电子技术基础 二极管基本知识

### 电子技术基础之二极管基本知识 #### 一、基本概念 ##### 1.1 二极管的结构与组成 二极管是一种基本的半导体器件，由管芯、管壳以及两个电极（正极/阳极和负极/阴极）构成。管芯通常指的是一个PN结，它是通过将P型半导体与N型半导体结合而成的。在PN结的两端各引出一根引线，并用塑料、玻璃或金属材料作为封装外壳，这样就构成了晶体二极管。 ##### 1.2 二极管的伏安特性 二极管的伏安特性反映了二极管两端电压与流过二极管电流之间的关系。这种特性可以用一条曲线来表示，即伏安特性曲线。该曲线可以分为两个主要部分：正向特性和反向特性。 - **正向特性**：当二极管两端施加正向电压时，随着电压逐渐增加，二极管将经历从不导通到导通的过程。不导通区域（OA段）对应于电压较低的情况，此时电流几乎为零；当电压超过某一特定值（死区电压）时，二极管开始导通，电流迅速增加。对于硅二极管，死区电压大约为0.5V，而对于锗二极管，则约为0.2V。一旦导通，二极管两端的电压将趋于稳定，称为正向压降，硅管约为0.7V，锗管约为0.3V。 - **反向特性**：当二极管两端施加反向电压时，二极管处于反向截止状态，此时只有非常小的反向电流。随着反向电压的增加，反向电流会有所增加，但通常很小。当反向电压超过某个阈值时，二极管将发生反向击穿，此时反向电流急剧增大，可能损坏二极管。 #### 二、整流电路 ##### 2.1 单向半波整流电路 单向半波整流电路是一种简单的整流电路，仅使用一个二极管实现整流功能。当输入信号为正半周时，二极管导通，电流流过负载；当输入信号为负半周时，二极管截止，没有电流流过负载。这种电路只能利用输入信号的一半能量，效率较低。 ##### 2.2 全波整流电路 全波整流电路相较于半波整流电路更为高效，它可以利用输入信号的整个周期。全波整流电路通常使用四个二极管构成桥式整流电路。无论输入信号处于正半周还是负半周，都有两个二极管导通，使得负载上的电流方向保持一致。这种电路能够更有效地将交流电转换为直流电。 #### 三、滤波电路 整流后的直流电仍然包含一定的交流成分，这被称为纹波电压。为了提高输出电压的稳定性，需要使用滤波电路来进一步平滑输出电压。 ##### 3.1 电容滤波 电容滤波是最常见的滤波方式之一。它利用电容器充放电的特性来减少输出电压中的纹波。电容滤波的优点是结构简单，但在接通电源瞬间可能会产生较大的充电电流。电容滤波适合于负载电压较高且负载变化较小的应用场合。 - **输出电压**：对于半波整流电路，输出电压平均值约为U2；对于全波或桥式整流电路，则约为1.2 * U2。 - **电容的选择**：通常情况下，滤波电容的容量C应大于等于(0.03~0.05) / RL（RL为负载电阻）。 ##### 3.2 电感滤波 电感滤波利用了电感对交流信号的阻抗作用。电感对直流信号几乎没有阻碍作用，但对于交流信号则呈现出较高的阻抗。因此，电感滤波可以有效减少输出电压中的纹波，同时也能降低二极管峰值电流。电感滤波适用于需要较大电流的场合。 - **输出电压**：忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为0.9U2。 ##### 3.3 RC-π型滤波 RC-π型滤波电路是一种低成本、小型化的滤波方案，适用于输出电流较小的场合。该电路由一个电容器与两个串联电阻并联构成，可以有效减少纹波电压，但会增加电源的损耗。 #### 四、稳压二极管 稳压二极管是一种特殊类型的二极管，设计用于在反向击穿状态下工作。当工作电流位于规定的最小值和最大值之间时，稳压二极管两端的电压将保持在一个稳定的值，从而实现电压稳压的功能。 #### 五、二极管的分类 二极管根据不同的用途和特性可以分为多种类型，包括但不限于普通二极管、稳压二极管、肖特基二极管等。不同类型的二极管具有各自的特点和应用场景，了解这些差异有助于在具体应用中选择合适的二极管类型。