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二极管的工作原理是什么?

2023年12月07日 16:05:461网络

一、二极管的工作原理是什么?

真空电子管的前世今生。

真空二级电子管的诞生:

1882年,弗莱明曾担任爱迪生电光公司技术顾问。1884年,弗莱明出访美国时拜会了爱迪生,共同讨论了电发光的问题。爱迪生向弗莱明展示了一年前他在进行白炽灯研究时,发现的一个有趣现象(称之为爱迪生效应):把一根电极密封在碳丝灯泡内,靠近灯丝,当电流通过灯丝使之发热时,金属板极上就有电流流过。爱迪生进一步试验让板极通过电流计与灯丝的阳极相连时有电流,而与灯丝阴极相连时则没有电流。

英国物理学家费莱明就是基于爱迪生效应的前提下制造出第一支二级真空管。二极管内部封装阴极和阳极两个电极。当加热的阴极和电源负极相连、阳极与电源正极相连时,电子从阴极跑到阳极,二极管导通,表现为没有电阻的导线;反之,二极管不通,表现为一个没有合上的开关。所以二极管起到单向阀门的作用,因此它也被叫作“费莱明阀门”。

三级真空电子管的诞生:

德福雷斯特的真空三级管建立在前人发明的真空二极管的技术基础之上。

德福雷斯特在玻璃管内添加了一种栅栏式的金属网,形成电子管的第三个极。他惊讶地看到,这个“栅极”仿佛就像百叶窗,能控制阴极与屏极之间的电子流;只要栅极有微弱电流通过,就可在屏极上获得较大的电流,而且波形与栅极电流完全一致。也就是说,在弗莱明的真空二极管中增加了一个电极,就成了能够起放大作用的新器件,他把这个新器件命名为三极管。

真空二极管和三极管的区别:

与真空二极管相比,德福雷斯特的真空三极管后来居.上,对无线电发展的影响更为深远。二极管只有检波和整流(将交流电转换成直流电)两种功能:而三极管则有整流和放大信号三种功能,正是这第三种功能,将电子技术带入了一个新时代。如果使用几个三极管,可以将所接收的微弱电流放大几万倍甚至几十万倍,这就使得通讯距离大大增加。

不久,人们还发现,真空三极管除了可以处于放大状态外,还可以充当开关器件,其速度要比继电器快成千上万倍。于是,它很快就收到计算机研究者的青睐历史上的第一台电子计算机,就是用真空三极管研制成功的。

真空三极管的诞生,使电子技术发生了根本的变革,日本的一位科技传记作家指出:“真空三极管的发明,像升起了一颗信号弹,使全世界科学家都争先恐后地朝这个方向去研究。因此,在一个不长的时期里,电子器件获得了惊人的发展。”从三极管发展到四极管、五级管、大功率发射管等,形成了一个庞大的电子器件家族。在以后的几十年中,随着电子管的不断完善,电子技术在人类社会的各个方面都得到了广泛的应用。

真空电子管的价值:

由于真空管能在不失真的前提下放大微弱的信号,使得收音机、电视、步话机、对讲机、移动电话等收发电子信号的设备的出现成为可能,为广播电视和无线通信等技术的发展铺平了道路。以真空管当开关器件,其速度要比有1%延时的继电器快成千上万倍,所以真空管更受到计算机研制者的青睐。

电子平哥张楷平发现世界上第一台通用电子计算机“埃尼阿克”(ENIAC)就包含了17,468根真空管(电子管)7,200根水晶二极管,1,500 个中转,70,000个电阻器,10,000个电容器,1500个继电器,6000多个开关,计算速度是每秒5000次加法或400次乘法,是使用继电器运转的机电式计算机的1000倍、手工计算的20万倍。

没想到一个真空管的发明居然同时推动了通信和计算机两大产业的快速发展,这两大产业都是建立在电子元器件基础之上,在未来几十年后又融为一体,成为当今世界最为重要的信息通信产业。

真空管的缺点:

一、由于真空管的电子是在真空状态中传送的,真空状态会带来很大的大气压强。

二、真空管体积大、易破碎、有慢性漏气风险且制造工艺复杂。

三、真空管要加热后才能使用,这导致其还有启动慢、能耗大的问题。

在二战中,真空管的缺点暴露无遗,雷达工作频段上使用真空管效果极不稳定,移动通信设备应用了真空管变得笨拙且易出故障。使用真空管的ENIAC计算机重要超过30吨,占地170多平方米,耗电量惊人,重点是平均每15分钟就会烧坏一个真空管,操作员要在18000个真空管中找出烧坏的,进行替换,这个工作量更加吓人。所以寻找真空管的替代品势在必行!

电子平哥张楷平认为:真空管的出现确实推动了计算机和通信两大产业的发展,也坚定了进一步向信息化的时代进行迈进,至于接下来会由谁来成为电子元器件建立的基础呢?我们一起期待!

二、充电原理秒懂百科?

