八大常用基礎(chǔ)電路保護(hù)器件作用總結(jié)

　　作為一名電子工程師，對(duì)于電路不說(shuō)必須要非常精通，但至少能夠看得懂電路，知道電路保護(hù)器件的作用，在客戶提出防護(hù)需求時(shí)，及時(shí)給出有效且具有實(shí)施性的整改意見。

　　電路保護(hù)元器件應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，只要有電的地方就有安裝電路保護(hù)元器件的必要，如各類家用電器、家庭視聽及數(shù)碼產(chǎn)品、個(gè)人護(hù)理等消費(fèi)類電子產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)及其周邊、手機(jī)及其周邊、照明、醫(yī)療電子、汽車電子、電力、工業(yè)設(shè)備等，涵蓋人們生產(chǎn)生活的方方面面。

　　電路保護(hù)主要有兩種形式：過(guò)壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)。選擇適當(dāng)?shù)碾娐繁Ｗo(hù)器件是實(shí)現(xiàn)高效、可靠電路保護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，涉及到電路保護(hù)器件的選型，我們就必須要知道各電路保護(hù)器件的作用。在選擇電路保護(hù)器件的時(shí)候我們要知道保護(hù)電路不應(yīng)干擾受保護(hù)電路的正常行為，此外，其還必須防止任何電壓瞬態(tài)造成整個(gè)系統(tǒng)的重復(fù)性或非重復(fù)性的不穩(wěn)定行為。

　　防雷過(guò)壓器件分為鉗位型過(guò)壓器件和開關(guān)型過(guò)壓器件，開關(guān)型過(guò)壓器件就是我們熟知的防雷器件：陶瓷氣體放電管、半導(dǎo)體放電管和玻璃放電管;鉗位型過(guò)壓器件有瞬態(tài)抑制二極管、壓敏電阻、貼片壓敏電阻和ESD放電二極管;過(guò)流器件則以PTC元件自恢復(fù)保險(xiǎn)絲為主，以下是其具體作用：

　　1.放電管的作用：放電管常用于多級(jí)保護(hù)電路中的第一級(jí)或前兩級(jí)，起泄放雷電暫態(tài)過(guò)電流和限制過(guò)電壓作用，放電管是通過(guò)將電壓限制在較低的水平，從而起到保護(hù)作用。碩凱電子的放電管又分為氣體放電管和固體放電管，氣體放電管主要以陶瓷氣體放電管和玻璃氣體放電管為主，具體應(yīng)用中放電管類別和型號(hào)的選擇則需要工程師根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用端口的防護(hù)等級(jí)以及相關(guān)選型參數(shù)來(lái)確定。

　　2.瞬態(tài)抑制二極管的作用：瞬態(tài)抑制二極管能以10的負(fù)12次方秒量級(jí)的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值，有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。

　　3.壓敏電阻的作用：壓敏電阻是一種限壓型保護(hù)器件，電路保護(hù)中主要是利用壓敏電阻的非線性特性，當(dāng)過(guò)電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個(gè)相對(duì)固定的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。

　　4.貼片壓敏電阻的作用：貼片壓敏電阻主要用于保護(hù)元件和電路，防止在電源供應(yīng)、控制和信號(hào)線產(chǎn)生的ESD。

　　5.ESD靜電放電二極管的作用：ESD靜電放電二極管是一種過(guò)壓、防靜電保護(hù)元件，是為高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的I/O端口保護(hù)設(shè)計(jì)的器件。ESD保護(hù)器件是用來(lái)避免電子設(shè)備中的敏感電路受到ESD(靜電放電)的影響?？商峁┓浅５偷碾娙?，具有優(yōu)異的傳輸線脈沖(TLP)測(cè)試，以及IEC6100-4-2測(cè)試能力，尤其是在多采樣數(shù)高達(dá)1000之后，進(jìn)而改善對(duì)敏感電子元件的保護(hù)。

　　6.PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的作用：電路正常工作時(shí)它的阻值很小(壓降很小)，當(dāng)電路出現(xiàn)過(guò)流使它溫度升高時(shí)，阻值急劇增大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，使電路中的電流減小到安全值以下，從而使后面的電路得到保護(hù)。當(dāng)故障排除之后，PPTC元件很快冷卻并將回復(fù)到原來(lái)的低電阻狀態(tài)，這樣又象一只新的PPTC元件一樣可以重新工作了。

