二极管全面常识

二极管二极管的特性与运用

简直在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的效果，它是诞生最早的半导体器材之一，其运用也非常广泛。

二极管的作业原理

晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体构成的p-n结，在其界面处两头构成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，因为p-n 结两头载流子浓度差引起的分散电流和自建电场引起的漂移电流持平而处于电平衡状况。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的相互抑消效果使载流子的分散电流添加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，构成在必定反向电压规模内与反向偏置电压值无关的反向饱满电流I0。当外加的反向电压高到必定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度到达临界值发作载流子的倍增进程，发作许多电子空穴对，发作了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。

二极管的类型

二极管品种有许多，依照所用的半导体资料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。依据其不同用处，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。依照管芯结构，又可分为点触摸型二极管、面触摸型二极管及平面型二极管。点触摸型二极管是用一根很细的金属丝压在光亮的半导体晶片外表，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，构成一个“PN结”。因为是点触摸，只答应经过较小的电流（不超越几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。面触摸型二极管的“PN结”面积较大，答应经过较大的电流（几安到几十安），首要用于把交流电改换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不只能经过较大的电流，并且功能安稳牢靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。

二极管的导电特性

二极管最重要的特性便是单独导游电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面经过简略的试验阐明二极管的正向特性和反向特性。

1.     正向特性。

在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种衔接方法，称为正向偏置。有必要阐明，当加在二极管两头的正向电压很小时，二极管依然不能导通，流过二极管的正向电流非常弱小。只要当正向电压到达某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）今后，二极管才干直正导通。导通后二极管两头的电压根本上坚持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。

2.     反向特性。

在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此刻二极管中简直没有电流流过，此刻二极管处于截止状况，这种衔接方法，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，依然会有弱小的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两头的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失掉单独导游电特性，这种状况称为二极管的击穿。

二极管的首要参数

用来标明二极管的功能好坏和适用规模的技能指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，有必要了解以下几个首要参数：

1、额外正向作业电流

是指二极管长时间接连作业时答应经过的最大正向电流值。因为电流经过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超越容许极限（硅管为140左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以，二极管运用中不要超越二极管额外正向作业电流值。例如，常用的IN4001－4007型锗二极管的额外正向作业电流为1A。

2、最高反向作业电压

加在二极管两头的反向电压高到必定值时，会将管子击穿，失掉单导游电才干。为了确保运用安全，规则了最高反向作业电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。

3、反向电流

反向电流是指二极管在规则的温度和最高反向电压效果下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单独导游电功能越好。值得注意的是反向电流与温度有着亲近的联系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管，在25时反向电流若为250uA，温度升高到35，反向电流将上升到500uA，依此类推，在75时，它的反向电流已达8mA，不只失掉了单独导游电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25时反向电流仅为5uA，温度升高到75时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的安稳性。

二极管-晶体二极管   

 晶体二极管
crystal diode
    固态电子器材中的半导体两头器材。起源于19世纪末发现的点触摸二极管效应，开展于20世纪30年代，首要特征是具有单导游电性，即整流特性。使用不同的半导体资料、掺杂散布、几许结构，可制成不同类型的二极管，用来发作、操控、接纳、改换、扩大信号和进行能量转化。例如稳压二极管可在电源电路中供给固定偏压和进行过压维护；雪崩二极管作为固体微波功率源，用于小型固体发射机中的发射源；半导体光电二极管能完成光-电能量的转化，可用来勘探光辐射信号；半导体发光二极管能完成电-光能量的转化，可用作指示灯、文字-数字显现、光耦合器材、光通讯体系光源等；肖特基二极管可用于微波电路中的混频、检波、调制、超高速开关、倍频和低噪声参量扩大等。
    分类
按用处分：检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关管、光电管。
按结构分：点触摸型二极管、面触摸型二极管

