半导体与二极管

半导体与二极管半导体是一类导电能力介于导体(如铜)和绝缘体(如玻璃)之间的特殊材料, 其中最著名的代表就是硅;纯净半导体的导电性其实很弱, 但如果我们往里面掺入特定的微量元素(这个过程叫做“掺杂”), 就能精准地改变和控制它的导电行为.导电性能介于导体与绝缘体之间的材料称为半导体;常见的半导体材料有硅、锗和硒等;利用半导体材料可以制作各种各样的半导体元器件, 如二极管、三极管、场效应管和晶闸管等都是由半导体材料制作而成的.半导体特性掺杂性, 当往纯净的半导体中掺入少量某些物质时, 半导体的导电性就会大大增强, 二极管、三极管就是用掺入杂质的半导体制成的;热敏性, 当温度上升时, 半导体的导电能力会增强, 利用该特性可以将某些半导体制成热敏器件;光敏性, 当有光线照射半导体时, 半导体的导电能力也会显著增强, 利用该特性可以将某些半导体制成光电器件.半导体的类型本征半导体, 纯净的半导体;N型半导体, 在纯净半导体中掺入五价杂质(原子核最外层有5个电子的物质, 如磷、砷和锑等);P型半导体, 在纯净半导体中掺入三价杂质(如硼、铝和镓)后, 半导体中的电子偏少, 会有大量的空穴(可以看作正电荷)产生.二极管微观结构二极管符号表示常见变形符号LED(二极管向外箭头)→ 表示发光齐纳二极管 → 阴极线“折线”肖特基二极管 → 特殊阴极形状光电互动类 Light-emitting (发光二极管也就是LED)符号上有向外发射的箭头代表通电后会发光。Photo- (光电二极管)箭头向内代表它接收到光照后会产生电流或改变电阻。电压控制类 ⚖️Zener (齐纳二极管/稳压管)挡板两端带有折角像字母“Z”。它专门工作在反向击穿状态用来稳定电压。Varactor (变容二极管)符号像二极管加了一个电容器。它能根据两端电压的变化改变自身的电容大小常用于收音机调台, 加反向电压相当于电容。高速与特殊高频类 ⚡Schottky (肖特基二极管)挡板像字母“S”。它的开关速度极快常用于电脑电源等高频电路中。肖特基二极管是一种低功耗、大电流、超高速的半导体整流二极管其工作电流可达几千安而反向恢复时间可短至几纳秒。由于肖特基二极管的导通、截止状态可高速切换故主要用在高频电路中。由于面接触型的肖特基二极管工作电流大故变频器、电动机驱动器、逆变器和开关电源等设备中的整流二极管、续流二极管和保护二极管常采用面接触型的肖特基二极管对于点接触型的肖特基二极管其工作电流稍小常在高频电路中用于检波或小电流整流。Tunnel (隧道二极管)、PIN 二极管和 Step recovery (阶跃恢复二极管) 都是常用于微波和超高频通信领域的特殊器件。其他Constant current (恒流二极管)用来在电路中提供稳定的电流。Shockley (肖克莱二极管)一种具有负阻特性的四层半导体器件。右下角的 Vacuum tube (真空电子管)它是现代半导体二极管的“老前辈”体积大、耗电高现在多用于高端音响胆机中。二极管伏安特性曲线在电子工程技术中, 常采用伏-安特性曲线来说明元器件的性质.伏-安特性曲线又称为电压-电流特性曲线, 用来说明元器件两端电压与通过电流的变化规律.I I s ( e V n V T − 1 ) I I_s \left(e^{\frac{V}{nV_T}} - 1\right)IIs​(enVT​V​−1)三大工作区域1️⃣ 正向导通区(Forward Region) 条件阳极电压 阴极电压 特点电流迅速上升(指数)存在“开启电压” 常见数值硅二极管≈ 0.7V锗二极管≈ 0.3V 工程近似 超过0.7V → 当作导通2️⃣ 反向截止区(Reverse Region) 条件阳极电压 阴极电压 特点电流极小(μA级)基本视为“断路” 这个电流叫 反向饱和电流I s I_sIs​3️⃣ 击穿区(Breakdown Region) 条件反向电压很大 特点电流突然急剧增大电压基本保持稳定 分两种齐纳击穿Zener低电压雪崩击穿Avalanche高电压 注意普通二极管 → 会损坏齐纳二极管 → 正常工作区工程常用近似模型 实际电路中不会用指数公式而用简化模型✔ 理想模型正向导通V 0反向截止I 0✔ 恒压降模型最常用硅管0.7V锗管0.3V✔ 分段线性模型更接近真实曲线二极管在电路中的主要作用整流作用把 交流(AC)→ 直流(DC) 应用电源适配器充电器 原理只让电流单方向通过全桥整流全桥整流与半波整流对比保护作用 反接保护防止电源接反烧电路 续流二极管(Flyback)用于继电器 / 电机吸收感性反向电压稳压作用功能稳定电压 原理反向击穿后电压基本不变 应用简单稳压电路要让稳压二极管起稳压作用, 需将它反接在电路中限幅 / 钳位作用 功能限制电压范围 应用信号保护ADC输入保护开关作用 功能控制导通/截止 特点快速响应常用于高频电路二极管从导通状态转换到截止状态所需的时间称为反向恢复时间, 二极管从截止状态转换到导通状态所需的时间称为正向开通时间;二极管的反向恢复时间要远大于正向开通时间, 故二极管通常只给出反向恢复时间.检波 / 解调作用 功能从调制信号中提取信息 应用收音机通信电路发光作用(LED) 功能电 → 光 应用指示灯显示屏参考链接常见的九种二极管_二极管类型及符号-CSDN博客