　　7.電感的作用：電磁的關(guān)系相信大家都清楚，電感的作用就是在電路剛開始的時(shí)候，一切還不穩(wěn)定的時(shí)候，如果電感中有電流通過(guò)，就一定會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與電流方向相反的感應(yīng)電流(法拉第電磁感應(yīng)定律)，等到電路運(yùn)行了一段時(shí)間后，一切都穩(wěn)定了，電流沒(méi)有什么變化了，電磁感應(yīng)也就不會(huì)產(chǎn)生電流，這時(shí)候就穩(wěn)定了，不會(huì)出現(xiàn)突發(fā)性的變故，從而保證了電路的安全，就像水車，一開始由于阻力轉(zhuǎn)動(dòng)的比較慢，后來(lái)慢慢趨于平和。電感還有一個(gè)作用就是通直流，阻交流，這個(gè)用的不多，我也不太清楚具體怎么用，等用到了再和大家分享

　　8.磁珠的作用：磁珠有很高的電阻率和磁導(dǎo)率，他等效于電阻和電感串聯(lián)，但電阻值和電感值都隨頻率變化。 他比普通的電感有更好的高頻濾波特性，在高頻時(shí)呈現(xiàn)阻性，所以能在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的阻抗，從而提高調(diào)頻濾波效果，在以太網(wǎng)芯片上用到過(guò)。

　　再具體談一下二極管基礎(chǔ)知識(shí)-分類，應(yīng)用，特性，原理，參數(shù)

　　二極管的特性與應(yīng)用

　　幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導(dǎo)體二極管，它在許多的電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用也非常廣泛。

　　二極管的應(yīng)用

　　1、整流二極管

　　利用二極管單向?qū)щ娦?，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動(dòng)直流電。

　　2、開關(guān)元件

　　二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一只接通的開關(guān);在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)，如同一只斷開的開關(guān)。利用二極管的開關(guān)特性，可以組成各種邏輯電路。

　　3、限幅元件

　　二極管正向?qū)ê螅恼驂航祷颈３植蛔?硅管為0.7V，鍺管為0.3V)。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號(hào)幅度限制在一定范圍內(nèi)。

　　4、繼流二極管

　　在開關(guān)電源的電感中和繼電器等感性負(fù)載中起繼流作用。

　　5、檢波二極管

　　在收音機(jī)中起檢波作用。

　　6、變?nèi)荻O管

　　使用于電視機(jī)的高頻頭中。

　　二極管的工作原理

　　晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。

　　二極管的類型

　　二極管種類有很多，按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為鍺二極管(Ge管)和硅二極管(Si管)。根據(jù)其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管等。按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點(diǎn)接觸型二極管是用一根很細(xì)的金屬絲壓在光潔的半導(dǎo)體晶片表面，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地?zé)Y(jié)在一起，形成一個(gè)“PN結(jié)”。由于是點(diǎn)接觸，只允許通過(guò)較小的電流(不超過(guò)幾十毫安)，適用于高頻小電流電路，如收音機(jī)的檢波等。面接觸型二極管的“PN結(jié)”面積較大，允許通過(guò)較大的電流(幾安到幾十安)，主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過(guò)較大的電流，而且性能穩(wěn)定可靠，多用于開關(guān)、脈沖及高頻電路中。

　　一、根據(jù)構(gòu)造分類

　　半導(dǎo)體二極管主要是依靠PN結(jié)而工作的。與PN結(jié)不可分割的點(diǎn)接觸型和肖特基型，也被列入一般的二極管的范圍內(nèi)。包括這兩種型號(hào)在內(nèi)，根據(jù)PN結(jié)構(gòu)造面的特點(diǎn)，把晶體二極管分類如下：

　　1、點(diǎn)接觸型二極管

　　點(diǎn)接觸型二極管是在鍺或硅材料的單晶片上壓觸一根金屬針后，再通過(guò)電流法而形成的。因此，其PN結(jié)的靜電容量小，適用于高頻電路。但是，與面結(jié)型相比較，點(diǎn)接觸型二極管正向特性和反向特性都差，因此，不能使用于大電流和整流。因?yàn)闃?gòu)造簡(jiǎn)單，所以價(jià)格便宜。對(duì)于小信號(hào)的檢波、整流、調(diào)制、混頻和限幅等一般用途而言，它是應(yīng)用范圍較廣的類型。