二极管-激光二极管   

一、激光的发作机理

二极管
 

在讲激光发作机理之前，先讲一下受激辐射。在光辐射中存在三种辐射进程，

一时处于高能态的粒子在外来光的激起下向低能态跃迁，称之为自发辐射；

二是处于高能态的粒子在外来光的激起下向低能态跃迁，称之为受激辐射；

三是处于低能态的粒子吸收外来光的能量向高能态跃迁称之为受激吸收。

自发辐射，即使是两个一起从某一高能态向低能态跃迁的粒子，它们宣布光的相位、偏振状况、发射方向也或许不同，但受激辐射就不同，当坐落高能态的粒子在外来光子的激起下向低能态跃迁，宣布在频率、相位、偏振状况等方面与外来光子彻底相同的光。在激光器中，发作的辐射便是受激辐射，它宣布的激光在频率、相位、偏振状况等方面彻底相同。任何的受激起光体系，即有受激辐射，也有受激吸收，只要受激辐射占优势，才干把外来光扩大而宣布激光。而一般光源中都是受激吸收占优势，只要粒子的平衡态被打破，使高能态的粒子数大于低能态的粒子数（这样状况称为离子数回转），才干宣布激光。

发作激光的三个条件是：完成粒子数回转、满意阈值条件和谐振条件。发作光的受激起射的首要条件是粒子数回转，在半导体中便是要把价带内的电子抽运到导带。为了取得离子数回转，一般选用重掺杂的P型和N型资料构成PN结，这样，在外加电压效果下，在结区邻近就呈现了离子数回转—在高费米能级EFC以下导带中贮存着电子，而在低费米能级EFV以上的价带中贮存着空穴。完成粒子数回转是发作激光的必要条件，但不是充分条件。要发作激光，还要有损耗极小的谐振腔，谐振腔的首要部分是两个相互平行的反射镜，激活物质所宣布的受激辐射光在两个反射镜之间来回反射，不断引起新的受激辐射，使其不断被扩大。只要受激辐射扩大的增益大于激光器内的各种损耗，即满意必定的阈值条件:

P1P2exp(2G – 2A) ≥ 1

（P1、P2是两个反射镜的反射率，G是激活介质的增益系数，A是介质的损耗系数，exp为常数），才干输出安稳的激光，另一方面，激光在谐振腔内来回反射，只要这些光束两两之间在输出端的相位差Δф =2qπ q=1、2、3、4。。。。时，才干在输出端发作加强干与，输出安稳激光。设谐振腔的长度为L，激活介质的折射率为N，则

Δф=（2π/λ）2NL=4πN(Lf/c)=2qπ，

上式可化为f=qc/2NL该式称为谐振条件，它标明谐振腔长度L和折射率N确认今后，只要某些特定频率的光才干构成光振动，输出安稳的激光。这阐明谐振腔对输出的激光有必定的选频效果。

二、激光二极管本质上是一个半导体二极管，依照PN结资料是否相同，能够把激光二极管分为同质结、单异质结（SH）、双异质结（DH）和量子阱（QW）激光二极管。量子阱激光二极管具有阈值电流低，输出功率高的长处，是现在市场运用的主流产品。同激光器比较，激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的长处，但其输出功率小（一般小于2mW），线性差、单色性不太好，使其在有线电视体系中的运用遭到很大约束，不能传输多频道，高功能模拟信号。在双向光接纳机的回传模块中，上行发射一般都选用量子阱激光二极管作为光源。

半导体激光二极管的根本结构如图所示，笔直于PN结面的一对平行平面构成法布里——珀罗谐振腔，它们能够是半导体晶体的解理面，也能够是经过抛光的平面。其他两头面则相对粗糙，用以消除主方向外其它方向的激光效果。

半导体中的光发射一般起因于载流子的复合。当半导体的PN结加有正向电压时，会削弱PN结势垒，迫使电子从N区经PN结注入P区，空穴从P区经过PN结注入N区，这些注入PN结邻近的非平衡电子和空穴将会发作复合，然后发射出波长为λ的光子，其公式如下： 

λ = hc/Eg (1)

式中：h—普朗克常数； c—光速； Eg—半导体的禁带宽度。

上述因为电子与空穴的自发复合而发光的现象称为自发辐射。当自发辐射所发作的光子经过半导体时，一旦经过已发射的电子—空穴对邻近，就能鼓励二者复合，发作新光子，这种光子诱使已激起的载流子复合而宣布新光子现象称为受激辐射。假如注入电流足够大，则会构成和热平衡状况相反的载流子散布，即粒子数回转。当有源层内的载流子在许多回转状况下，少量自发辐射发作的光子因为谐振腔两头面往复反射而发作感应辐射，构成选频谐振正反馈，或许说对某一频率具有增益。当增益大于吸收损耗时，就可从PN结宣布具有杰出谱线的相干光——激光，这便是激光二极管的简略原理。

