八大常用基礎電路保護器件作用總結

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

　　電路保護元器件應用領(lǐng)域廣泛，只要有電的地方就有安裝電路保護元器件的必要，如各類(lèi)家用電器、家庭視聽(tīng)及數碼產(chǎn)品、個(gè)人護理等消費類(lèi)電子產(chǎn)品、計算機及其周邊、手機及其周邊、照明、醫療電子、汽車(chē)電子、電力、工業(yè)設備等，涵蓋人們生產(chǎn)生活的方方面面。

　　電路保護主要有兩種形式：過(guò)壓保護和過(guò)流保護。選擇適當的電路保護器件是實(shí)現高效、可靠電路保護設計的關(guān)鍵，涉及到電路保護器件的選型，我們就必須要知道各電路保護器件的作用。在選擇電路保護器件的時(shí)候我們要知道保護電路不應干擾受保護電路的正常行為，此外，其還必須防止任何電壓瞬態(tài)造成整個(gè)系統的重復性或非重復性的不穩定行為。

　　防雷過(guò)壓器件分為鉗位型過(guò)壓器件和開(kāi)關(guān)型過(guò)壓器件，開(kāi)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元件自恢復保險絲為主，以下是其具體作用：

　　1.放電管的作用：放電管常用于多級保護電路中的第一級或前兩級，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，具體應用中放電管類(lèi)別和型號的選擇則需要工程師根據產(chǎn)品應用端口的防護等級以及相關(guān)選型參數來(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12次方秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達數千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預定值，有效地保護電子線(xiàn)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器件，電路保護中主要是利用壓敏電阻的非線(xiàn)性特性，當過(guò)電壓出現在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個(gè)相對固定的電壓值，從而實(shí)現對后級電路的保護。

　　4.貼片壓敏電阻的作用：貼片壓敏電阻主要用于保護元件和電路，防止在電源供應、控制和信號線(xiàn)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、防靜電保護元件，是為高速數據傳輸應用的I/O端口保護設計的器件。ESD保護器件是用來(lái)避免電子設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(xiàn)脈沖(TLP)測試，以及IEC6100-4-2測試能力，尤其是在多采樣數高達1000之后，進(jìn)而改善對敏感電子元件的保護。

　　6.PTC自恢復保險絲的作用：電路正常工作時(shí)它的阻值很小(壓降很小)，當電路出現過(guò)流使它溫度升高時(shí)，阻值急劇增大幾個(gè)數量級，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。當故障排除之后，PPTC元件很快冷卻并將回復到原來(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(kāi)始的時(shí)候，一切還不穩定的時(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電流(法拉第電磁感應定律)，等到電路運行了一段時(shí)間后，一切都穩定了，電流沒(méi)有什么變化了，電磁感應也就不會(huì )產(chǎn)生電流，這時(shí)候就穩定了，不會(huì )出現突發(fā)性的變故，從而保證了電路的安全，就像水車(chē)，一開(kāi)始由于阻力轉動(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)呈現阻性，所以能在相當寬的頻率范圍內保持較高的阻抗，從而提高調頻濾波效果，在以太網(wǎng)芯片上用到過(guò)。

　　再具體談一下二極管基礎知識-分類(lèi)，應用，特性，原理，參數

　　二極管的特性與應用

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

　　二極管的應用

　　1、整流二極管

　　利用二極管單向導電性，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(kāi)關(guān)元件

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

　　3、限幅元件

　　二極管正向導通后，它的正向壓降基本保持不變(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，可以把信號幅度限制在一定范圍內。

　　4、繼流二極管

　　在開(kāi)關(guān)電源的電感中和繼電器等感性負載中起繼流作用。

　　5、檢波二極管

　　在收音機中起檢波作用。

　　6、變容二極管

　　使用于電視機的高頻頭中。

　　二極管的工作原理

　　晶體二極管為一個(gè)由p型半導體和n型半導體形成的p-n結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當不存在外加電壓時(shí)，由于p-n 結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場(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散電流增加引起了正向電流。當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，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。當外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結空間電荷層中的電場(chǎng)強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數值很大的反向擊穿電流，稱(chēng)為二極管的擊穿現象。

　　二極管的類(lèi)型

　　二極管種類(lèi)有很多，按照所用的半導體材料，可分為鍺二極管(Ge管)和硅二極管(Si管)。根據其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩壓二極管、開(kāi)關(guān)二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管等。按照管芯結構，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的金屬絲壓在光潔的半導體晶片表面，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地燒結在一起，形成一個(gè)“PN結”。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，如收音機的檢波等。面接觸型二極管的“PN結”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，而且性能穩定可靠，多用于開(kāi)關(guān)、脈沖及高頻電路中。

