通俗单色发光二极管具有体积孝工作电压低、工作电流孝发光均匀不变、响应速度快、寿命长等优点,可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。它属于电流控制型半导体器件,...

    发光二极管型号有哪些?

    通俗单色发光二极管
    通俗单色发光二极管具有体积孝工作电压低、工作电流孝发光均匀不变、响应速度快、寿命长等优点,可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。它属于电流控制型半导体器件,应用时需串接合适的限流电阻。常用的国产通俗单色发光二极管有BT(厂标型号)系列、FG(部标型号)系列和2EF系列。常用的进口通俗单色发光二极管有SLR系列和SLC系列等。

    高亮度发光二极管
    高亮度单色发光二极管和超高亮度单色发光二极管应用的半导体材料与通俗单色发光二极管不同,所以发光的强度也不同。平日,高亮度单色发光二极管应用砷铝化镓(GaAlAs)等材料,超高亮度单色发光二极管应用磷铟砷化镓(GaAsInP)等材料,而通俗单色发光二极管应用磷化镓(GaP)或磷砷化镓(GaAsP)等材料。

    变色发光二极管
    变色发光二极管是能变换发光色彩的发光二极管。变色发光二极管发光色彩种类可分为双色发光二极管、三色发光二极管和多色(有红、蓝、绿、白四种色彩)发光二极管。变色发光二极管按引脚数量可分为二端变色发光二极管、三端变色发光二极管、四端变色发光二极管和六端变色发光二极管。常用的双色发光二极管有2EF系列和TB系列,常用的三色发光二极管有2EF302、2EF312、2EF322等型号。

    电压控制型发光二极管
    通俗发光二极管属于电流控制型器件,在应用时需串接恰当阻值的限流电阻。电压控制型发光二极管(BTV)是将发光二极管和限流电阻集成制造为一体,应用时可直接并接在电源两端。

    红外发光二极管
    红外发光二极管也称红外线发射二极管,它是可以将电能直接转换成红外光(不成见光)并能辐射出往的发光器件,重要应用于各种光控及远控发射电路中。红外发光二极管的结构、道理与通俗发光二极管邻近,只是应用的半导体材料不同。红外发光二极管平日应用砷化镓(GaAs)、砷铝化镓(GaAlAs)等材料,采用全透明或浅蓝色、玄色的树脂封装。
    常用的红外发光二极管有SIR系列、SIM系列、PLT系列、GL系列、HIR系列和HG系列等。

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    二极管(Diode)

    算是半导体家族中的分立元器件中最简单的一类,其最明显的性质就是它的单向导电特性,就是说电流只能从一边过去,却不能从另一边过来(从正极流向负极)。本文从二极管的分类、命名方法,到常用二极管的特点及选用。也是模拟电路基础的,第一课内容。

    一、基础知识
    1、二极管的分类

    二极管的种类有很多,按照所用的半导体材料,可分为锗二极管(Ge管)和硅二极管(Si管);按照管芯结构,又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。

    根据二极管的不同用途,可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、肖特基二极管、发光二极管等。

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    2、二极管的型号命名方法

    (1)按照国产半导体器件型号命名方法:二极管的型号命名由五个部分组成:主称、材料与极性、类别、序号和规格号(同一类产品的档次)。

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    (2)日本半导体器件命名型号由以下5部分组成:

    第一部分:用数字表示半导体器件有效数目和类型;“1”表示二极管,“2”表示三极管。

    第二部分:用“S”表示已在日本电子工业协会登记的半导体器件;

    第三部分:用字母表示该器件使用材料、极性和类型;

    第四部分:表示该器件在日本电子工业协会的登记号;

