盘点二极管及八大电路保护元器件

2017年08月28日 17:08    傲壹电子
关键词: 二极管

作为一名电子工程师,对于电路不说必须要非常精通,但至少能够看得懂电路,知道电路保护器件的作用,在客户提出防护需求时,及时给出有效且具有实施性的整改意见。


  电路保护元器件应用领域广泛,只要有电的地方就有安装电路保护元器件的必要,如各类家用电器、家庭视听及数码产品、个人护理等消费类电子产品、计算机及其周边、手机及其周边、照明、医疗电子、汽车电子、电力、工业设备等,涵盖人们生产生活的方方面面。


  电路保护主要有两种形式:过压保护和过流保护。选择适当的电路保护器件是实现高效、可靠电路保护设计的关键,涉及到电路保护器件的选型,我们就必须要知道各电路保护器件的作用。在选择电路保护器件的时候我们要知道保护电路不应干扰受保护电路的正常行为,此外,其还必须防止任何电压瞬态造成整个系统的重复性或非重复性的不稳定行为。


  防雷过压器件分为钳位型过压器件和开关型过压器件,开关型过压器件就是我们熟知的防雷器件:陶瓷气体放电管、半导体放电管和玻璃放电管;钳位型过压器件有瞬态抑制二极管、压敏电阻、贴片压敏电阻和ESD放电二极管;过流器件则以PTC元件自恢复保险丝为主,以下是其具体作用:


  1.放电管的作用:放电管常用于多级保护电路中的第一级或前两级,起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用,放电管是通过将电压限制在较低的水平,从而起到保护作用。硕凯电子的放电管又分为气体放电管和固体放电管,气体放电管主要以陶瓷气体放电管和玻璃气体放电管为主,具体应用中放电管类别和型号的选择则需要工程师根据产品应用端口的防护等级以及相关选型参数来确定。


  2.瞬态抑制二极管的作用:瞬态抑制二极管能以10的负12次方秒量级的速度,将其两极间的高阻抗变为低阻抗,吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极间的电压箝位于一个预定值,有效地保护电子线路中的精密元器件,免受各种浪涌脉冲的损坏。


  3.压敏电阻的作用:压敏电阻是一种限压型保护器件,电路保护中主要是利用压敏电阻的非线性特性,当过电压出现在压敏电阻的两极间,压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值,从而实现对后级电路的保护。


  4.贴片压敏电阻的作用:贴片压敏电阻主要用于保护元件和电路,防止在电源供应、控制和信号线产生的ESD。


  5.ESD静电放电二极管的作用:ESD静电放电二极管是一种过压、防静电保护元件,是为高速数据传输应用的I/O端口保护设计的器件。ESD保护器件是用来避免电子设备中的敏感电路受到ESD(静电放电)的影响。可提供非常低的电容,具有优异的传输线脉冲(TLP)测试,以及IEC6100-4-2测试能力,尤其是在多采样数高达1000之后,进而改善对敏感电子元件的保护。


  6.PTC自恢复保险丝的作用:电路正常工作时它的阻值很小(压降很小),当电路出现过流使它温度升高时,阻值急剧增大几个数量级,使电路中的电流减小到安全值以下,从而使后面的电路得到保护。当故障排除之后,PPTC元件很快冷却并将回复到原来的低电阻状态,这样又象一只新的PPTC元件一样可以重新工作了。


  7.电感的作用:电磁的关系相信大家都清楚,电感的作用就是在电路刚开始的时候,一切还不稳定的时候,如果电感中有电流通过,就一定会产生一个与电流方向相反的感应电流(法拉第电磁感应定律),等到电路运行了一段时间后,一切都稳定了,电流没有什么变化了,电磁感应也就不会产生电流,这时候就稳定了,不会出现突发性的变故,从而保证了电路的安全,就像水车,一开始由于阻力转动的比较慢,后来慢慢趋于平和。电感还有一个作用就是通直流,阻交流,这个用的不多,我也不太清楚具体怎么用,等用到了再和大家分享


  8.磁珠的作用:磁珠有很高的电阻率和磁导率,他等效于电阻和电感串联,但电阻值和电感值都随频率变化。 他比普通的电感有更好的高频滤波特性,在高频时呈现阻性,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高调频滤波效果,在以太网芯片上用到过。


  再具体谈一下二极管基础知识-分类,应用,特性,原理,参数


  二极管的特性与应用


  几乎在所有的电子电路中,都要用到半导体二极管,它在许多的电路中起着重要的作用,它是诞生最早的半导体器件之一,其应用也非常广泛。


  二极管的应用


  1、整流二极管


  利用二极管单向导电性,可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。


  2、开关元件


  二极管在正向电压作用下电阻很小,处于导通状态,相当于一只接通的开关;在反向电压作用下,电阻很大,处于截止状态,如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性,可以组成各种逻辑电路。


