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二极管符号、工作原理及二极管的特性和类型知识全方位剖析

一旦您从电阻器、电容器和电感器这些简单的无源元器件毕业,就该进入半导体的奇妙世界。最广泛使用的半导体元器件之一是二极管。标准二极管符号是一个与线对接的三角形。二极管的特性是其电流 - 电压(IV)曲线完全是非线性的。

介绍

一旦您从电阻器、电容器和电感器这些简单的无源元器件毕业,就应该进入半导体的奇妙世界。最广泛使用的半导体元器件之一是二极管

理想的二极管

理想二极管的关键功能是控制电流的方向。通过二极管的电流只能在一个方向上进行,称为正向。试图反向流动的电流被阻止。它们就像电子的单向阀。

如果二极管两端的电压为负,则没有电流流过*,理想二极管看起来像开路。在这种情况下,二极管被称为关闭或反向偏置。

只要二极管两端的电压不为负,它就会“导通”并传导电流。理想的情况下*二极管将像短路(0V穿过它),如果它是传导电流。当二极管导通电流时,它正向偏置(电子术语为“开”)。

理想二极管的电流 - 电压关系图
理想二极管的电流 - 电压关系图

任何负电压都会产生零电流 - 开路。只要电压是非负的,二极管看起来就像是短路。

理想的二极管的特性表
理想的二极管的特性表

电路中标准二极管符号

每个二极管都有两个端子 - 元器件两端的连接 - 这些端子是极化的,这意味着两个端子明显不同。重要的是不要将二极管上的连接混合起来。二极管的正极称为阳极,负极称为阴极。电流可以从阳极端流到阴极端,但不能从另一个方向流过。如果您忘记了电流流过二极管的方向,请尝试记住助记符ACID:“二极管中的阳极电流”(阳极阴极也是二极管)。

标准二极管的电路符号是一个与线对接的三角形。正如我们将在本教程后面介绍的那样,有各种二极管类型,但通常它们的电路符号看起来像这样:

二极管电路符号图
二极管电路符号图

进入三角形的平坦边缘的端子代表阳极。电流以三角形/箭头指向的方向流动,但不能相反。

电路中理想二极管的例子
电路中理想二极管的例子

以上是几个简单的二极管电路示例。在左侧,二极管D1正向偏置,允许电流流过电路。从本质上讲,它看起来像一个短路。在右侧,二极管D2反向偏置。电流不能流过电路,它基本上看起来像一个开路。

*警告!星号!不完全正确......不幸的是,没有理想二极管这样的东西。但别担心!二极管确实是真实的,它们只是具有一些特性,使它们的运行能力比我们理想的模型稍差......

真正的二极管的特性

理想情况下,二极管将阻止任何和所有电流反向流动,或者如果电流向前流动就像短路一样。不幸的是,实际的二极管行为并不是很理想。当传导正向电流时,二极管会消耗一些功率,并且它们不会阻挡所有反向电流。实际二极管有点复杂,它们都具有独特的特性,可以定义它们实际运行的方式。

电流 - 电压关系

最重要的二极管特性是其电流 - 电压(iv)关系。这定义了通过组件的电流是什么,给定在其上测量的电压。例如,电阻器具有简单的线性静态关系...... 欧姆定律。然而,二极管的iv曲线完全是非线性的。它看起来像这样:

二极管I-V曲线图
二极管I-V曲线图

二极管的电流 - 电压关系。为了夸大图中的几个重点,正半部和负半部的尺度都不相等。

根据施加在其上的电压,二极管将在三个区域之一中运行:

1. 正向偏置:当二极管两端的电压为正时,二极管“导通”,电流可以通过。电压应大于正向电压(V F),以使电流显着。

2. 反向偏置:这是二极管的“关闭”模式,其中电压小于V F但大于-V BR。在这种模式下,电流(大部分)被阻断,二极管关闭。甲非常的电流少量(nA的量级) -所谓的反向饱和电流-能够通过二极管反向流动。

3. 击穿:当施加在二极管上的电压非常大且为负时,许多电流将能够以相反的方向从阴极流向阳极。

正向电压

为了“导通”并在正向传导电流,二极管需要在其上施加一定量的正电压。打开二极管所需的典型电压称为正向电压(V F)。它也可称为切入电压或导通电压。

正如我们从iv曲线所知,二极管上的电流和电压是相互依赖的。电流越大意味着电压越大,电压越小意味着电流越小。然而,一旦电压达到正向额定电压,电流的大幅增加仍然只意味着电压的非常小的增加。如果二极管完全导通,通常可以假设它上面的电压是额定正向电压。

测量二极管正向压降图
测量二极管正向压降图

万用表与二极管设置可被用于测量(最小的)的二极管的正向电压降。

特定二极管的V F取决于它所制造的半导体材料。通常,硅二极管的V F约为0.6-1V。锗基二极管可能较低,约为0.3V。二极管的类型在定义正向压降方面也有一定的重要性; 发光二极管可以具有更大的V F,而肖特基二极管专门设计为具有远低于通常的正向电压。