    第五部分:表示同一型号的改进型产品。

    3、几种常见二极管特点

    (1)整流二极管

    将交流电源整流成为直流电流的二极管叫作整流二极管,因结电容大,故工作频率低。

    通常,IF 在 1 安以上的二极管采用金属壳封装,以利于散热;IF 在 1 安以下的采用全塑料封装。

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    (2)开关二极管

    在脉冲数字电路中,用于接通和关断电路的二极管叫开关二极管,其特点是反向恢复时间短,能满足高频和超高频应用的需要。

    开关二极管有接触型,平面型和扩散台面型几种,一般 IF<500 毫安的硅开关二极管,多采用全密封环氧树脂,陶瓷片状封装。

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    (3)稳压二极管

    稳压二极管是由硅材料制成的面结合型晶体二极管,因为它能在电路中起稳压作用,故称为稳压二极管。

    它是利用 PN 结反向击穿时的电压基本上不随电流的变化而变化的特点,来达到稳压的目的。

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    (4)变容二极管

    变容二极管是利用 PN 结的电容随外加偏压而变化这一特性制成的非线性电容元件,被广泛地用于参量放大器,电子调谐及倍频器等微波电路中。

    变容二极管主要是通过结构设计及工艺等一系列途径来突出电容与电压的非线性关系,并提高 Q 值以适合应用。
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    (5)TVS二极管

    TVS二极管(Transient Voltage Suppresser 瞬态电压抑制器)是和被保护电路并联的,当瞬态电压超过电路的正常工作电压时,二极管发生雪崩,为瞬态电流提供通路,使内部电路免遭超额电压的击穿或超额电流的过热烧毁。

    由于 TVS 二极管的结面积较大,使得它具有泄放瞬态大电流的优点,具有理想的保护作用。

    二、二极管的参数选择
    (1)额定正向工作电流

    额定正向工作电流指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。

    (2)最大浪涌电流

    最大浪涌电流,是允许流过的过量正向电流,它不是正常电流,而是瞬间电流。其值通常是额定正向工作电流的20倍左右。

    (3)最高反向工作电压

    加在二极管两端的反向工作电压高到一定值时,管子将会击穿,失去单向导电能力。为了保证使用安全,规定了最高反向工作电值。例如,lN4001二极管反向耐压为50V,lN4007的反向耐压为1000V。

    (4)反向电流

    反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下,流过二极管的反向电流。反向电流越小,管子的单方向导电性能越好。

    反向电流与温度密切相关,大约温度每升高10℃,反向电流增大一倍。

    硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。

    (5)反向恢复时间

    从正向电压变成反向电压时,电流一般不能瞬时截止,要延迟一点点时间,这个时间就是反向恢复时间。它直接影响二极管的开关速度。

    (6)最大功率

    最大功率就是加在二极管两端的电压乘以流过的电流。这个极限参数对稳压二极管等显得特别。

    (7)频率特性

    由于结电容的存在,当频率高到某一程度时,容抗小到使 PN 结短路。导致二极管失去单向导电性,不能工作,PN 结面积越大,结电容也越大,越不能在高频情况下工作。

    2、不同二极管的选用

    (1)检波二极管

    检波二极管一般可选用点接触型锗二极管,选用时,应根据电路的具体要求来选择工作频率高、反向电流小、正向电流足够大的检波二极管。

    (2)整流二极管

    整流二极管一般为平面型硅二极管,用于各种电源整流电路中。选用整流二极管时,主要应考虑其最大整流电流、最大反向工作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管,对截止频率的反向恢复时间要求不高,只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管即可。

    (3)稳压二极管

    稳压二极管一般用在稳压电源中作为基准电压源或用在过电压保护电路中作为保护二极管。选用的稳压二极管,应满足应用电路中主要参数的要求。稳压二极管的稳定电压值应与应用电路的基准电压值相同,稳压二极管的最大稳定电流应高于应用电路的最大负载电流50%左右。

    (4)开关二极管

    开关二极管主要应用于收录机、电视机、影碟机等家用电器及电子设备有开关电路、检波电路、高频脉冲整流电路等。

    中速开关电路和检波电路,可以选用2AK系列普通开关二极管。高速开关电路可以选用RLS系列、1SS系列、1N系列、2CK系列的高速开关二极管。

    要根据应用电路的主要参数(如正向电流、最高反向电压、反向恢复时间等)来选择开关二极管的具体型号。

    (5)变容二极管

    选用变容二极管时,应着重考虑其工作频率、最高反向工作电压、最大正向电流和零偏压结电容等参数是否符合应用电路的要求,应选用结电容变化大、高Q值、反向漏电流小的变容二极管。

