二極體的結構及性能特點有哪些?
(一)半導體、晶體與PN結
1.半導體 半導體是導電能力介於導體(例如,金、銀、銅、鐵、鋁等材料)和絕緣體(例如,塑膠、橡膠、陶瓷、環氧樹脂、雲母等材料)之間的物質,具有熱敏特性、光敏特性和摻雜特性。
常用的半導體材料有矽、鍺、硒、砷化鎵及金屬的氧化物、硫化物等。純淨的、不含任何雜質的半導體材料(例如矽、鍺等四價元素)稱爲本征半導體。
2.晶體 自然界的一切物質都是由很小的物質微粒—原子構成的。按照原子排列形式的不同,物質又可分爲晶體和非晶體兩類。晶體通常都具有規則的幾何形狀,其內部的原子按照一定的晶格結構有規律地整齊排列羊,而非晶體內部的原子排列則無規律,雜亂無章。
本征半導體屬於理想的晶體,在熱激發的作用下,其內部會産生載流子(指自由電子和空穴)。 3.N型半導體 在矽或鍺等本征半導體材料中摻入微量的磷、銻、砷等五價元素,就變成了以電子導電爲主的半導體,即N型半導體。在N型半導體中,電子(帶負電荷)叫多數載流子,空穴(帶正電荷)叫少數載流子。
4.P型半導體 在矽或鍺等本征半導體材料中摻入微量的硼、銦、鎵或鋁等三價元素,就就成了以空穴導電爲主的半導體,即P型半導體。在P型半導體中,空穴(帶正電荷)叫多數載流子,電子(帶負電荷)叫少數載流子。
5.PN結 通過特殊的“擴散”製作工藝,將一塊本征半導體的一半摻入微量的五價元素、變成P型半導體,而將其另一半摻入微量的三價元素、變成N型半導體,在P型半導體區和N型半導體區的交界面處就會形成一個具有特殊導電性能的薄層,這就是PN結,它對P型區和N型區中多數載流子的擴散運動産生了阻力。
6.單向導電性 PN結主要的特性就是其具有單方向導電性,即在PN加上適當的正向電壓(P區接電源正極,N區接電源負極),PN結就會導通,産生正向電流。若在PN結上加反向電壓,則PN結將截止(不導通),正向電流消失,僅有極微弱的反向電流。當反向電壓增大至某一數值時,PN結將擊穿(變爲導體)損壞,使反向電流急劇增大。
(二)普通二極體
1.二極體的基本結構 二極體是由一個PN結構成的半導體器件,即將一個PN結加上兩條電極引線做成管芯,並用管殼封裝而成。P型區的引出線稱爲正極或陽極,N型區的引出線稱爲負極或陰極,如圖4-3的所示。
普通二極體有矽管和鍺管兩種,它們的正向導通電壓(PN結電壓)差別較大,鍺管爲0.2~0.3V,矽管爲0.6~0.7V。
2.點接觸型二極體 如圖4-4所示,點接觸型二極體是由一根根細的金屬絲熱壓在半導體薄片上製成的。在熱壓處理過程中,半導體薄片與金屬絲接觸面上形成了一個PN結,金屬絲爲正極,半導體薄片爲負極。
點接觸型二極體的金屬絲和半導體的金屬面很小,雖難以通過較大的電流,但因其結電容較小,可以在較高的頻率下工作。點接觸型二極體可用於檢波、變頻、開關等電路及小電流的整流電路中。
3.面接觸型二極體 如圖4-5所示,面接觸型二極體是利用擴散、多用合金及外延等摻雜質方法,實現P型半導體和N型半導體直接接觸而形成PN結的。
面接觸型二極體PN結的接觸面積大,可以通過較大的電流,適用於大電流整流電路或在脈衝數位電路中作開關管。因其結電容相對較大,故
只能在較低的頻率下工作。
(三)檢波二極體
1.檢波二極體的作用 檢波(也稱解調)二極體的作用是利用其單向導電性將高頻或中頻無線電信號中的低頻信號或音頻信號取出來。
檢波二極體廣泛應用於半導體收音機、收錄機、電視機及通信等設備的小信號電路中,其工作頻率較高,處理信號幅度較弱。
圖4-6是檢波二極體的應用電路。
2.常用的檢波二極體 常用的國產檢波二極體有2AP系列鍺玻璃封裝二極體,其外形見圖4-7。
常用的進口檢波二極體有1N34/A、1N60等。
(四)整流二極體
1.整流二極體的作用及分類 整流二極體的作用是利用其單向導電性,將交流電變成直流電。圖4-8
是整流二極體的應用電路。
整流二極體除有矽管和鍺管之分外,還可分爲高頻整流二極體、低頻整流二極體、大功率整流二極體及中、小功率整流二極體。
整流二極體具有金屬封裝、塑膠封裝、玻璃封裝及表面封裝等多種形式。圖4-9爲整流二極體外形圖。
2.常用的整流二極體 常用的國產低頻(普通)整流二極體有2CP1~4系列、2CZ11~13系列、2DP3~5系列、2CZ55~60系列和2CZ80~86系列;高頻整流二極體有2CZ20/21系列、2CP6系列、2CP10~20系列、2CG系列、2DG系列及2DZ2系列。
常用的進口低頻整流二極體有1S系列、RM系列、1N40××系列、1N53××系列和1N54××系列;高頻整流二極體有EU系列、RU系列、RGP系列等。 表4-5是常用進口低頻整流二極體的主要參數。
表4-6是常用進口高頻整流二極體的主要參數。
二极体的结构及性能特点有哪些
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