【物联网】探秘二极管的神奇世界：从发光到稳压再到整流

约定不等于承诺〃 2024-03-17 18:39 69阅读 0赞

> 二极管是一种由半导体材料制成的电子组件，通常由P型半导体和N型半导体组成。它具有两个电极，分别称为阳极（A）和阴极（K）。
> 
> 二极管主要作用是控制电流的流动方向。当二极管的阳极端施加正电压，阴极端施加负电压时，二极管处于正向偏置状态，电流可以从阳极流向阴极，二极管呈现导通状态（低阻抗）。而当阳极施加负电压，阴极施加正电压时，二极管处于反向偏置状态，电流几乎无法流动，二极管呈现截止状态（高阻抗）。

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**目录**

1. 发光二极管

1.1 原理

1.2 发光二极管的特性

2. 稳压二极管

2.1 原理

2.2 实行稳压的条件

2.3 稳压二极管的作用

2.4 稳压二极管的特点

3. 整流二极管

3.1 整流二极管原理

3.2 整流二极管特性

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## 1. 发光二极管 ##

### 1.1 原理 ###

发光二极管（Light Emitting Diode，LED）的工作原理基于半导体材料的光电效应和电子跃迁。二极管的材料决定了发光的颜色。

当在发光二极管的P区施加正向电压，而N区施加负向电压时，P区的空穴（正电荷载体）与N区的电子（负电荷载体）在PN结附近相遇。此时，电子从N区跨越PN结进入到P区，而空穴从P区跨越PN结进入到N区。这个过程被称为复合，它会释放出能量。

在复合过程中，电子与空穴再结合时，能级差导致能量的释放。这些能量以光的形式辐射出来，产生可见光。发光的颜色取决于所使用的半导体材料的能级差和带隙能量。

具体来说，当电子从能带的较高能级跃迁到较低能级时，会释放出能量。这些能量以光子的形式辐射出来，产生光线。不同的半导体材料会有不同的能带结构和能隙大小，因此它们释放的光子能量和颜色也会有所不同。

在实际应用中，通过控制半导体材料的配比和杂质掺杂量，可以实现不同颜色的发光。例如，使用砷化镓（GaAs）的LED通常可以发出红光，氮化镓（GaN）可发出绿光和蓝光，镓磷化物（GaP）可发出黄光。

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### 1.2 发光二极管的特性 ###

1. 发光二极管是一种正向偏置的二极管，因此它在正向电压下工作。

2. 当正向电压很小时，二极管不导通，当电压至少达到0.5V时，二极管才导通。

3. 正向电压：这是使LED处于正向偏置状态所需的电压。不同颜色和类型的LED具有不同的正向电压。例如，红色LED通常具有较低的正向电压，约为1.8-2.2伏特，而蓝色和白色LED通常具有较高的正向电压，约为2.8-3.6伏特。

4. 电流（Current）：LED的工作电流，即通过LED的电流。适当的电流控制对于确保LED的正常工作和寿命非常重要。不同类型和尺寸的LED会有不同的额定工作电流，普遍的电流范围在5~20mA之间。

5. 反向电压（Reverse Voltage）：LED在反向偏置时所能够承受的最大电压。超过反向电压可能会损坏LED。

6. 响应时间（Response Time）：指LED由关闭状态切换到开启状态所需的时间。响应时间越短，LED在快速切换和调光方面的能力就越强。

## 2. 稳压二极管 ##

### 2.1 原理 ###

稳压二极管（Zener二极管）是一种特殊的二极管，其主要功能是在电路中提供稳定的电压。

稳压二极管基于反向击穿现象工作。在其特定的击穿电压下，稳压二极管会发生反向击穿，电流急剧增加，从而实现稳定的反向电压。稳压二极管具有指定的击穿电压（反向电压），通常称为稳压电压或Zener电压。