  3、限幅元件


  二极管正向导通后,它的正向压降基本保持不变(硅管为0.7V,锗管为0.3V)。利用这一特性,在电路中作为限幅元件,可以把信号幅度限制在一定范围内。


  4、继流二极管


  在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。


  5、检波二极管


  在收音机中起检波作用。


  6、变容二极管


  使用于电视机的高频头中。


  二极管的工作原理


  晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结,在其界面处两侧形成空间电荷层,并建有自建电场。当不存在外加电压时,由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时,外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时,外界电场和自建电场进一步加强,形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时,p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程,产生大量电子空穴对,产生了数值很大的反向击穿电流,称为二极管的击穿现象。


  二极管的类型


  二极管种类有很多,按照所用的半导体材料,可分为锗二极管(Ge管)和硅二极管(Si管)。根据其不同用途,可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管等。按照管芯结构,又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面,通以脉冲电流,使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起,形成一个“PN结”。由于是点接触,只允许通过较小的电流(不超过几十毫安),适用于高频小电流电路,如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN结”面积较大,允许通过较大的电流(几安到几十安),主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管是一种特制的硅二极管,它不仅能通过较大的电流,而且性能稳定可靠,多用于开关、脉冲及高频电路中。


  一、根据构造分类


  半导体二极管主要是依靠PN结而工作的。与PN结不可分割的点接触型和肖特基型,也被列入一般的二极管的范围内。包括这两种型号在内,根据PN结构造面的特点,把晶体二极管分类如下:


  1、点接触型二极管


  点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后,再通过电流法而形成的。因此,其PN结的静电容量小,适用于高频电路。但是,与面结型相比较,点接触型二极管正向特性和反向特性都差,因此,不能使用于大电流和整流。因为构造简单,所以价格便宜。对于小信号的检波、整流、调制、混频和限幅等一般用途而言,它是应用范围较广的类型。


  2、键型二极管


  键型二极管是在锗或硅的单晶片上熔接或银的细丝而形成的。其特性介于点接触型二极管和合金型二极管之间。与点接触型相比较,虽然键型二极管的PN结电容量稍有增加,但正向特性特别优良。多作开关用,有时也被应用于检波和电源整流(不大于50mA)。在键型二极管中,熔接金丝的二极管有时被称金键型,熔接银丝的二极管有时被称为银键型。


  3、合金型二极管


  在N型锗或硅的单晶片上,通过合金铟、铝等金属的方法制作PN结而形成的。正向电压降小,适于大电流整流。因其PN结反向时静电容量大,所以不适于高频检波和高频整流。


  4、扩散型二极管


  在高温的P型杂质气体中,加热N型锗或硅的单晶片,使单晶片表面的一部变成P型,以此法PN结。因PN结正向电压降小,适用于大电流整流。最近,使用大电流整流器的主流已由硅合金型转移到硅扩散型。


  5、台面型二极管


  PN结的制作方法虽然与扩散型相同,但是,只保留PN结及其必要的部分,把不必要的部分用药品腐蚀掉。其剩余的部分便呈现出台面形,因而得名。初期生产的台面型,是对半导体材料使用扩散法而制成的。因此,又把这种台面型称为扩散台面型。对于这一类型来说,似乎大电流整流用的产品型号很少,而小电流开关用的产品型号却很多。


  6、平面型二极管


  在半导体单晶片(主要地是N型硅单晶片)上,扩散P型杂质,利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用,在N型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的PN结。因此,不需要为调整PN结面积的药品腐蚀作用。由于半导体表面被制作得平整,故而得名。并且,PN结合的表面,因被氧化膜覆盖,所以公认为是稳定性好和寿命长的类型。最初,对于被使用的半导体材料是采用外延法形成的,故又把平面型称为外延平面型。对平面型二极管而言,似乎使用于大电流整流用的型号很少,而作小电流开关用的型号则很多。


  7、合金扩散型二极管


  它是合金型的一种。合金材料是容易被扩散的材料。把难以制作的材料通过巧妙地掺配杂质,就能与合金一起过扩散,以便在已经形成的PN结中获得杂质的恰当的浓度分布。此法适用于制造高灵敏度的变容二极管。


  8、外延型二极管


  用外延面长的过程制造PN结而形成的二极管。制造时需要非常高超的技术。因能随意地控制杂质的不同浓度的分布,故适宜于制造高灵敏度的变容二极管。


  9、肖特基二极管


  基本原理是:在金属(例如铅)和半导体(N型硅片)的接触面上,用已形成的肖特基来阻挡反向电压。肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程度只有40V左右。其特长是:开关速度非常快:反向恢复时间trr特别地短。因此,能制作开关二极和低压大电流整流二极管。


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hailian27 发表于 2017-8-28 20:21:22
涨知识了
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