    3、TVS二极管选型
    (1)最小击穿电压VBR和击穿电流I R 。 VBR是TVS最小的击穿电压,在25℃时,低于这个电压TVS是不会产生雪崩的。当TVS流过规定的1mA电流(IR )时,加于TVS两极的电压为其最小击穿电压V BR 。按TVS的VBR与标准值的离散程度,可把VBR分为5%和10%两种。对于5%的VBR来说,VWM =0.85VBR;对于10%的VBR来说,V WM =0.81VBR。为了满足IEC61000-4-2国际标准,TVS二极管必须达到可以处理最小8kV(接触)和15kV(空气)的ESD冲击,部份半导体厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。对于某些有特殊要求的可携设备应用,设计者可以依需要挑选元件。

    (2)最大反向漏电流ID和额定反向切断电压VWM。 VWM是二极管在正常状态时可承受的电压,此电压应大于或等于被保护电路的正常工作电压,否则二极管会不断截止回路电压;但它又需要尽量与被保护回路的正常工作电压接近,这样才不会在TVS工作以前使整个回路面对过压威胁。当这个额定反向切断电压VWM加于TVS的两极间时它处于反向切断状态,流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流ID。

    (3)最大钳位电压VC和最大峰值脉冲电流I PP 。当持续时间为20ms的脉冲峰值电流IPP流过TVS时,在其两端出现的最大峰值电压为VC。 V C 、IPP反映了TVS的突波抑制能力。 VC与VBR之比称为钳位因子,一般在1.2~1.4之间。 VC是二极管在截止状态提供的电压,也就是在ESD冲击状态时通过TVS的电压,它不能大于被保护回路的可承受极限电压,否则元件面临被损伤的危险。

    (4)Pppm额定脉冲功率,这是基于最大截止电压和此时的峰值脉冲电流。对于手持设备,一般来说500W的TVS就足够了。最大峰值脉冲功耗PM是TVS能承受的最大峰值脉冲功耗值。在特定的最大钳位电压下,功耗PM越大,其突波电流的承受能力越大。在特定的功耗PM下,钳位电压VC越低,其突波电流的承受能力越大。另外,峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且,TVS所能承受的瞬态脉冲是不重覆的,元件规定的脉冲重覆频率(持续时间与间歇时间之比)为0.01%。如果电路内出现重覆性脉冲,应考虑脉冲功率的累积,有可能损坏TVS。

    (5)电容器量C。电容器量C是由TVS雪崩结截面决定的,是在特定的1MHz频率下测得的。C的大小与TVS管的电流承受能力成正比,C太大将使讯号衰减。因此,C是数据介面电路选用TVS的重要参数。电容器对于数据/讯号频率越高的回路,二极管的电容器对电路的干扰越大,形成噪音或衰减讯号强度,因此需要根据回路的特性来决定所选元件的电容器范围。高频回路一般选择电容器应尽量小(如SAC(500W,50pF,±10%)、LCE(1.5KW,100pF)、低电容器TVS),而对电容器要求不高的回路电容器选择可高于40pF。

    4、肖特基二极管与普通二极管的区别
    硅管的初始导通压降是0.5V左右,正常导通压降是0.7V左右,在接近极限电流情况下导通压降是1V左右;锗管的初始导通压降是0.2V左右,正常导通压降是0.3V左右,在接近极限电流情况下导通压降是0.4V左右,肖特基二极管的初始导通压降是0.4V左右,正常导通压降是0.5V左右,在接近极限电流情况下导通压降是0.8V左右。

    两种二极管都是单向导电,可用于整流场合。区别是普通硅二极管的耐压可以做得较高,但是它的恢复速度低,只能用在低频的整流上,如果是高频的就会因为无法快速恢复而发生反向漏电,最后导致管子严重发热烧毁;肖特基二极管的耐压能常较低,但是它的恢复速度快,可以用在高频场合,故开关电源采用此种二极管作为整流输出用,尽管如此,开关电源上的整流管温度还是很高的。

    快恢复二极管是指反向恢复时间很短的二极管(5us以下),工艺上多采用掺金措施,结构上有采用PN结型结构,有的采用改进的PIN结构。其正向压降高于普通二极管(1-2V),反向耐压多在1200V以下。从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长,后者则在100纳秒以下。 肖特基二极管是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管,简称肖特基二极管(Schottky Barrier Diode),具有正向压降低(0.4–0.5V)、反向恢复时间很短(10-40纳秒),而且反向漏电流较大,耐压低,一般低于150V,多用于低电压场合。 这两种管子通常用于开关电源。 肖特基二极管和快恢复二极管区别:前者的恢复时间比后者小一百倍左右,前者的反向恢复时间大约为几纳秒~! 前者的优点还有低功耗,大电流,超高速!电气特性当然都是二极管阿!快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件。