当稳压二极管的反向电压小于击穿电压时（未击穿状态），它的行为类似于普通反向偏置二极管，几乎没有反向电流流过。

当稳压二极管的反向电压超过击穿电压时（击穿状态），它会开始导通，并具有相对较低的电压降。这意味着稳压二极管在电路中提供了一个稳定的电压源。

稳压二极管的击穿电压可以通过掺杂和处理特定的半导体材料来实现。击穿电压可以从几伏特到几百伏特不等，根据具体的应用需求选择合适的稳压二极管。

在电路中使用稳压二极管时，通常会将其正向偏置，以保持在击穿电压附近工作。这样，稳压二极管能够抵抗输入电压的变化，并稳定输出电压。稳压二极管常用于电源稳压电路、电子设备中用于提供固定的参考电压等应用。

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### 2.2 实行稳压的条件 ###

1. 工作在反向击穿状态；

2. 反向电压 应大于稳压电压。

### 2.3 稳压二极管的作用 ###

1. 电压稳定器：稳压二极管可以作为电源稳压器的关键组件。通过选择合适的稳压二极管，可以提供稳定的电压输出，使电路中的其他元件能够正常工作。这可以防止由于电压波动引起的电路故障或元件损坏。

2. 参考电压源：稳压二极管能够提供固定的参考电压，用于校准测量仪表、模拟电路以及各种控制电路。通过将稳压二极管连接到待测电路上，可确保测量和控制的准确性和稳定性。

3. 电压限制和保护：稳压二极管可以用于限制电路中的电压，并保护其他敏感元件免受过高的电压损害。当电路中的电压超过稳压二极管的击穿电压时，稳压二极管开始导通，将多余的电压分流，保护其他元件免受瞬态过电压的影响。

4. 噪声抑制：稳压二极管能够滤除电源中的高频噪声，提供一个稳定的低噪声电源。这对于需要高品质信号处理的应用（如音频放大器、音频播放器等）非常重要，可以提高音频质量和性能。

### 2.4 稳压二极管的特点 ###

1. 稳压二极管的使用形式为稳压二极管和电阻进行串联；

2. 稳压二极管要达到比较好的稳压效果，一定要注意稳压电流的选取；

3. 在电路应用中一定要注意串联电阻阻值选择。

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## 3. 整流二极管 ##

### 3.1 整流二极管原理 ###

整流二极管就是用于将交流电变成脉动直流电，工作原理基于PN结的非线性特性。

当没有外加电压施加到整流二极管上时，PN结处于正向偏置。在这种情况下，P型区域的正电荷与N型区域的负电荷相互吸引，形成一个正向电场，这阻止了自由电荷的移动。因此，整流二极管处于非导通状态。

然而，当外加电压为负值（反向电压）时，使得P型区域的正电荷更加吸引N型区域的负电荷，增加了耗尽区域的宽度。这样，PN结中的电场会加强，并阻止自由电荷的移动。因此，整流二极管在反向偏置下处于非导通状态。

简要概括就是，整流二极管的原理是利用PN结的非线性特性，在正向偏置下允许电流通过，在反向偏置下阻止电流通过。这使得整流二极管可以用于电路中的整流（将交流信号转换为直流信号）和电流保护等应用。

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### 3.2 整流二极管特性 ###

1. 正向导通特性：在工作正向偏置时，整流二极管具有低电阻，可以将正向电流导通。当正向电压超过正向压降（通常为0.6-0.7V），整流二极管开始导通。

2. 正向压降：整流二极管在正向工作时会引入一个固定的正向压降。这个压降通常为0.6-0.7V，但会因二极管的材料和温度而有所不同。正向压降使得在整流电路中将交流信号转换为近似直流信号时产生一定的损失。

3. 最大正向电流：整流二极管能够承受的最大正向电流称为最大正向电流。超过此电流可能会导致二极管过热和损坏。最大正向电流通常在二极管的规格表中给出。

4. 反向截止特性：在反向偏置时，整流二极管应该具有高电阻，不导电。正常情况下，整流二极管不应该有大的反向电流流过，除非受到较高的反向电压（击穿电压）或其他异常条件的影响。

5. 反向击穿电压：整流二极管在反向电压达到一定值时会进入击穿状态，导致大量的反向电流流过。正常情况下，应避免超过整流二极管的额定反向击穿电压，以防止损坏。

**随便提一下开关二极管：**

1. 开关二极管由导通变截至或由截止变为导通所需的时间比一般二极管短；

2. 在电路中主要防止反向电流烧坏一下精密器件起保护作用。

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