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二极管特性
二极管

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。

二极管的导电特性

二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中,电流只能从二极管的正极流入,负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。

1.      正向特性。

在电子电路中,将二极管的正极接在高电位端,负极接在低电位端,二极管就会导通,这种连接方式,称为正向偏置。必须说明,当加在二极管两端的正向电压很小时,二极管仍然不能导通,流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值(这一数值称为“门槛电压”,锗管约为0.2V,硅管约为0.6V)以后,二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变(锗管约为0.3V,硅管约为0.7V),称为二极管的“正向压降”。

2.      反向特性。

在电子电路中,二极管的正极接在低电位端,负极接在高电位端,此时二极管中几乎没有电流流过,此时二极管处于截止状态,这种连接方式,称为反向偏置。二极管处于反向偏置时,仍然会有微弱的反向电流流过二极管,称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值,反向电流会急剧增大,二极管将失去单方向导电特性,这种状态称为二极管的击穿。

二极管的主要参数

用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标,称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言,必须了解以下几个主要参数:

1、额定正向工作电流

是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热,温度上升,温度超过容许限度(硅管为140左右,锗管为90左右)时,就会使管芯过热而损坏。所以,二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如,常用的IN4001-4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。

2、最高反向工作电压

加在二极管两端的反向电压高到一定值时,会将管子击穿,失去单向导电能力。为了保证使用安全,规定了最高反向工作电压值。例如,IN4001二极管反向耐压为50V,IN4007反向耐压为1000V。

3、反向电流

反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下,流过二极管的反向电流。反向电流越小,管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系,大约温度每升高10,反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管,在25时反向电流若为250uA,温度升高到35,反向电流将上升到500uA,依此类推,在75时,它的反向电流已达8mA,不仅失去了单方向导电特性,还会使管子过热而损坏。又如,2CP10型硅二极管,25时反向电流仅为5uA,温度升高到75时,反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。

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[转贴]用三极管实现3V与5V混合系统中逻辑器接口问题

3V与5V混合系统中逻辑器接口问题,前一段时间就遇到了,不知道下面这种方法在实际使用时会不会有问题先转了再说,呵呵。

在电路设计当中,往往会遇到电压匹配问题,因为电路中往往不只只有一个电平信号,大部分包括3.3V5V或者12V,但是有时候需要用到3.3V5V的通信或者对联,这其中就存在一个电平匹配的问题,当然可以用一种很简单的方法,就是用244芯片来解决,但是有没有更简单易行的方法呢?

我在设计的过程中,也经常遇到这种问题,下面我们就通过三极管的开关作用来实现电路中多电平的共用。

下面是原理图:

点击看大图

我们来首先分析一下这个电路的原理。

原理其实很简单,两个三极管和4个电阻就组成了3V5V的电平转换功能。

5V信号从Uin输入,当Uin为高电平的时候,Q1导通,此时节电3的电压被拉底,Q2就截止,Uout输出3V,这就是实现了5V输入,3V输出的效果;当Uin为低电平的时候,Q1处于截止状态,节电3的为3V,此时Q2导通,Uout输出低电平。刚好和输入的状态相吻合,但是幅度变为3V

再看看波形图:

点击看大图

 

以上是对5V转3V的,其实3V转5V的道理是一样的,只需要把给三极管偏置电压的VCC换成5V的,输入3V的话,输出就是5V的了!

另外,R3一般情况下可以直接短接,因为经过了R1的限流。

 

如果文章中有什么不对的地方,恳请斧正,我们的目的是交流促进学习!

 

如果有的朋友需要电路图的实例的话,可以提供给大家!本电路时用MUlitisim 9.0进行仿真的。

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浅谈电阻选型
电阻在电路应用中很常用,在分压、RC网络、滤波等电路中都有应用。在电路设计完成以后,就需要考虑用何种形式和厂商的电阻,一般在功率、尺寸、精度、温度系数等方面影响选型。

功率

最普通的电阻有1/4W,1/2W和1/8W,按照实际应用选型。有些特殊应用还需要选择大功率电阻或微小功率电阻。在大功率方面,水泥电阻功率较高。还用过一种可调的被漆磁管电阻,可以通过20A的大电流,最大功率几千瓦。当然体积很大,阻值不高。

尺寸

电阻有普通直插如AXIAL-0.2和贴片0805等尺寸,若有其他特殊要求时,就很有可能改变尺寸。一般需要先买好实物,再确定印制板上元件尺寸。避免因尺寸不合适出现焊接困难或废板。

