二極管知識(shí)

大家好，從今日起我新建了一個(gè)電子類專欄，該專欄將逐個(gè)介紹電路設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常用到的元器件，力求以最簡(jiǎn)潔的文字描述，讓大家快速的掌握元器件的使用方法，并學(xué)會(huì)如何設(shè)計(jì)硬件電路、如何設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品，專欄持久更新。

前文《電子入門04：電感的基本知識(shí)和用法》講解了如下與電容相關(guān)的內(nèi)容：

電感的含義相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)；
電感的分類相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)；
電感的典型電路及使用方法；

今天和大家一起來(lái)看一下二極管的相關(guān)知識(shí)內(nèi)容和典型的使用方法。在本章節(jié)中，您會(huì)看到如下幾部分的內(nèi)容：

二極管的基本概念相關(guān)的知識(shí)；
二極管的分類相關(guān)的基本知識(shí)；
二極管典型應(yīng)用和電路等知識(shí)；

1.二極管的基本概念相關(guān)的知識(shí)

二極管的全稱是晶體二極管，是一種具有單向?qū)щ娞匦缘?a target="_blank">半導(dǎo)體器件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體構(gòu)成，在外部具有兩個(gè)引腳，P型半導(dǎo)體所引出的電極引腳叫做陽(yáng)極，N型半導(dǎo)體所引出的電極引腳叫做陰極，P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體所燒結(jié)而成的接合面就是PN結(jié)。其電氣符號(hào)和電路符號(hào)如圖1所示。

1-二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣符號(hào)

二極管具有單向?qū)щ娞匦裕?dāng)PN結(jié)正向偏置時(shí)，二極管導(dǎo)通；二極管反向偏置時(shí)，二極管截止不導(dǎo)通。二極管的特性曲線如圖2所示。

2-二極管的特性曲線

當(dāng)給二極管兩端加正向電壓并且電壓大于二極管的開(kāi)啟電壓后，二極管導(dǎo)通，并且在工作范圍內(nèi)二極管的導(dǎo)通壓降基本維持在一個(gè)固定的值左右，不會(huì)有較大的變化。這個(gè)值，硅管大約是0.7V，鍺管大約是0.2V。未導(dǎo)通之前的電壓范圍叫做二極管的死區(qū)電壓。

當(dāng)給二極管兩端加反向電壓時(shí)，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)幾乎沒(méi)有電流流過(guò)，但是當(dāng)反向電壓達(dá)到一定程度后，二極管的反向電流突然增大，這表明二極管被擊穿。所以在使用二極管時(shí)應(yīng)避免其反向電壓過(guò)高。

二極管是有方向區(qū)分的，不管是直插的還是貼片的，在其柱體的一端有一條橫杠，該橫杠代表的是二極管的負(fù)極，另一端代表的是二極管的正極。如圖3所示。

3-二極管的方向區(qū)分

2.二極管的分類相關(guān)的基本知識(shí)

二極管的種類繁多，各式各樣。按照材料分，有硅管、鍺管等；按照制造工藝可以分為點(diǎn)接觸型二極管和面接觸型二極管；按照功能可以分為：整流二極管、檢波二極管、開(kāi)關(guān)二極管、穩(wěn)壓二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管、、快恢復(fù)二極管、瞬態(tài)抑制二極管等。下面介紹幾個(gè)典型的二極管。

發(fā)光二極管

發(fā)光二極管是二極管的一種，主要起到指示和照明作用，當(dāng)給發(fā)光二極管通以合適的電流之后，二極管即會(huì)發(fā)光，可以用作電源指示、狀態(tài)指示和照明用。發(fā)光二極管有紅色、綠色、藍(lán)色、白色、黃色等，根據(jù)其顏色不同，其工作電流和正向壓降也不完全相同，其工作電流的一般范圍為2-20mA，正向壓降的一般范圍為0.8-2V。

發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)方式一般有三種方式：1)拉電流方式；2)灌電流方式；3)硬件方式。如圖4所示。

