整流二極管工作原理是什么?

整流二極管工作原理是什么?

A.　半導(dǎo)體的基本知識(shí)
　　多數(shù)現(xiàn)代電子器件是由性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的半導(dǎo)體材料制成的。為了從電路的觀點(diǎn)理解這些器件的性能，首先必須從物理的角度了解它們是如何工作的。

一、半導(dǎo)體材料

　　從導(dǎo)電性能上看，物質(zhì)材料可分為三大類：

　　導(dǎo)體： 電阻率ρ < 10-4 ，電阻變小。這時(shí)的外加電壓稱為正向電壓或正向偏置電壓用VF表示。

　　在VF作用下，通過PN結(jié)的電流稱為正向電流IF。外加正向電壓的電路如圖所示。


2、外加反向電壓

　　當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時(shí)，外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)的方向相同，內(nèi)電場(chǎng)變強(qiáng)，結(jié)果使空間電荷區(qū)（PN結(jié)）變寬, 同時(shí)空間電荷區(qū)中載流子的濃度減小，電阻變大。這時(shí)的外加電壓稱為反向電壓或反向偏置電壓用VR表示。在VR作用下，通過PN結(jié)的電流稱為反向電流IR或稱為反向飽和電流IS。如下圖所示。



3、PN結(jié)的伏安特性

根據(jù)理論分析，PN結(jié)的伏安特性可以表達(dá)為：
　　式中iD為通過PN結(jié)的電流，vD為PN結(jié)兩端的外加電壓；VT為溫度的電壓當(dāng)量=kT/q=T/11600=0.026V， 其中k為波爾慈曼常數(shù)（1.38×10-23J/K），T為絕對(duì)溫度（300K），q為電子電荷（1.6×10-19C） ；e為自然對(duì)數(shù)的底；IS為反向飽和電流。



整流二極管工作原理C. 　半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)

　　半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)的不同可分為點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類。

　　點(diǎn)接觸型二極管是由一根很細(xì)的金屬觸絲(如三價(jià)元素鋁)和一塊半導(dǎo)體(如鍺)的表面接觸，然后在正方向通過很大的瞬時(shí)電流，使觸絲和半導(dǎo)體牢固地熔接在一起，三價(jià)金屬與鍺結(jié)合構(gòu)成PN結(jié)，并做出相應(yīng)的電極引線，外加管殼密封而成，如圖 2.7所示。由于點(diǎn)接觸型二極管金屬絲很細(xì)， 形成的PN結(jié)面積很小， 所以，也不能承受高的反向電壓和大的電流。這種類型的管子適于做高頻檢波和脈沖數(shù)字電路里的開關(guān)元件， 也可用來作小電流整流。 如2APl是點(diǎn)接觸型鍺二極管， 最大整流電流為16mA， 最高工作頻率為15OMHz。

　　面接觸型或稱面結(jié)型二極管的PN結(jié)是用合金法或擴(kuò)散法做成的，其結(jié)構(gòu)如圖2.7 所示。由于這種二極管的PN結(jié)面積大，可承受較大的電流，但極間電容也大。這類器件適用于整流，而不宜用于高頻電路中。如2CPl為面接觸型硅二極管，最大整流電流為40OmA， 最高工作頻率只有3kHz。

　　圖2.7中的硅工藝平面型二極管結(jié)構(gòu)圖， 是集成電路中常見的一種形式。代表二極管的符號(hào)也在圖2.7中示出。

　　部分二極管實(shí)物如圖2.8所示?！　　　?br>

整流二極管工作原理d 、二極管的伏安特性:

　　實(shí)際。由圖可以看出，二極管的V-I特性和PN結(jié)的V-I特性(圖2.6)基本上是相同的。下面對(duì)二極管V-I特性分三部分加以說明:

1、正向特性：二極管外加正向偏置電壓時(shí)的V-I特性


　　對(duì)應(yīng)于圖2.9（b）的第①段為正向特性，此時(shí)加于二極管的正向電壓只有零點(diǎn)幾伏，但相對(duì)來說流過管子的電流卻很大，因此管子呈現(xiàn)的正向電阻很小。但是，在正向特性的起始部分，由于正向電壓較小，外電場(chǎng)還不足以克服PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)，因而這時(shí)的正向電流幾乎為零，二極管呈現(xiàn)出一個(gè)大電阻，好像有一個(gè)門坎。 硅管的門坎電壓Vth(又稱死區(qū)電壓)約為0·5V，鍺管的Vth約為0·lV，當(dāng)正向電壓大于Vth時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)大為削弱，電流因而迅速增長(zhǎng)。