　　2、鍵型二極管

　　鍵型二極管是在鍺或硅的單晶片上熔接或銀的細(xì)絲而形成的。其特性介于點(diǎn)接觸型二極管和合金型二極管之間。與點(diǎn)接觸型相比較，雖然鍵型二極管的PN結(jié)電容量稍有增加，但正向特性特別優(yōu)良。多作開關(guān)用，有時(shí)也被應(yīng)用于檢波和電源整流(不大于50mA)。在鍵型二極管中，熔接金絲的二極管有時(shí)被稱金鍵型，熔接銀絲的二極管有時(shí)被稱為銀鍵型。

　　3、合金型二極管

　　在N型鍺或硅的單晶片上，通過(guò)合金銦、鋁等金屬的方法制作PN結(jié)而形成的。正向電壓降小，適于大電流整流。因其PN結(jié)反向時(shí)靜電容量大，所以不適于高頻檢波和高頻整流。

　　4、擴(kuò)散型二極管

　　在高溫的P型雜質(zhì)氣體中，加熱N型鍺或硅的單晶片，使單晶片表面的一部變成P型，以此法PN結(jié)。因PN結(jié)正向電壓降小，適用于大電流整流。最近，使用大電流整流器的主流已由硅合金型轉(zhuǎn)移到硅擴(kuò)散型。

　　5、臺(tái)面型二極管

　　PN結(jié)的制作方法雖然與擴(kuò)散型相同，但是，只保留PN結(jié)及其必要的部分，把不必要的部分用藥品腐蝕掉。其剩余的部分便呈現(xiàn)出臺(tái)面形，因而得名。初期生產(chǎn)的臺(tái)面型，是對(duì)半導(dǎo)體材料使用擴(kuò)散法而制成的。因此，又把這種臺(tái)面型稱為擴(kuò)散臺(tái)面型。對(duì)于這一類型來(lái)說(shuō)，似乎大電流整流用的產(chǎn)品型號(hào)很少，而小電流開關(guān)用的產(chǎn)品型號(hào)卻很多。

　　6、平面型二極管

　　在半導(dǎo)體單晶片(主要地是N型硅單晶片)上，擴(kuò)散P型雜質(zhì)，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在N型硅單晶片上僅選擇性地?cái)U(kuò)散一部分而形成的PN結(jié)。因此，不需要為調(diào)整PN結(jié)面積的藥品腐蝕作用。由于半導(dǎo)體表面被制作得平整，故而得名。并且，PN結(jié)合的表面，因被氧化膜覆蓋，所以公認(rèn)為是穩(wěn)定性好和壽命長(zhǎng)的類型。最初，對(duì)于被使用的半導(dǎo)體材料是采用外延法形成的，故又把平面型稱為外延平面型。對(duì)平面型二極管而言，似乎使用于大電流整流用的型號(hào)很少，而作小電流開關(guān)用的型號(hào)則很多。

　　7、合金擴(kuò)散型二極管

　　它是合金型的一種。合金材料是容易被擴(kuò)散的材料。把難以制作的材料通過(guò)巧妙地?fù)脚潆s質(zhì)，就能與合金一起過(guò)擴(kuò)散，以便在已經(jīng)形成的PN結(jié)中獲得雜質(zhì)的恰當(dāng)?shù)臐舛确植?。此法適用于制造高靈敏度的變?nèi)荻O管。

　　8、外延型二極管

　　用外延面長(zhǎng)的過(guò)程制造PN結(jié)而形成的二極管。制造時(shí)需要非常高超的技術(shù)。因能隨意地控制雜質(zhì)的不同濃度的分布，故適宜于制造高靈敏度的變?nèi)荻O管。

　　9、肖特基二極管

　　基本原理是：在金屬(例如鉛)和半導(dǎo)體(N型硅片)的接觸面上，用已形成的肖特基來(lái)阻擋反向電壓。肖特基與PN結(jié)的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左右。其特長(zhǎng)是：開關(guān)速度非?？欤悍聪蚧謴?fù)時(shí)間trr特別地短。因此，能制作開關(guān)二極和低壓大電流整流二極管。