跟着技能和工艺的开展，现在实际运用的半导体激光二极管具有杂乱的多层结构。

      常用的激光二极管有两种:①PIN光电二极管。它在收到光功率发作光电流时，会带来量子噪声。②雪崩光电二极管。它能够供给内部扩大,比PIN光电二极管的传输间隔远，但量子噪声更大。为了取得杰出的信噪比，光检测器材后边须衔接低噪声预扩大器和主扩大器。

      半导体激光二极管的作业原理，理论上与气体激光器相同。

      激光二极管本质上是一个半导体二极管，依照PN结资料是否相同，能够把激光二极管分为同质结、单异质结（SH）、双异质结（DH）和量子阱（QW）激光二极管。量子阱激光二极管具有阈值电流低，输出功率高的长处，是现在市场运用的主流产品。同激光器比较，激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的长处，但其输出功率小（一般小于2mW），线性差、单色性不太好，使其在有线电视体系中的运用遭到很大约束，不能传输多频道，高功能模拟信号。在双向光接纳机的回传模块中，上行发射一般都选用量子阱激光二极管作为光源。

      半导体激光二极管的常用参数有： 
     （1）波长：即激光管作业波长，现在可作光电开关用的激光管波长有635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。 
    （2）阈值电流Ith ：即激光管开端发作激光振动的电流，对一般小功率激光管而言，其值约在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。 
    （3）作业电流Iop ：即激光管到达额外输出功率时的驱动电流，此值关于规划调试激光驱动电路较重要。 
    （4）笔直发散角θ⊥：激光二极管的发光带在笔直PN结方向打开的视点，一般在15˚~40˚左右。 
    （5）水平发散角θ∥：激光二极管的发光带在与PN结平行方向所打开的视点，一般在6˚~ 10˚左右。 
    （6）监控电流Im ：即激光管在额外输出功率时，在PIN管上流过的电流。 

      激光二极管在核算机上的光盘驱动器，激光打印机中的打印头号小功率光电设备中得到了广泛的运用。

二极管-发光二极管   

二极管
 发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而能够用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或许组成文字或数字显现。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。

它是半导体二极管的一种，能够把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与一般二极管相同是由一个PN结组成，也具有单导游电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结邻近数微米内别离与N区的电子和P区的空穴复合，发作自发辐射的荧光。不同的半导体资猜中电子和空穴所在的能量状况不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则宣布的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，运用时有必要串联限流电阻以操控经过管子的电流。限流电阻R可用下式核算：

R＝（F－UF）／IF
式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般作业电流。发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应按电源正极。有的发光二极管的两根引线相同长，但管壳上有一凸起的小舌，接近小舌的引线是正极。

与小白炽灯泡和氖灯比较，发光二极管的特色是：作业电压很低（有的仅一点几伏）；作业电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震功能好，牢靠性高，寿命长；经过调制经过的电流强弱能够便利地调制发光的强弱。因为有这些特色，发光二极管在一些光电操控设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显现器。把它的管心做成条状，用7条条状的发光管组成7段式半导体数码管（图），每个数码管可显现0～9十个数目字。

二极管-微波二极管   

作业在微波频段的二极管。归于固体微波器材。微波波段一般指频率从300兆赫到3000吉赫。19世纪末发现了点触摸二极管效应后，相继呈现了PIN二极管、变容二极管、肖特基二极管、地道二极管、耿氏二极管等微波二极管。微波二极管的基片资料由锗、硅开展到砷化镓，使微波二极管作业频率不断提高，现在最高频率已达300吉赫。微波二极管具有体积小和牢靠性高级长处，用于微波振动、扩大、变频、开关、移相和调制等方面。

二极管-稳压二极管   

 稳压二极管 voltage stabilizing diode

二极管
     一种用于安稳电压的单PN结二极管。它的伏安特性、电路符号如图所示。结构同整流二极管。加在稳压二极管的反向电压添加到必定数值时，将或许有许多载流子隧穿PN结的位垒，构成大的反向电流，此刻电压根本不变，称为地道击穿。当反向电压比较高时，在位垒区内将或许发作许多载流子，受强电场效果构成大的反向电流，而电压亦根本不变，为雪崩击穿。因而，反向电压接近击穿电压时，反向电流敏捷添加，而反向电压简直不变。这个近似不变的电压称为齐纳电压（地道击穿）或雪崩电压（雪崩击穿）。

