【硬件基础】之二极管

摘要二极管是电子电路中最基础的半导体器件其核心特性包括单向导通、导通压降、反向漏电、整流、钳位、反接保护与稳压等。本文从二极管的结构出发系统讲解这些关键特性及其典型应用帮助读者快速建立对二极管的整体认知。1.二极管基础从结构到关键特性导体通电就会有电流流过绝缘体通电也不会有电流流过半导体通电不一定有电流流过满足某些条件就会有电流流过。二极管的结构的就是一个PN结导通后肯定会存在压降硅管0.7v锗管0.3v其结构就像一个漏斗结构普通二极管只能单向导通。二极管的导通压降是有方向的普通二极管En4007电流只能从正往负走。二极管的导通电压不是恒定不变的流过二极管的电流越大导通电压就越大。导通压降0.7v就是能导通的最低压降。肖特基二极管和普通二极管都一样随着流过的电流升高导通电压会变大。二极管不能直接跟电源并联。2.二极管的漏电特性二极管反向截止并不代表完全关断其实会有微弱的漏电流其中肖特基二极管的漏电流会比较大。任何半导体都会有些漏电现象其中肖特基二极管比较明显。如果有对负载电流要求较为精准的就不能用肖特基二极管了。3.二极管的整流功能二极管的整流功能峰值检波功能将交流电变为直流电输入一个交流信号输入信号会给电容充电加一个电阻限制充电速度。电容上面的电压会慢慢升高从输入电压0.7v时就开始充电当电容上的电压与输入信号电压相差0.7v时停止充电。因为输入信号的电压要分给二极管和电容当电容上的电压输入信号电压-0.7剩下大电压不足以使二极管导通。则二极管截至电源无法给电容充电。最终电容会充电到比输入信号最大值少0.7v的状态停止充电之后后面就一直保持直流电压。只要二极管导通电流就往电容灌电压跟着涨哪怕输入过了峰值在下降只要输入还比电容高0.7V以上就继续充一旦压差跌破0.7V二极管立刻截止充电马上停电容没放电通路就锁在当前电压。因此交流电输入信号配合二极管可以实现整流功能把交流电变为直流电。整流功能也叫做峰值检波功能。3.1全波整流工作原理全波整流电路是这样的有一个电桥结构。当交流电在正半周时电路经过两个二极管两个二极管的压降为1.4v则负载上的输出电压会比交流电小1.4v。当交流电在负半周时同理流经负载的电流仍然是上正下负则负载端的输出电压还是比交流电小1.4v。右侧的波形图就是交流电的波形图和负载上输出电压的波形图。当负载端又加了一颗电容则输出电压波形会变成一条线电容在第一个正半周进行充电当负载两端电压为0时候慢慢放电当负载两端有电压时候电容又开始充电负载两端降压为0电压为0时慢慢放电……3.2二极管的钳位功能利用二极管的导通电压特性可以实现对信号进行钳位。只要导通了两端的导通电压基本上不会变化。例如一个电阻两端并联一个二极管由于二极管导通了则它两端的电压约为0.7v二极管会把电阻两端的电压也钳位成0.7v。但前提是二极管并联端的电阻上的电压要大于0.7v二极管才会呈现钳位作用。如果该电阻两端的电压本来就小于0.7v那么二极管根本就不导通也不会有钳位作用。钳位作用用来做电路的防护。 为了防止硬件电路故障可接一个二极管利用二极管导通电压为0.7v来限制电位电压。3.3二极管控制电路的电流方向利用二极管可以控制电路中的电流方向这样可以实现反接保护。比如电路中存在电机当电流正接时电机正向旋转。当电流反接电机反方向旋转。如果想设计功能使电源反接时电机不转动可以在回路中加一个二极管如果电源反接了二极管不导通形不成回路电机就不会转动。反接保护1.接口做防反接形式插反了就插不进去。2.在电路中接上二极管电源反了二极管就导通不了二极管可放在Vcc端。3.4二极管的最大反向耐压二极管承受反向电压时会自动截至但是每一个二极管都有最大反向耐压值不是能承受无穷大反向耐压的。例如二极管反向电压最大值30v不能施加超过最大耐压值的电压否则二极管会击穿。但是二极管正向导通时电压就等于额定电压值要注意流过二极管的电流不能超过最大电流值。3.5稳压二极管的基本功能稳压二极管是工作在反向击穿状态接法就是要反接的。当其发生反向击穿时稳压二极管两端的电压会保持在某个电压值。假设有一个5.6v的稳压管当加入的反向电源5.6v稳压管还没击穿二极管断开。当反向电源5.6v稳压管被击穿二极管开始工作击穿之后正常工作此时稳压管两端电压就约等于5.6v左右就等于击穿电压。当输入电源电压越高流过二极管的电流就越大稳压值会上升继续提高电压稳压值也会慢慢上升但是上升的并不多。如果稳压管两端正接电源他就会作为一个普通二极管导通电压约为0.7v。因此稳压管可以工作在反向击穿状态会流经电流。有电流流过稳压管上面会产生功耗当稳压管的功耗超过额定功率时候稳压管就坏了。大部分稳压管的稳压电流在5mA左右比较合适。不建议太大也不建议太小太小的话不稳定。