　　二、根據(jù)用途分類

　　1、檢波用二極管

　　就原理而言，從輸入信號(hào)中取出調(diào)制信號(hào)是檢波，以整流電流的大小(100mA)作為界線通常把輸出電流小于100mA的叫檢波。鍺材料點(diǎn)接觸型、工作頻率可達(dá)400MHz，正向壓降小，結(jié)電容小，檢波效率高，頻率特性好，為2AP型。類似點(diǎn)觸型那樣檢波用的二極管，除用于檢波外，還能夠用于限幅、削波、調(diào)制、混頻、開關(guān)等電路。也有為調(diào)頻檢波專用的特性一致性好的兩只二極管組合件。

　　2、整流用二極管

　　就原理而言，從輸入交流中得到輸出的直流是整流。以整流電流的大小(100mA)作為界線通常把輸出電流大于100mA的叫整流。面結(jié)型，工作頻率小于KHz，最高反向電壓從25伏至3000伏分A～X共22檔。分類如下：①硅半導(dǎo)體整流二極管2CZ型、②硅橋式整流器QL型、③用于電視機(jī)高壓硅堆工作頻率近100KHz的2CLG型。

　　3、限幅用二極管

　　大多數(shù)二極管能作為限幅使用。也有象保護(hù)儀表用和高頻齊納管那樣的專用限幅二極管。為了使這些二極管具有特別強(qiáng)的限制尖銳振幅的作用，通常使用硅材料制造的二極管。也有這樣的組件出售：依據(jù)限制電壓需要，把若干個(gè)必要的整流二極管串聯(lián)起來(lái)形成一個(gè)整體。

　　4、調(diào)制用二極管

　　通常指的是環(huán)形調(diào)制專用的二極管。就是正向特性一致性好的四個(gè)二極管的組合件。即使其它變?nèi)荻O管也有調(diào)制用途，但它們通常是直接作為調(diào)頻用。

　　5、混頻用二極管

　　使用二極管混頻方式時(shí)，在500～10，000Hz的頻率范圍內(nèi)，多采用肖特基型和點(diǎn)接觸型二極管。

　　6、放大用二極管

　　用二極管放大，大致有依靠隧道二極管和體效應(yīng)二極管那樣的負(fù)阻性器件的放大，以及用變?nèi)荻O管的參量放大。因此，放大用二極管通常是指隧道二極管、體效應(yīng)二極管和變?nèi)荻O管。

　　7、開關(guān)用二極管

　　有在小電流下(10mA程度)使用的邏輯運(yùn)算和在數(shù)百毫安下使用的磁芯激勵(lì)用開關(guān)二極管。小電流的開關(guān)二極管通常有點(diǎn)接觸型和鍵型等二極管，也有在高溫下還可能工作的硅擴(kuò)散型、臺(tái)面型和平面型二極管。開關(guān)二極管的特長(zhǎng)是開關(guān)速度快。而肖特基型二極管的開關(guān)時(shí)間特短，因而是理想的開關(guān)二極管。2AK型點(diǎn)接觸為中速開關(guān)電路用;2CK型平面接觸為高速開關(guān)電路用;用于開關(guān)、限幅、鉗位或檢波等電路;肖特基(SBD)硅大電流開關(guān)，正向壓降小，速度快、效率高。

　　8、變?nèi)荻O管

　　用于自動(dòng)頻率控制(AFC)和調(diào)諧用的小功率二極管稱變?nèi)荻O管。日本廠商方面也有其它許多叫法。通過(guò)施加反向電壓， 使其PN結(jié)的靜電容量發(fā)生變化。因此，被使用于自動(dòng)頻率控制、掃描振蕩、調(diào)頻和調(diào)諧等用途。通常，雖然是采用硅的擴(kuò)散型二極管，但是也可采用合金擴(kuò)散型、外延結(jié)合型、雙重?cái)U(kuò)散型等特殊制作的二極管，因?yàn)檫@些二極管對(duì)于電壓而言，其靜電容量的變化率特別大。結(jié)電容隨反向電壓VR變化，取代可變電容，用作調(diào)諧回路、振蕩電路、鎖相環(huán)路，常用于電視機(jī)高頻頭的頻道轉(zhuǎn)換和調(diào)諧電路，多以硅材料制作。