充电是一个汉语词汇,指给蓄电池等设备补充电量的过程。其原理是让直流电从放电相反的方向通过,以使蓄电池中活性物质恢复作用。

蓄电池从外电路接受电能,转化为电池的化学能的工作过程。蓄电池在其能量经放电消耗后,通过充电恢复,又能重新放电,构成充放循环。一般用直流电流(也有用不对称交流电流或脉冲电流)充电。不同情况下,采用不同的充电方法如恒流充电、恒电压充电、浮充电、涓流充电、急充电或这些方法的组合式充电等。

三、温控二极管原理?

温度上升,二极管pn结正向压降下降,其值与掺杂浓度等因素有关,通常大约为-2mV/ºC。

根据这个原理可以用pn结二极管做精密温度计以及温度控制器,经过电压比较器,达到满足一定温度条件时切断或接通电路的要求。

四、二极管发光原理?

LED(LightEmittingDiode),发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的“心脏”是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,连接电源的是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。

半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。

这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个P-N结。

当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。

五、二极管制动原理?

1、二极管工作原理(正向导电,反向不导电),晶体二极管是一个由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了空间电荷层,并且建有自建电场,当不存在外加电压时,因为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。当产生正向电压偏置时,外界电场与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(也就是导电的原因)。当产生反向电压偏置时,外界电场与自建电场进一步加强,形成在一定反向电压范围中与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0(这也就是不导电的原因)。

2、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。

六、二极管限位原理?

二极管限位器(limiter或者clipper),会限制或者截掉输入电压的正半周部分。

当输入电压进入正半周期,二极管处于正向偏压状态。因为二极管的阴极是接地电位(OV),于是阳极的电位就不能超过0.7V(假设此二极管是硅质)。于是输入电压超过这个数值时,A点的电位就被限制在10. 7V。当输入电压降回到0. 7V以下时,二极管就变成反向偏压,而变成开路的状态。输出电压的波形看起来与输入电压的负半周相似,但是波幅则是由R1和R2所组成的分压器决定。

七、旋转二极管原理?

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。

八、二极管削波原理?

在Ui达到5v后,Uo被电源电压钳位,测得是电压源的电压,Ui电压剩余部分的电压通过电阻R来分担。在输入电压Ui未达到5v之前,二极管没有导通,输出的电压Uo是测得输入电压Ui;在Ui达到5v后,测得是电压是Ui被拉低后电压,也就是双向限幅在了5V,当然这是理想二极管没有压降了。

原理:

就原理而言,从输入信号中取出调制信号是检波,以整流电流的大小(100mA)作为界线通常把输出电流小于100mA的叫检波。

锗材料点接触型、工作频率可达400MHz,正向压降小,结电容小,检波效率高,频率特性好,为2AP型。类似点触型那样检波用的二极管,除用于一般二极管检波外,还能够用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。也有为调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。

调幅信号是一个高频信号承载一个低频信号,调幅信号的波包(envelope)即为基带低频信号。如在每个信号周期取平均值,其恒为零。

若将调幅信号通过检波二极管,由于检波二极管的单向导电特性,调幅信号的负向部分被截去,仅留下其正向部分,此时如在每个信号周期取平均值(低通滤波),所得为调幅信号的波包(envelope)即为基带低频信号,实现了解调(检波)功能。

九、二极管芯片原理?

二极管的正向是导电的,反向是不导电的

晶体二极管的形成,是一个由p型半导体、与n型半导体共同形成的p-n结,在它的界面处两侧,会形成一道空间电荷层,并且有自建电场。若是没有外加电压的时候,就会保持着电平衡状态。

若是产生了正向电压偏置的时候,其外界电场和自建电场便会相互抑消,从而引导正向电流(这也是导电原因)。

而若是产生了反向电压偏置的时候,外界电场又会和自建电场实现进一步的加强,从而又形成能够在一定反向电压范围中,与反向偏置电压值无关的电流I0与反向饱(这也是不导电原因)。

十、静电二极管原理?

ESD静电保护有两种元件,一种是硅基材料的,一种是高分子材料的! 工作原理是不一样的! 硅基材料的原理和TVS管都是差不多的! 先钳位高电压,然后放电泄地!

  ESD静电二极管、ESD静电保护器、ESD保护二极管等保护器件最关键的参考系数有以下三点:

  1.快速响应时间

  2.低箝位电压

  3.高电流浪涌承受能力

ESD二极管原理:将ESD静电保护二极管并联于电路中,当电路正常工作时,它处于截止状态(高阻态),不影响线路正常工作,当电路出现异常过压并达到其击穿电压时,它迅速由高阻态变为低阻态,给瞬间电流提供低阻抗导通路径,同时把异常高压箝制在一个安全水平之内,从而保护被保护IC或线路;当异常过压消失,其恢复至高阻态,电路正常工作。

  当电压超过二极管的导通电压的时候,就导通接地放掉,正常信号一般达不到导通电压,不会达到该电压,所以不会通过地损耗,而ESD电压一般超过导通电压,会使二极管导通,ESD电压通过接地放掉,不打坏仪器内部。

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