整流二極管工作原理是什么?

A.　半導體的基本知識
　　多數現代電子器件是由性能介于導體與絕緣體之間的半導體材料制成的。為了從電路的觀點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、半導體材料

　　從導電性能上看，物質材料可分為三大類：

　　導體： 電阻率ρ < 10-4 ，電阻變小。這時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PN結外加反向電壓時，外電場與內電場的方向相同，內電場變強，結果使空間電荷區（PN結）變寬, 同時空間電荷區中載流子的濃度減小，電阻變大。這時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結的伏安特性

根據理論分析，PN結的伏安特性可以表達為：
　　式中iD為通過PN結的電流，vD為PN結兩端的外加電壓；VT為溫度的電壓當量=kT/q=T/11600=0.026V， 其中k為波爾慈曼常數（1.38×10-23J/K），T為絕對溫度（300K），q為電子電荷（1.6×10-19C） ；e為自然對數的底；IS為反向飽和電流。



整流二極管工作原理C. 　半導體二極管的結構

　　半導體二極管按其結構的不同可分為點接觸型和面接觸型兩類。

　　點接觸型二極管是由一根很細的金屬觸絲(如三價元素鋁)和一塊半導體(如鍺)的表面接觸，然后在正方向通過很大的瞬時電流，使觸絲和半導體牢固地熔接在一起，三價金屬與鍺結合構成PN結，并做出相應的電極引線，外加管殼密封而成，如圖 2.7所示。由于點接觸型二極管金屬絲很細， 形成的PN結面積很小， 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字電路里的開關元件， 也可用來作小電流整流。 如2APl是點接觸型鍺二極管， 最大整流電流為16mA， 最高工作頻率為15OMHz。

　　面接觸型或稱面結型二極管的PN結是用合金法或擴散法做成的，其結構如圖2.7 所示。由于這種二極管的PN結面積大，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構圖， 是集成電路中常見的一種形式。代表二極管的符號也在圖2.7中示出。

　　部分二極管實物如圖2.8所示。　　　　


整流二極管工作原理d 、二極管的伏安特性:

　　實際。由圖可以看出，二極管的V-I特性和PN結的V-I特性(圖2.6)基本上是相同的。下面對二極管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的V-I特性


　　對應于圖2.9（b）的第①段為正向特性，此時加于二極管的正向電壓只有零點幾伏，但相對來說流過管子的電流卻很大，因此管子呈現的正向電阻很小。但是，在正向特性的起始部分，由于正向電壓較小，外電場還不足以克服PN結的內電場，因而這時的正向電流幾乎為零，二極管呈現出一個大電阻，好像有一個門坎。 硅管的門坎電壓Vth(又稱死區電壓)約為0·5V，鍺管的Vth約為0·lV，當正向電壓大于Vth時，內電場大為削弱，電流因而迅速增長。


2、反向特性：二極管外加反向偏置電壓時的V-I特性


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

　　溫度升高時，由于少數載流子增加，反向電流將隨之急劇增加。


3、反向擊穿特性：二極管擊穿時的V-I特性


　　當增加反向電壓時， 因在一定溫度條件下， 少數載流子數目有限，故起始一段反向電流沒有多大變化，當反向電壓增加到一定大小時，反向電流劇增，這叫做二極管的反向擊穿， 對應于圖2.9的第③段，其原因與PN結擊穿相同。

整流二極管的原理

測試整流二極管主要測試晰度和色彩還原性、照度、逆光補償，其次是測其整流二極管失真、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、逆光補償的測量步驟先介紹一下。

　　1 ．清晰度的測量：多個整流二極管進行測試時，應使用相同鏡頭，（推薦使作定焦、二可變鏡頭），以測試卡中心圓出現在監視器屏幕的左右邊為準，清晰準確的數出已給的刻度線共 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，并相應的一組已給出了線數。如垂直 350 線水平 800 線，此時最好用黑白整流二極管。測試時可在遠景物聚焦，也可邊測邊聚焦。最好能兩者兼用，可看出此整流二極管的差異（對遠近會聚）。

　　2 ．整流二極管彩色還原性的測試：測試此參數應選好的彩色監視器。首先遠距離觀察人物、服飾，看有無顏色失真，拿色彩鮮明的物體對比，看整流二極管反應靈敏度，拿彩色畫冊放在整流二極管前，看畫面勾勒得清晰程度，過淡或過濃，再次應對運動的彩色物體進行攝像，看有無彩色拖尾、延滯、模糊等。測試條件如此整流二極管最代照度在 50V 時應在 50+10V 照度情況下測量，即每整流二極管最代照度基礎上加十伏，且光圈應保持最接近狀態。

　　3 ．照度：將整流二極管置于暗室，暗室前后為有源 220V 自熾燈，處設調壓器，以調壓器調節電壓高代來調節暗室內燈的明暗，電壓可以從 0V 調到 250V 。室內光照也可從最暗調至最明，測試時把整流二極管光圈均開至最大時記錄下一個最低照度值（把有源燈用調壓器調暗至看不清暗室內置畫面）再把光圈打至最小再記錄下一個最低照度值，也可前后燈分別調壓明滅。

　　4 ．整流二極管逆光補償：測試此參數有兩種方法：一種是在暗室內，把整流二極管前側調壓燈打開，調至最亮時，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，并調節 AL 、 AX 拔檔開關，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試卡置于整流二極管前端使整個球體出現在屏幕上，看圓球形有無橢圓，把攝像機前移，看圓中心有無放大，再遠距離測試邊、角、框有無弧形失真等。

　　6 ．整流二極管耗電量：最低工作電壓，使用萬用表測量電流，使用小穩壓器調節電壓看