稳压二极管作业于反向击穿状况(图a)。反向电流在-IZK和-IZM之间时，二极管两头的电压根本不变，等于UZ，即为安稳电压。对硅稳压二极管而言，安稳电压在5V以下的器材靠齐纳电压作业，安稳电压在7V以上的器材靠雪崩电压作业，两者之间的器材两种方式的击穿都或许起效果。

　　电流IZK是器材起稳压效果的最小作业电流,而IZM则是最大可使用的齐纳电流或雪崩电流，其值受稳压二极管耗散功率的约束。IZ是相应于安稳电压UZ的作业电流。最大作业电流的规模从几个毫安到几十安。常用稳压二极管的安稳电压标称值约在2～200V的规模内。

二极管-触发二极管   

 触发二极管
二极管     

 触发二极管（DIAC）属三层结构，具有对称性的二端半导体器材。常用来触发双向可控硅 ，在电路中作过压维护等用处。

图1是它的结构示意图。图2、图3别离是它的符号及等效电路，可等效于基极开路、发射极与集电极对称的NPN型晶体管。因而彻底可用二只NPN晶体管如图4衔接来代替。

双向触发二极管正、反向伏安特性简直彻底对称（见图5）。当器材两头所加电压U低于正向转机电压V（B0）时，器材呈高阻态。当U>V(B0)时，管子击穿导通进入负阻区。相同当U大于反向转机电压V（BR）时，管子相同能进入负阻区。转机电压的对称性用△V（B）标明。△V（B）=V（B0）-V（BR）。一般△V（B）应小于2伏。双向触发二极管的正向转机电压值一般有三个等级：20-60V、100-150V、200-250V。因为转机电压都大于20V，能够用万用表电阻挠正反向测双向二极管，表针均应不动（RX10k),但还不能彻底确认它便是好的。检测它的好坏，并能供给大于250V的直流电压的电源，检测时经过管子的电流不要大所以5mA。用晶体管耐压测验器检测非常便利。如没有，可用兆欧表按图6所示进行丈量（正、反各一次），电压大的一次V（BR）。例如：测一只DB3型二极管，第一次为27.5V，反向后再测为28V，则△V（B）=V（B0）-V（BR）=28V-27.5V=0.5V<2V,标明该管对称性很好。
图７是双向触发二极管与双向可控硅等元件构成的台灯调光电路。经过调理电位器R2，能够改动双向可控硅的导通角，然后改动经过灯泡的电流（平均值）完成接连调光。假如将灯泡换电熨斗、电热褥还可完成接连调温。
该电路在双向可控硅加散热器的状况下，可控负载功率可达500W，各元件参数见图所标示。

二极管-地道二极管   
二极管
 又称为江崎二极管,它是以地道效应电流为首要电流重量的晶体二极管。地道二极管是选用砷化镓（GaAs）和锑化镓（GaSb）等资料混合制成的半导体二极管，其长处是开关特性好，速度快、作业频率高；缺陷是热安稳性较差。一般运用于某些开关电路或高频振动等电路中。它的作业契合发作地道效应具有的三个条件：①费米能级坐落导带和满带内；②空间电荷层宽度有必要很窄（0.01微米以下）；简并半导体P型区和N型区中的空穴和电子在同一能级上有交叠的或许性。地道二极管为双端子有源器材。其首要参数有峰谷电流比（IP／PV），其间，下标”P”代表”峰”；而下标”V”代表”谷”。简略地说,所谓”地道效应”便是指粒子经过一个势能大于总能量的有限区域。这是一种量子力学现象， 依照经典力学是不或许呈现的。地道二极管能够被运用于低噪声高频扩大器及高频振动器中（其作业频率可达毫米波段），也能够被运用于高速开关电路中。

二极管-光敏二极管   

光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是相似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单导游电性，因而作业时需加上反向电压。无光照时,有很小的饱满反向漏电流,即暗电流，此刻光敏二极管截止。当遭到光照时,饱满反向漏电流大大添加，构成光电流,它随入射光强度的改动而改动。当光线照耀PN结时，能够使PN结中发作电子一空穴对，使少量载流子的密度添加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流添加。因而能够使用光照强弱来改动电路中的电流。常见的有2CU、2DU等系列。