    4、肖特基二极管与快恢复二极管的区别

    肖特基二极管:

    反向耐压值较低(一般小于150V),通态压降0.3-0.6V,小于10nS的反向恢复时间。它是有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。

    其金属层除材料外,还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓,多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的,所以,其反向饱和电流较以少数载流子导电的

    PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微,所以其频率响仅为RC时间常数限制,因而,它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且,MIS(金属-绝缘体-半导体)肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。

    快恢复二极管:有0.8-1.1V的正向导通压降,35-85nS的反向恢复时间,在导通和截止之间迅速转换,提高了器件的使用频率并改善了波形。快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的

    扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压.

    目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件.

    快恢复二极管FRD(Fast Recovery Diode)是近年来问世的新型半导体器件,具有开关特性好,反向恢复时间短、正向电流大、体积小、安装简便等优点。超快恢复二极管SRD(Superfast Recovery Diode),则是在快恢复二极管基础上发展而成的,其反向恢复时间trr值已接近于肖特基二极管的指标。它们可广泛用于开关电源、脉宽调制器(PWM)、不间断电源(UPS)、交流电动机变频调速(VVVF)、高频加热等装置中,作高频、大电流的续流二极管或整流管,是极有发展前途的电力、电子半导体器件。

    肖特基二极管:反向耐压值较低(一般小于 150V),通态压降 0.3-0.6V,小于 10nS 的反向恢复 时间。它是有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除材料外, 还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓,多为 N 型半导体。这种器件是由多数载流子导电的,所以,其反向饱和电流较以少数载流子导电的 PN 结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微,所以其频率响仅为 RC 时间常数限制,因而,它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达 100GHz。并且,MIS(金属-绝缘体-半导体)肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。

    快恢复二极管:有 0.8-1.1V 的正向导通压降,35-85nS 的反向恢复时间,在导通和截止之间 迅速转换,提高了器件的使用频率并改善了波形。快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的 扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆 变电源中做整流元件.快恢复二极管 FRD(Fast Recovery Diode)是近年来问世的新型半导体器件,具有开关特性 好,反向恢复时间短、正向电流大、体积小、安装简便等优点。超快恢复二极管 SRD(Superfast Recovery Diode),则是在快恢复二极管基础上发展而成的,其反向恢复时间 trr 值已接近于肖特 基二极管的指标。它们可广泛用于开关电源、脉宽调制器(PWM)、不间断电源(UPS)、交流 电动机变频调速(VVVF)、高频加热等装置中,作高频、大电流的续流二极管或整流管,是极 有发展前途的电力、电子半导体器件。

    5、TVS二极管与ESD防护二极管的区别
    TVS瞬态电压抑制这里不论TV是如何产生的,比如直接或者间接的雷击,静电放电,大容量的负载投切等因素导致的浪涌.电压从几伏到几十千伏甚至更高.ESD静电放电保护其中主要应用是HBM 和 MM,简单说,就是人或者设备对器件放电(静电),但是器件不能损坏.

    典型的HBM CLASS 1C模型规定一个充电1000V-2000V的100pF的电容通过一个1500欧姆的电阻对器件放电. MM模型要比人体模型能量大一些.电容是200pF,电压大概在200-400之间,不过没有串联电阻了. 典型的人体模型放电,峰值电流小于0.75A,时间150ns 典型的机器模型放电,峰值电流小于8A,时间5ns 典型的雷击浪涌(电力线入线处使用的TVS)峰值电流3000A,时间20us

    TVS二极管和ESD防护二极管原理是一样的,但根据功率和封装来分就不一样. ESD防护二极管和TVS比较的话,要看用在那些用途上,像ESD主要是用来防静电,防静电就要求电容值低,一般是1–3.5PF之间为最好.而TVS就做不到这一点,TVS的电容值比较高。

    限流电阻的计算

    在这里插入图片描述
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    测量二极管的电压

    测量结果(点亮就是包含限流电阻,没点亮就是没有包含限流电阻,都没按下开关

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    测量图片
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    引用:1. 原文
    2.原文
    3.原文