2、反向特性：二極管外加反向偏置電壓時(shí)的V-I特性


　　P型半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子（電子）和N型半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子（空穴），在反向電壓作用下很容易通過PN結(jié)， 形成反向飽和電流。但由于少數(shù)載流子的數(shù)目很少， 所以， 一般硅管的反向電流比鍺管小得多，其數(shù)量級(jí)為：硅管nA級(jí)，鍺管大mA級(jí)。

　　溫度升高時(shí)，由于少數(shù)載流子增加，反向電流將隨之急劇增加。


3、反向擊穿特性：二極管擊穿時(shí)的V-I特性


　　當(dāng)增加反向電壓時(shí)， 因在一定溫度條件下， 少數(shù)載流子數(shù)目有限，故起始一段反向電流沒有多大變化，當(dāng)反向電壓增加到一定大小時(shí)，反向電流劇增，這叫做二極管的反向擊穿， 對(duì)應(yīng)于圖2.9的第③段，其原因與PN結(jié)擊穿相同。

整流二極管的原理

測(cè)試整流二極管主要測(cè)試晰度和色彩還原性、照度、逆光補(bǔ)償，其次是測(cè)其整流二極管失真、耗電量、最低工作電壓，下面先把清晰度和色彩還原性以及照度、逆光補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量步驟先介紹一下。

　　1 ．清晰度的測(cè)量：多個(gè)整流二極管進(jìn)行測(cè)試時(shí)，應(yīng)使用相同鏡頭，（推薦使作定焦、二可變鏡頭），以測(cè)試卡中心圓出現(xiàn)在監(jiān)視器屏幕的左右邊為準(zhǔn)，清晰準(zhǔn)確的數(shù)出已給的刻度線共 10 組垂直線和 10 組水平線。分別代表著垂直清晰度和水平清晰度，并相應(yīng)的一組已給出了線數(shù)。如垂直 350 線水平 800 線，此時(shí)最好用黑白整流二極管。測(cè)試時(shí)可在遠(yuǎn)景物聚焦，也可邊測(cè)邊聚焦。最好能兩者兼用，可看出此整流二極管的差異（對(duì)遠(yuǎn)近會(huì)聚）。

　　2 ．整流二極管彩色還原性的測(cè)試：測(cè)試此參數(shù)應(yīng)選好的彩色監(jiān)視器。首先遠(yuǎn)距離觀察人物、服飾，看有無顏色失真，拿色彩鮮明的物體對(duì)比，看整流二極管反應(yīng)靈敏度，拿彩色畫冊(cè)放在整流二極管前，看畫面勾勒得清晰程度，過淡或過濃，再次應(yīng)對(duì)運(yùn)動(dòng)的彩色物體進(jìn)行攝像，看有無彩色拖尾、延滯、模糊等。測(cè)試條件如此整流二極管最代照度在 50V 時(shí)應(yīng)在 50+10V 照度情況下測(cè)量，即每整流二極管最代照度基礎(chǔ)上加十伏，且光圈應(yīng)保持最接近狀態(tài)。

　　3 ．照度：將整流二極管置于暗室，暗室前后為有源 220V 自熾燈，處設(shè)調(diào)壓器，以調(diào)壓器調(diào)節(jié)電壓高代來調(diào)節(jié)暗室內(nèi)燈的明暗，電壓可以從 0V 調(diào)到 250V 。室內(nèi)光照也可從最暗調(diào)至最明，測(cè)試時(shí)把整流二極管光圈均開至最大時(shí)記錄下一個(gè)最低照度值（把有源燈用調(diào)壓器調(diào)暗至看不清暗室內(nèi)置畫面）再把光圈打至最小再記錄下一個(gè)最低照度值，也可前后燈分別調(diào)壓明滅。

　　4 ．整流二極管逆光補(bǔ)償：測(cè)試此參數(shù)有兩種方法：一種是在暗室內(nèi)，把整流二極管前側(cè)調(diào)壓燈打開，調(diào)至最亮?xí)r，然后在燈的下方放置一圖畫或文字，把整流二極管迎光攝像，看圖像和文字能否看清，畫面刺不刺眼，并調(diào)節(jié) AL 、 AX 拔檔開關(guān)，看有無變化，哪種效果最好。另一種是在陽光充足的情況下把整流二極管向窗外照，此時(shí)看圖像和文字能否看清楚。

　　5 ．整流二極管失真：看整流二極管失真把測(cè)試卡置于整流二極管前端使整個(gè)球體出現(xiàn)在屏幕上，看圓球形有無橢圓，把攝像機(jī)前移，看圓中心有無放大，再遠(yuǎn)距離測(cè)試邊、角、框有無弧形失真等。

　　6 ．整流二極管耗電量：最低工作電壓，使用萬用表測(cè)量電流，使用小穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)電壓看