电子技术（三）——二极管

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一、二极管概述


1.1二极管概述

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。【来源：360百科】

晶体二极管的核心是PN结，关于PN结首先要了解三个概念。

本征半导体：指不含任何掺杂元素的半导体，如纯硅晶片或纯锗晶片。

P型半导体：掺杂了产生空穴的含较低电价杂质的半导体，如在本征半导体中Si(4+)中掺入Al(3+)的半导体。

N型半导体：掺杂了产生空穴的含较低电价杂质的半导体，如在本征半导体中硅Si(4+)中掺入磷P(5+)的半导体。

由P型半导体和N型半导体相接触时，就产生一个独特的PN结界面，在界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。【来源：北鸮】

1.2二极管的伏安特性



图1.二极管的伏安特性曲线

外加电压P->N，大于势垒电压，二极管导通；外加电压N->P，大于反向击穿电压，二极管击穿。

二、二极管的相关应用


2.1整流

整流,就是把交流电变为直流电的过程。利用具有单向导电特性的器件,可以把方向和大小交变的电流变换为直流电。

（1）半波整流电路



图2.半波整流电路



图3.半波整流波形

（2）全波整流电路



图4.全波整流电路



图5.全波整流波形

　需要特别指出的是，二极管作为整流元件,要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。。如选择不当,则或者不能安全工作,甚至烧了管子;或者大材小用,造成浪费。【来源：坚持就有希望】。

在高电压或大电流的情况下,如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件,可以把二极管串联或并联起来使用

图6示出了二极管并联的情况:两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半口三只二极管并联,每只分担电路总电流的三分之一。总之,有几只二极管并联,"流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是,在实际并联运用时",由于各二极管特性不完全一致,不能均分所通过的电流,会使有的管子困负担过重而烧毁。因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器,使各并联二极管流过的电流接近一致。这种均流电阻R一般选用零点几欧至几十欧的电阻器。电流越大,R应选得越小。【来源：坚持就有希望】

图7示出了二极管串联的情况。显然在理想条件下,有几只管子串联,每只管子承受的反向电压就应等于总电压的几分之一。但因为每只二极管的反向电阻不尽相同,会造成电压分配不均:内阻大的二极管,有可能由于电压过高而被击穿,并由此引起连锁反应,逐个把二极管击穿。在二极管上并联的电阻R,可以使电压分配均匀。均压电阻要取阻值比二极管反向电阻值小的电阻器,各个电阻器的阻值要相等。



图6.二极管并联



图7.二极管串联

2.2限幅（电阻+二极管）



图8.二极管限幅和钳位【来源：张巧龙】

正限幅电路

图9.正限幅电路

负限幅电路

图10.负限幅电路

双向限幅电路

图11.双向限幅电路

正偏压限幅

图12.正偏压限幅

负偏压限幅

图13.负偏压限幅

双向偏压限幅

图14.双向偏压限幅

2.3钳位（电容+二极管）

简单型正钳位电路

图15.简单型正钳位电路

偏压型正钳位电路

图16.偏压型正钳位电路

简单型负钳位电路

图17.简单型负钳位电路

偏压型负钳位电路

图18.偏压型负钳位电路

双向二极管钳位电路

图19.双向二极管钳位电路

2.4续流

续流二极管通常是指反向并联在电感线圈,继电器,可控硅等储能元件两端,在 电路中电压或电流出现突变时,对电路中其它元件起保护作用的二极管.续流二极管由于在电路中起到续流的作用而得名，一般选择快速恢复二极管或者肖特基二极管来作为续流二极管。

以电感线圈为例，当线圈中有电流通过时，其两端会有感应电动势产生。当电流消失时，其感应电动势会对电路中的元件产生反向电压。当反向电压高于元件的反向击穿电压时，会把元件如三极管等烧坏。如果在线圈两端反向并联一个二极管(有时候会串接一个电阻)，当流过线圈中的电流消失时，线圈产生的感应电动势就会通过二极管和线圈构成的回路消耗掉，从而保证电路中的其它元件的安全。



图20.续流二极管典型电路图

上图给出了续流二极管的典型应用电路，其中电阻R 视情况决定是否需要。储能元件在VT 导通时，电压为上正下负，电流方向从上向下。当VT 关断时，储能元件中的电流突然中断，此时会产生感应电势，其方向是力图保持电流不变，即总想保持储能元件电流方向从上向下。这个感应电势与电源电源的供应商电压迭加后加在VT 两端，容易使VT 击穿，为此可以加上VD，这样就可以将储能元件产生的感应电势短路掉，从而达到保护VT 的目的。【来源：hututu_404】

续流二极管通常和储能元件一起使用，其作用是防止电路中电压电流的突变，为反向电动势提供耗电通路。电感线圈可以经过它给负载提供持续的电流，以免负载电流突变，起到平滑电流的作用！在开关电源中，就能见到一个由二极管和电阻串连起来构成的的续流电路。这个电路与变压器原边并联。当开关管关断时，续流电路可以释放掉变压器线圈中储存的能量，防止感应电压过高，击穿开关管。

2.5防反接



图21.防反接电路