    原文所在:在这里插入图片描述

    原文:布尔青年

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  • LED临界导通状态下的电压称为阈值电压,根据图7中的拟合公式算出拟合直线与横轴交点 得到5种LED的正常电压,为后续测试的正常发光条件做准备。根据公式λ=[(hc)/e]Ud和上述数据,计算发光二极管的发光波长与理论主...
  • 发光二极管(一)- 基础知识

    千次阅读 2019-12-19 16:20:35
    发光二极管(Light Emitting Diode)简称LED,是一种会发光的半导体组件且具备二极管的电子特性。本篇文章将介绍下LED的基础知识。 工作原理 发光二极管核心是二极管的空穴和电子在电压作用下从电极流向PN结。当空穴...

    发光二极管(Light Emitting Diode)简称LED,是一种会发光的半导体组件且具备二极管的电子特性。本篇文章将介绍下LED的基础知识。

    工作原理

    发光二极管核心是二极管的空穴和电子在电压作用下从电极流向PN结。当空穴和电子相遇而产生复合,电子会跌落到较低的能阶,同时以光的形式释放出能量。如下所示:
    在这里插入图片描述

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    LED根据不同的使用材料,发出不同的颜色(发光波长)。下图是可见光的波长分布:

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    白色光是复合产生的,下面是常用的两种方法。

    1. 蓝色LED+黄色荧光体

    蓝色LED与其辅助色即黄色荧光体组合,获得白色光。该方式与其他方式相比,结构简单、效率高,因此目前已成为主流。

    在这里插入图片描述

    1. RGB复合得到

    光的三基色通过配合可以得到任何颜色的光,该方式比起照明用途,更多的用于全彩LED显示设备。

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    LED分类与种类

    • 直插式

    按外观分类:一般圆柱型外观有3mm,5mm,8mm等。

    一般根据引脚长短区分正负极(长正短负)。

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    • 表贴式

    根据外形分类:0402,0603,0805,1206,3030,3528,5050等等。

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    电学特性

    • 伏安特性

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    1. A点是开启电压,电压开启点以前是截止状态。从A点以后随着电压的升高,电流以指数形式增加。
    2. AC段为正向工作区,LED与普通二极管正向导通电压要高一般大于1V。下图是不同颜色在20mA工作电流下正向导通电压。

    在这里插入图片描述

    1. 正向导通电流:正常情况下不应超过最大值的60%。
    2. 最大反向电压:当加载反向电压超过一定值后,LED将会烧毁。
    3. 反向漏电流:正向电压下,反向漏电刘是少子的运动很小,一般<10uA。反向漏电流越小,说明LED单向导电性越小。
    4. 功耗:正向导通电流*正向导通电压即为消耗功率。应保证小于最大允许功率。

    光学特性

    • 发光强度

    表示从特定方向观测到的亮度。单位为cd(坎德拉)。
    比较光强时需要特别注意指向角,光强是指单位立体角内发出的光通量。透镜作为LED封装的组成部分可以向特定方向集中光输出(用透镜集光),即使光输出小也能集光,因此光强变大。比较技术资料时,需要根据指向角和光强进行判断。

    • 光通量

    指从光源发射出来的全部光量。单位为lm(流明)。

    • 峰值波长 λP[nm]

    指LED发出的光谱输出值最高的波长,单位为nm(纳米)。
    设计LED时采用峰值波长进行设计,但实际用人眼比较波长时使用主波长进行比较。

    • 主波长 λD[nm]

    LED一般用波长表示颜色。主波长相当于眼睛看到的颜色所对应的波长,与发光波长的峰值波长有差异。

    • 色度坐标 x, y:

    L指用二维正交坐标系表示LED发光颜色的刺激值,一般使用x y坐标系。

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    • 指向角

    表示LED光辐射的范围。单位为 “度” 。 将封装倾斜观察光输出时,用于判断从输出的极限值位置能观测多大角度。将输出达到峰值一半时的角度乘以2倍(从正面看时相当于左右端)的值叫做指向角。


    LED电路

    1. 串联电路

    当LED以恒压驱动方式串联点亮时,通常如下图所示,电路中包含与LED串联的电阻,用于控制电流。限流电阻值由正向电压和电流计算所得。

    在这里插入图片描述

    1. 并联电路

    将LED以恒压驱动方式并列排列时,建议给每列LED加入控制电阻。

    在这里插入图片描述


    参考

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  • 为什么发光二极管采用正向偏置而光电二极管采用反向偏置
  • 开关二极管导通和截止条件