击穿电压

如果对二极管施加足够大的负电压,它将进入并允许电流反向流动。这个大的负电压称为击穿电压。一些二极管实际上设计用于在击穿区域中工作,但对于大多数普通二极管来说,它们对于承受大的负电压并不是非常健康。

对于普通二极管,该击穿电压约为-50V至-100V,甚至更负。

二极管的类型

信号二极管

标准信号二极管是二极管系列中最基本,平均,简洁的成员之一。它们通常具有中高正向压降和低最大额定电流。信号二极管的一个常见例子是1N4148。

二极管小信号 - 1N4148

非常通用,它具有0.72V的典型正向压降和300mA的最大正向电流额定值。

1N4148图像和机械图纸

小信号二极管,1N4148。注意二极管周围的黑色圆圈,标记哪个端子是阴极。

功率二极管

甲整流器或功率二极管是一个标准的二极管具有高得多的最大电流额定值。这种更高的额定电流通常以更大的正向电压为代价。的1N4001是功率二极管的一个例子。

二极管整流器
二极管整流器 - 1A,50V(1N4001)

1N4001的额定电流为1A,正向电压为1.1V。

1N4001 PTH二极管。这次灰色条带表示哪个引脚是阴极。

当然,大多数二极管类型也有表面贴装品种。您会注意到每个二极管都有某种方式(无论多么微小或难以看到),以指示两个引脚中的哪一个是阴极。

贴片二极管图片
贴片二极管图片

发光二极管(LED)

二极管系列中最闪亮的成员必须是发光二极管(LED)。当施加正电压时,这些二极管完全点亮。

LED发光二极管图片
LED发光二极管图片

少数通孔LED。从左到右:黄色3毫米,蓝色5毫米,绿色10毫米,超亮红色5毫米,RGB 5毫米和蓝色7段LED。

与普通二极管一样,LED仅允许电流通过一个方向。它们还具有正向电压额定值,这是它们点亮所需的电压。LED 的V F额定值通常大于普通二极管(1.2~3V),并且取决于LED发出的颜色。例如,Super Bright Blue LED的额定正向电压约为3.3V,而等亮度Super Bright Red LED的额定正向电压仅为2.2V。

显然,您经常会在照明应用中找到LED。他们是眨眼和有趣的!但更重要的是,它们的高效率已经广泛应用于路灯,显示器,背光等等。其他LED发出人眼不可见的光,如红外LED,它是大多数遥控器的主干。LED的另一个常见用途是将危险的高压系统与低压电路光学隔离。光隔离器将红外LED与光电传感器配对,当检测到来自LED的光时,它允许电流流动。下面是光隔离器的示例电路。请注意二极管的原理图符号与普通二极管的关系如何。LED符号添加了从符号延伸出来的几个箭头。

光隔离器电路中的LED发光二极管
光隔离器电路中的LED发光二极管

肖特基二极管

另一个非常常见的二极管是肖特基二极管。

肖特基二极管
肖特基二极管

肖特基二极管的半导体组成与普通二极管略有不同,这导致正向压降小得多,通常在0.15V和0.45V之间。但它们的击穿电压仍然非常大。

当必须保留每一个最后一位电压时,肖特基二极管在限制损耗方面特别有用。它们非常独特,可以获得自己的电路符号,在阴极线的末端有几个弯曲。

肖特基二极管电路符号
肖特基二极管电路符号

齐纳二极管

齐纳二极管是二极管系列的奇怪抛弃物。它们通常用于故意传导反向电流。

齐纳二极管
齐纳二极管 - 5.1V 1W

齐纳的设计具有非常精确的击穿电压,称为齐纳击穿或齐纳电压。当足够的电流反向通过齐纳二极管时,其上的电压降将稳定在击穿电压。

利用它们的击穿特性,齐纳二极管通常用于在其齐纳电压下产生已知的参考电压。它们可以用作小负载的电压调节器,但它们并不是真正用于调节电压以消耗大量电流。

齐纳管非常特别,可以获得自己的电路符号,阴极线上有波浪形末端。符号甚至可以确定二极管的齐纳电压究竟是什么。这是一个3.3V齐纳二极管,用于产生稳定的3.3V电压基准:

齐纳二极管3.3V参考电路
齐纳二极管3.3V参考电路

光电二极管

光电二极管是专门构造的二极管,它从光子(参见物理,量子)捕获能量以产生电流。作为防LED的操作类型。

微型太阳能电池

一个BPW34光电二极管(不是四分之一,最重要的是它)。在阳光下获得它可以产生大约几μW的功率!

太阳能电池是光电二极管技术的主要贡献者。但是这些二极管也可用于检测光,甚至可以光学通信。

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