帮助你了解电源（四）二极管简单介绍

    泡泡网机箱电源频道2009年10月24日 半导体技术对现代社会影响巨大，我们可以在各种处理器及晶体管中发现它的身影，大部分计算设备或无线电波的产品也越来越依赖于半导体。

双N沟道Mosfet

    目前大多数半导体都使用硅材料制造，硅的重要性从硅谷、硅经济这些词中可见一斑。二极管是最简单的半导体设备，想了解半导体的工作过程可以从了解二极管开始。

    我们先了解一下硅元素，它是沙子和石英的主要成分，在元素周期表中它在铝的旁边，碳的下方和锗的上方。

硅在中央

    看中间一竖行，碳、硅、锗的原子的外围都具有4个电子，他们可与四个相邻的原子形成共价键，从而形成晶格。比如钻石就是由碳按以下顺序排列形成的。

单晶硅结构

    假如硅按以上的顺序排列，则没有额外的电子可供传导电流，所以单晶硅是绝缘体。

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    金属是导体原因就在于它们一般都具有可以在原子间轻松运动的自由电子，电子的流动就会形成电流。尽管硅晶体看上去很像金属，但在其内所有外层电子都形成了完美的共价键，因此没有电子可以随意移动。

    我们可以通过在硅晶体中混入少量的杂质（掺杂）从而将其变为导体。

如何选择掺杂

    N 型掺杂：我们可以引入更多的电子来增强硅晶体的导电性。上图中硅的右侧有磷和砷，这些元素如果按照单晶硅的方式结合后还会富余出1个电子，它可以自由运动，从而增强导电性，因为承载电流的载体带负（Negative）电荷，所以称为N型掺杂。

N型掺杂过程

    P 型掺杂：另一种掺杂使用的杂质是排在硅左侧的元素，一般使用硼和镓，这些元素的最外层电子有3个，如果把他们混入硅晶体中取代原来位置上的硅后就会缺少一个电子，相当于增加了一个正（Positive）电荷，也叫空穴，所以这个过程叫P型掺杂。

P型掺杂过程

    少量的N型掺杂或者P型掺杂就可大幅度提升导电能力，不过和导体比起来仍然相距甚远，所以我们称之为半导体或者半金属。

    单独的N型硅或者P型硅并没有什么作用，但是将他们放在一起后，结合的部分会具有一些有意思的特性。实际上把他们放在一起就是一个二极管，他只允许电流从一个方向通过。

二极管示意图

    虽然N型、P型硅都具有一定的导电能力，但当他们以上图的方式连接后不会传导电流，N型硅内的电子会被吸引到电池的正极，P型硅内的空穴会被吸引到电池的负极。

二极管导通

    但如果将电池翻转180°后，N型硅中的电子被电池的负极推向结合部，P型硅中的空穴也被推向结合部，电子与空穴在结合部分相遇，然后电子落入空穴中，这个过程只要有电池提供电压，就一直在发生，所以结合部分就形成了电流。

二极管电流电压特性

    图中横坐标是电压，纵坐标是电流，可以看到二极管在一个方向上（右侧）只要加0.7V左右的电压后，电流就直线上升，没有任何阻碍，而两一个电流方向上（左侧）加了很高的反向电压电流仍然没有电流通过，不是在末尾还是会找到一点，超过这个电压（根据掺杂浓度不同大约在5-1000V之间），反向电流就毫无阻碍的通过了，这种情况下结合部被击穿。

    理想中的二极管对一个方向的电流完全阻止，实际情况中还是会有mA级的电流通过结合部分。这就是为什么横线左侧并没有落在坐标轴上的原因。

二极管电流电压特性

    我们在电源中常见的重要二极管有：AC输入的整流桥。

常见的整流桥

整流桥内部结构

    整流桥黑色的外壳里封装着4个二极管，他们的连接方式如上图。两个脚接市电取点，另外两个脚接入整流后的电路。

快速恢复二极管

    在主动PFC电路中，需要有一枚快速恢复二极管，普通整流桥中的二极管是无法应用在这里的，因为这个二极管导通/关断的速度非常快，普通二极管还没有从关断状态恢复到导通，状态已经需要再次改变了，快速恢复二极管这个恢复时间需要几微秒。而且可以承受较大的反向电压，一般为500-600V。

肖特基二极管

    在电源的二次侧还必须用肖特基二极管做整流，肖特基管的从关断到导通所需的时间更小，大约为纳秒的级别，不过反向的耐压一般都在60-45V之间。<