4-發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)方式

拉電流方式和灌電流方式主要是針對(duì)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的情況，所謂拉電流是由單片機(jī)輸出高電平驅(qū)動(dòng)二極管，所謂灌電流是由單片機(jī)輸出低電平驅(qū)動(dòng)二極管，建議灌電流的方式。

穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管的工作狀態(tài)是處于反向擊穿狀態(tài)，當(dāng)穩(wěn)壓二極管被擊穿后，二極管兩端的電壓將會(huì)穩(wěn)定在某個(gè)固定值附近，起到對(duì)電壓的鉗位作用，一般起到對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)作用和穩(wěn)壓作用。其典型的電路如圖5所示。

5-穩(wěn)壓二極管應(yīng)用電路

必須要注意的是，穩(wěn)壓二極管要反向連接在電路中，即二極管的陽(yáng)極接電源負(fù)，陰極接電源正。

瞬態(tài)抑制二極管TVS

瞬態(tài)抑制二極管的英文簡(jiǎn)稱為TVS管，它是一種保護(hù)器件，當(dāng)兩端受到高能量的沖擊時(shí)，TVS管瞬間將自身的高阻轉(zhuǎn)化為低阻，從而吸收大電流保護(hù)后級(jí)電路。TVS管可以分為單向TVS和雙向TVS，其位置一般在電源的輸入端，防止瞬間的高于損壞后級(jí)的破壞電路，典型電路如圖6所示。

6-TVS典型應(yīng)用電路

3.二極管典型應(yīng)用和電路等知識(shí)

二極管的主要特性就是單向?qū)щ娞匦裕渌械膽?yīng)用基本上都是以這個(gè)特性為依據(jù)的。在本章節(jié)中主要介紹如下幾個(gè)應(yīng)用：整流電路應(yīng)用、續(xù)流二極管應(yīng)用、防反接應(yīng)用。對(duì)于其他應(yīng)用可以私信我獲取售后支持。

整流電路應(yīng)用

所謂整流，就是將直流轉(zhuǎn)化為交流的過(guò)程，所用的器件是整流橋，而整流橋是由四個(gè)二極管所構(gòu)成的，交流電經(jīng)過(guò)整流橋后變?yōu)槊}動(dòng)直流，通過(guò)加大電容濾波可以變?yōu)檩^為平滑的直流。整流電路以及電流的方向如圖7所示。

7-典型的整流電路

續(xù)流二極管應(yīng)用

續(xù)流二極管一般用于感性負(fù)載中，反向并聯(lián)在感性負(fù)載兩端，最典型的應(yīng)用就是繼電器驅(qū)動(dòng)電路。如圖8所示。

8-續(xù)流二極管典型應(yīng)用

由于感性負(fù)載具有阻礙電流變化的特性，當(dāng)繼電器線圈在失電的瞬間，會(huì)在線圈兩端感應(yīng)出反向電動(dòng)勢(shì)，該反向電動(dòng)勢(shì)會(huì)非常高可能會(huì)超過(guò)三極管的集電極-發(fā)射極之間的耐壓，從而把三極管擊穿。在線圈兩端反向并聯(lián)一個(gè)二極管后，反向電動(dòng)勢(shì)經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管泄放，從而保護(hù)了三極管。

除此之外，續(xù)流二極管在DC/DC電路中也有非常重要的應(yīng)用，這一部分在《電子入門03：電感的基本知識(shí)和用法》中詳細(xì)描述過(guò)，大家可以翻閱。

防反接應(yīng)用

在接電源線的時(shí)候，可能由于粗心把電源線給接反了把產(chǎn)品燒掉，為了防止這種情況，可以在電源輸入端加入一個(gè)二極管，利用二極管的反向?qū)щ娞匦裕瑢?shí)現(xiàn)電源防反接，即使電源被接反，由于二極管不能導(dǎo)通，也不會(huì)把后級(jí)電路給燒掉。典型電路圖如圖9所示。

9-二極管防電源反接