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二极管知识必须“拿捏”----结构

在开关电源之中,二极管一直是我们不可或缺的物料,二极管存在的形式和封装也很多,那么我们在实际项目中所用到的二极管是否正确?是否真正了解二极管在电路中的工作姿态和作用?带着这些疑问来进入本文的内容。

一、什么是二极管

二极管是一种半导体器件,允许电流沿一个方向流动。 如果将电流比作水流,二极管就是“阀门”的形象。

图1 二极管工作方式

图2显示了一个实际二极管的示例。 二极管标记在阴极侧。

图2 二极管封装举例

二、二极管应用

● 整流

二极管只允许电流沿一个方向通过。 这称为纠正。 图 3 所示为采用二极管整流的全波整流电路。 全波整流电路常用于电源电路中,并与电容器组合将交流电转换为直流电。

图3 全波整流电路

● 反向电流钳位

二极管通过防止电流反向流动来保护电路和电路元件。

● 过压保护

二极管保护电路和电路元件免受过压影响。

三、二极管结构

二极管结结构分为PN结和肖特基结。

● PN 结

载流子为空穴的半导体称为p型半导体。 载流子为电子的半导体称为 n 型半导体。 p型半导体和n型半导体结合的结构称为PN结。 再结合(电子填充空穴时载流子消失)发生在结处,形成一个不存在电荷载流子的区域。 这称为耗尽层。

p型半导体一侧的端子称为阳极,n型半导体一侧的端子称为阴极。

图4 PN结

实际二极管的 N 层由 N+ 层和 N- 层组成。 二极管的击穿电压由 N- 层的厚度和载流子浓度决定。 N-层越厚,载流子浓度越低,击穿电压越高。 然而,击穿电压和电阻之间存在一种权衡关系,因此,增加击穿电压也会增加电阻。

图5 PN Junction (P-layer/ N-layer) 

● 肖特基结

金属与半导体(一般为N型半导体)结合的结构称为肖特基结。 在交界处产生肖特基势垒。 金属侧的端子称为阳极,N型半导体侧的端子称为阴极。 由于不使用 P 型半导体,因此不使用空穴作为载流子。

图6 Schottky Junction 

当正向施加电压(正极为正极,负极为负极)时,二极管允许电流流动。 即使反向施加电压,也不会流过电流。

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