精度

这个应该是实现功能时最需考虑的问题,当时是精度越高越好,但也要考虑性价比。对精密放大、RC选频、AD前端阻抗匹配等应用,需要保证精度。现在市场上很容易买到万分之一精度的电阻,价格自然比普通1%的电阻要高。有一点需要特别提出,电路设计中可能不会考虑电阻值的问题。但实际选型时,标准阻值的电阻更容易买到,即使订货也会缩短周期。有时需要改设计,所以建议从一开始设计时,在电阻值的选取上就考虑阻值问题。

温度系数

这个指标容易被忽略,但在实现高精度时还是要注意这一点的。因为环境温度对电阻值的影响容易引起设计超标,选择问题系数好的电阻可以保证设计的成功率。这个一般为几到几十ppm,同样需要价格因素和指标的综合考虑。

其他

除了上面提高的一些,电阻还有一些特殊应用,如压敏电阻实现能量泻放,热敏电阻可以补偿温度对电路的影响。

可以说,电阻最常用和简单,但是他也很复杂和多样。需要在设计中不断的体会和总结。

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What is ARM?

1.ARM简介
ARM(Advanced RISC Machines)是微处理器行业的一家知名企业,设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域,比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。
ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商,每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。利用这种合伙关系,ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。
目前,总共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议,其中包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、菲利浦和国民半导体这样的大公司。至于软件系统的合伙人,则包括微软、升阳和MRI等一系列知名公司。
ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。
2.产品介绍
ARM提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案。由于所有产品均采用一个通用的软件体系,所以相同的软件可在所有产品中运行(理论上如此)。典型的产品如下。
①CPU内核
--ARM7:小型、快速、低能耗、集成式RISC内核,用于移动通信。
-- ARM7TDMI(Thumb):这是公司授权用户最多的一项产品,将ARM7指令集同Thumb扩展组合在一起,以减少内存容量和系统成本。同时,它还利用嵌入式ICE调试技术来简化系统设计,并用一个DSP增强扩展来改进性能。该产品的典型用途是数字蜂窝电话和硬盘驱动器。
--ARM9TDMI:采用5阶段管道化ARM9内核,同时配备Thumb扩展、调试和Harvard总线。在生产工艺相同的情况下,性能可达ARM7TDMI的两倍之多。常用于连网和顶置盒。
②体系扩展
-- Thumb:以16位系统的成本,提供32位RISC性能,特别注意的是它所需的内存容量非常小。
③嵌入式ICE调试
由于集成了类似于ICE的CPU内核调试技术,所以原型设计和系统芯片的调试得到了极大的简化。
④微处理器
--ARM710系列,包括ARM710、ARM710T、ARM720T和ARM740T:低价、低能耗、封装式常规系统微型处理器,配有高速缓存(Cache)、内存管理、写缓冲和JTAG。广泛应用于手持式计算、数据通信和消费类多媒体。
--ARM940T、920T系列:低价、低能耗、高性能系统微处理器,配有Cache、内存管理和写缓冲。应用于高级引擎管理、保安系统、顶置盒、便携计算机和高档打印机。
--StrongARM:性能很高、同时满足常规应用需要的一种微处理器技术,与DEC联合研制,后来授权给Intel。SA110处理器、SA1100 PDA系统芯片和SA1500多媒体处理器芯片均采用了这一技术。
--ARM7500和ARM7500FE:高度集成的单芯片RISC计算机,基于一个缓存式ARM7 32位内核,拥有内存和I/O控制器、3个DMA通道、片上视频控制器和调色板以及立体声端口;ARM7500FE则增加了一个浮点运算单元以及对EDO DRAM的支持。特别适合电视顶置盒和网络计算机(NC)。


Windows CE的Pocket PC只支持ARMWindows CE可支持多种嵌入式处理器,但基于Windows CE的Pocket PC则只支持ARM一种。微软在对SH3、MIPS、ARM等嵌入式处理器做了评估后认为,ARM是一种性价比较好的选择。由于目前ARM在手持设备市场占有90%以上的份额,只支持ARM,可以有效地缩短应用程序开发与测试的时间,也降低了研发费用。由于ARM开放其处理器授权,因此,用户在市场上可以在多家整机厂商中进行选择,从而保证了这一市场的竞争性。


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