    万次阅读 多人点赞 2014-08-12 23:27:50
    同理,NPN 型三极管的导通电压是 b 极比 e 极高 0.7V,总之是箭头的始端比末端高 0.7V 就可以导通三极管的 e 极和 c 极。这就是关于“导通电压顺箭头过,电压导通”的解释,我们来看图 3-7。 图 3-7 三极管...
    三极管在我们数字电路和模拟电路中都有大量的应用,在我们开发板上也用了多个三极管。在我们板子上的 LED 小灯部分,就有这个三极管的应用了,图 3-5 的 LED 电路中的 Q16就是一个 PNP 型的三极管。 
    
    图 3-5  LED 电路
    图 3-5  LED 电路

    三极管的初步认识

    三极管是一种很常用的控制和驱动器件,常用的三极管根据材料分有硅管和锗管两种,原理相同,压降略有不同,硅管用的较普遍,而锗管应用较少,本课程就用硅管的参数来进行讲解。 三极管有 2 种类型,分别是 PNP 型和 NPN 型。 先来认识一下,如图 3-6。
    图 3-6  三极管示意图
    图 3-6  三极管示意图

    三极管一共有 3 个极,从图 3-6 来看,横向左侧的引脚叫做基极(base),中间有一个箭头,一头连接基极,另外一头连接的是发射极 e(emitter),那剩下的一个引脚就是集电极 c(collector)了。这是必须要记住的内容,死记硬背即可,后边慢慢用的多了,每次死记硬背一次,多次以后就会深入脑海了。

    三极管的原理

    三极管有截止、放大、饱和三种工作状态。放大状态主要应用于模拟电路中,且用法和计算方法也比较复杂,我们暂时用不到。而数字电路主要使用的是三极管的开关特性,只用到了截止与饱和两种状态,所以我们也只来讲解这两种用法。三极管的类型和用法我给大家总结了一句口诀,大家要把这句口诀记牢了: 箭头朝内 PNP,导通电压顺箭头过,电压导通,电流控制。

    下面我们一句一句来解析口诀。大家可以看图 3-6,三极管有 2 种类型,箭头朝内就是PNP,那箭头朝外的自然就是 NPN 了,在实际应用中,要根据实际电路的需求来选择到底用哪种类型,大家多用几次也就会了,很简单。

    三极管的用法特点,关键点在于 b 极(基极)和 e 级(发射极)之间的电压情况,对于PNP 而言,e 极电压只要高于 b 级 0.7V 以上,这个三极管 e 级和 c 级之间就可以顺利导通。也就是说,控制端在 b 和 e 之间,被控制端是 e 和 c 之间。同理,NPN 型三极管的导通电压是 b 极比 e 极高 0.7V,总之是箭头的始端比末端高 0.7V 就可以导通三极管的 e 极和 c 极。这就是关于“导通电压顺箭头过,电压导通”的解释,我们来看图 3-7。
    图 3-7  三极管的用法
    图 3-7  三极管的用法

    我们以图 3-7 为例介绍一下。三极管基极通过一个 10K 的电阻接到了单片机的一个 IO口上,假定是 P1.0,发射极直接接到 5V 的电源上,集电极接了一个 LED 小灯,并且串联了一个 1K 的限流电阻最终接到了电源负极 GND 上。

    如果 P1.0 由我们的程序给一个高电平 1,那么基极 b 和发射极 e 都是 5V,也就是说 e到 b 不会产生一个 0.7V 的压降,这个时候,发射极和集电极也就不会导通,那么竖着看这个电路在三极管处是断开的,没有电流通过,LED2 小灯也就不会亮。如果程序给 P1.0 一个低电平 0,这时 e 极还是 5V,于是 e 和 b 之间产生了压差,三极管 e 和 b 之间也就导通了,三极管 e 和 b 之间大概有 0.7V 的压降,那还有(5-0.7)V 的电压会在电阻 R47 上。这个时候,e 和 c 之间也会导通了,那么 LED 小灯本身有 2V 的压降,三极管本身 e 和 c 之间大概有 0.2V的压降,我们忽略不计。那么在 R41 上就会有大概 3V 的压降,可以计算出来,这条支路的电流大概是 3mA,可以成功点亮 LED。

