二極管的作用及工作原理
二極管原理
晶體二極管為一個由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場，二極管原理如下：
1.當(dāng)不存在外加電壓時，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。
2.當(dāng)外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。
3.當(dāng)外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。
4.當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時，p-n結(jié)空間電荷層中的電場強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。
二極管導(dǎo)電特性
二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦�。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負(fù)極流出。下面通過簡單的實(shí)驗(yàn)說明二極管的正向特性和反向特性。
正向特性
在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負(fù)極接在低電位端，二極管就會導(dǎo)通，這種連接方式，稱為正向偏置。必須說明，當(dāng)加在二極管兩端的。正向電壓很小時，二極管仍然不能導(dǎo)通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值(這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，鍺管約為0.2V，硅管約為0.6V)以后，二極管才能直正導(dǎo)通。導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變(鍺管約為0.3V，硅管約為0.7V)，稱為二極管的“正向壓降”。
反向特性
在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負(fù)極接在高電位端，此時二極管中幾乎沒有電流流過，此時二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時，仍然會有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當(dāng)二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會急劇增大，二極管將失去單方向?qū)щ娞匦�，這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。
二極管的主要參數(shù)
用來表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術(shù)指標(biāo)，稱為二極管參數(shù)。不同類型的二極管有不同的特性參數(shù)。
1、額定正向工作電流是指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值。因?yàn)殡娏魍ㄟ^管子時會使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度(硅管為140左右，鍺管為90左右)時，就會使管芯過熱而損壞。所以，二極管使用中不要超過二極管額定正向工作電流值。例如，常用的IN4001-4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。
2、最高反向工作電壓加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時，會將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰�。為了保證使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓值。例如：IN4001二極管反向耐壓為50V;IN4007反向耐壓為1000V。
3、反向電流是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅茉胶�。值得注意的是反向電流與溫度有著密切的關(guān)系，大約溫度每升高10，反向電流增大一倍。
例如2AP1型鍺二極管，在25時反向電流若為250uA，溫度升高到35，反向電流將上升到500uA，依此類推，在75時，它的反向電流已達(dá)8mA，不僅失去了單方向?qū)щ娞匦裕�會使管子過熱而損壞。又如，2CP10型硅二極管，25時反向電流僅為5uA，溫度升高到75時，反向電流也不過160uA。故硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。初學(xué)者在業(yè)余條件下可以使用萬用表測試二極管性能的好壞。測試前先把萬用表的轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到歐姆檔的RX1K檔位(注意不要使用RX1檔，以免電流過大燒壞二極管)，再將紅、黑兩根表筆短路，進(jìn)行歐姆調(diào)零。
正向特性測試：把萬用表的黑表筆(表內(nèi)正極)搭觸二極管的正極，紅表筆(表內(nèi)負(fù)極)搭觸二極管的負(fù)極。若表針不擺到0值而是停在標(biāo)度盤的中間，這時的阻值就是二極管的正向電阻，一般正向電阻越小越好。若正向電阻為0值，說明管芯短路損壞，若正向電阻接近無窮大值，說明管芯斷路。短路和斷路的管子都不能使用。
反向特性測試：把萬且表的紅表筆搭觸二極管的正極，黑表筆搭觸二極管的負(fù)極，若表針指在無窮大值或接近無窮大值，管子就是合格的。
二極管的作用
二極管的作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
1、浪涌保護(hù)電路：穩(wěn)壓管在準(zhǔn)確的電壓下?lián)舸�，這就使得它可作為限制或保護(hù)之元件來使用，因?yàn)楦鞣N電壓的穩(wěn)壓二極管都可以得到，故對于這種應(yīng)用特別適宜。圖中的穩(wěn)壓二極管D是作為過壓保護(hù)器件。只要電源電壓VS超過二極管的穩(wěn)壓值D就導(dǎo)通，使繼電器J吸合負(fù)載RL就與電源分開。
2、電視機(jī)里的過壓保護(hù)電路：EC是電視機(jī)主供電壓，當(dāng)EC電壓過高時，D導(dǎo)通，三極管BG導(dǎo)通，其集電極電位將由原來的高電平(5V)變?yōu)榈碗娖�，通過待機(jī)控制線的控制使電視機(jī)進(jìn)入待機(jī)保護(hù)狀態(tài)。
3、電弧抑制電路：在電感線圈上并聯(lián)接入一只合適的穩(wěn)壓二極管(也可接入一只普通二極管原理一樣)的話，當(dāng)線圈在導(dǎo)通狀態(tài)切斷時，由于其電磁能釋放所產(chǎn)生的高壓就被二極管所吸收，所以當(dāng)開關(guān)斷開時，開關(guān)的電弧也就被消除了。這個應(yīng)用電路在工業(yè)上用得比較多，如一些較大功率的電磁吸控制電路就用到它。
4、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路：在此電路中，串聯(lián)穩(wěn)壓管BG的基極被穩(wěn)壓二極管D鉗定在13V，那么其發(fā)射極就輸出恒定的12V電壓了。這個電路在很多場合下都有應(yīng)用。