    最后一个概念,电流控制。前边讲过,三极管有截止,放大,饱和三个状态,截止就不用说了,只要 e 和 b 之间不导通即可。我们要让这个三极管处于饱和状态,就是我们所谓的开关特性,必须要满足一个条件。三极管都有一个放大倍数β,要想处于饱和状态,b 极电流就必须大于 e 和 c 之间电流值除以β。这个β,对于常用的三极管大概可以认为是 100。那么上边的 R47 的阻值我们必须要来计算一下了。

    刚才我们算过了,e 和 c 之间的电流是 3mA,那么 b 极电流最小就是 3mA 除以 100 等于30uA,大概有 4.3V 电压会落在基极电阻上,那么基极电阻最大值就是 4.3V/30uA = 143K。电阻值只要比这个值小就可以,当然也不能太小,太小会导致单片机的 IO 口电流过大烧坏三极管或者单片机,STC89C52 的 IO 口输入电流最大理论值是 25mA,我推荐不要超过 6mA,我们用电压和电流算一下,就可以算出来最小电阻值,我们图 3-7 取的是经验值
    展开全文
  •  (1)工作电压低,有的仅需1.5 - 1.7V即能导通发光;(2)工作电流小,典型值约1OmA;(3)具有和普通二极管相似的单向导电特性,只是死区电压略高些;(4)具有和硅稳压二极管相似的稳压特性;(5)响应时间快、从加...
  • 电子元件-发光二极管

    千次阅读 2019-12-26 13:30:59
    摘要:发光二极管简称为LED(Light Emitting Diode)。由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯,或者...
  • 本内容包括发光二极管及数码管的基础介绍,数码管段码使用C代码例程等。
  • 发光二极管限流电阻(学习笔记)

    千次阅读 2020-03-23 21:39:29
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  • 当PN结导通时,依靠少数载流子的注入以及随后的复合而辐射发光。普通发光二极管的外形、符号及伏安特 性如图1所示。LED正向伏安特性曲线比较陡,在正向导通之前几乎有电流。当电压超过开启电压时,电流就急剧上升
  • 虽说实际的灯具使用因素诸如温度、湿度和电压都对发光二极管的实际寿命和光衰表现有影响,但是LED发光二极管的封装厂的数据还是有很大参考价值的。 不知道MaxSpect有没有打算做一些可靠性、发光二极管寿命和光衰...
  • 由下图的红色发光二极管(0805封装)特性曲线可以看出,当发光二极管两端的电压升高到1.7V左右开始导通,而且电流上升速度很快,所以必须设计限流电阻。 发光二极管电气参数 以红色发光二极管为例...
  • 1 二极管的一般性质 二极管是非线性元件,分析它在电路中的作用的时候,最...知道二极管导通时等效为0.7V电池就可以解决大多数问题,但是知道二极管的的实际伏安特性曲线是什么样子也是有必要的。如图2所示: 图2 二极
  • 二极管的作用原理及特性

    万次阅读 2018-01-19 11:15:14
    转载路径 二极管介绍 二极管,(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。而变容二极管(Varicap Diode)则用来当作电子式的可调电容器。大...
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  • 发光二极管点亮实验

    千次阅读 2017-03-05 12:57:00
    点亮发光二极管实验  本文主要介绍点亮一个发光二极管的小实验,发光二极管(LED)是一种由磷化镓(GaP)等半导体材料制成的、能直接将电能转变成光能的发光显示器件。当其内部有一定电流通过时,它就会发光。发光...
  • 它的最大特点是单向导通,也就是说,在PN节中P区接电源的正极,N区接负极,就可以抵消其内部自建电场,使载流子可以继续运动,从而形成线性的正向电流。而外加反向电压则相当于内建电场的阻力更大,PN结不能导通。这...
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  • 它是由P-N组成的,我们通常也称为正负极,最常见的就是发光二极管导通以后电压在内部形成一个能级通过顶端发出光粒子,早期顶端会涂抹一层粉末,当光粒子透过粉末时会折射出不同的颜色,后来衍生出了磷砷化镓...
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空空如也

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发光二极管导通特性