　　一、根據構造分類(lèi)

　　半導體二極管主要是依靠PN結而工作的。與PN結不可分割的點(diǎn)接觸型和肖特基型，也被列入一般的二極管的范圍內。包括這兩種型號在內，根據PN結構造面的特點(diǎn)，把晶體二極管分類(lèi)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結的靜電容量小，適用于高頻電路。但是，與面結型相比較，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。因為構造簡(jiǎn)單，所以?xún)r(jià)格便宜。對于小信號的檢波、整流、調制、混頻和限幅等一般用途而言，它是應用范圍較廣的類(lèi)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結電容量稍有增加，但正向特性特別優(yōu)良。多作開(kāi)關(guān)用，有時(shí)也被應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(chēng)金鍵型，熔接銀絲的二極管有時(shí)被稱(chēng)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結而形成的。正向電壓降小，適于大電流整流。因其PN結反向時(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。因PN結正向電壓降小，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移到硅擴散型。

　　5、臺面型二極管

　　PN結的制作方法雖然與擴散型相同，但是，只保留PN結及其必要的部分，把不必要的部分用藥品腐蝕掉。其剩余的部分便呈現出臺面形，因而得名。初期生產(chǎn)的臺面型，是對半導體材料使用擴散法而制成的。因此，又把這種臺面型稱(chēng)為擴散臺面型。對于這一類(lèi)型來(lái)說(shuō)，似乎大電流整流用的產(chǎn)品型號很少，而小電流開(kāi)關(guān)用的產(chǎn)品型號卻很多。

　　6、平面型二極管

　　在半導體單晶片(主要地是N型硅單晶片)上，擴散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擴散一部分而形成的PN結。因此，不需要為調整PN結面積的藥品腐蝕作用。由于半導體表面被制作得平整，故而得名。并且，PN結合的表面，因被氧化膜覆蓋，所以公認為是穩定性好和壽命長(cháng)的類(lèi)型。最初，對于被使用的半導體材料是采用外延法形成的，故又把平面型稱(chēng)為外延平面型。對平面型二極管而言，似乎使用于大電流整流用的型號很少，而作小電流開(kāi)關(guān)用的型號則很多。

　　7、合金擴散型二極管

　　它是合金型的一種。合金材料是容易被擴散的材料。把難以制作的材料通過(guò)巧妙地摻配雜質(zhì)，就能與合金一起過(guò)擴散，以便在已經(jīng)形成的PN結中獲得雜質(zhì)的恰當的濃度分布。此法適用于制造高靈敏度的變容二極管。

　　8、外延型二極管

　　用外延面長(cháng)的過(guò)程制造PN結而形成的二極管。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容二極管。

　　9、肖特基二極管

　　基本原理是：在金屬(例如鉛)和半導體(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(cháng)是：開(kāi)關(guān)速度非?？欤悍聪蚧謴蜁r(shí)間trr特別地短。因此，能制作開(kāi)關(guān)二極和低壓大電流整流二極管。

　　二、根據用途分類(lèi)

　　1、檢波用二極管

　　就原理而言，從輸入信號中取出調制信號是檢波，以整流電流的大小(100mA)作為界線(xiàn)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400MHz，正向壓降小，結電容小，檢波效率高，頻率特性好，為2AP型。類(lèi)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、調制、混頻、開(kāi)關(guān)等電路。也有為調頻檢波專(zhuān)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(xiàn)通常把輸出電流大于100mA的叫整流。面結型，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(lèi)如下：①硅半導體整流二極管2CZ型、②硅橋式整流器QL型、③用于電視機高壓硅堆工作頻率近100KHz的2CLG型。

　　3、限幅用二極管

　　大多數二極管能作為限幅使用。也有象保護儀表用和高頻齊納管那樣的專(zhuān)用限幅二極管。為了使這些二極管具有特別強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、調制用二極管

　　通常指的是環(huán)形調制專(zhuān)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。即使其它變容二極管也有調制用途，但它們通常是直接作為調頻用。

　　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，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二極管那樣的負阻性器件的放大，以及用變容二極管的參量放大。因此，放大用二極管通常是指隧道二極管、體效應二極管和變容二極管。

　　7、開(kāi)關(guān)用二極管

　　有在小電流下(10mA程度)使用的邏輯運算和在數百毫安下使用的磁芯激勵用開(kāi)關(guān)二極管。小電流的開(kāi)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散型、臺面型和平面型二極管。開(kāi)關(guān)二極管的特長(cháng)是開(kāi)關(guān)速度快。而肖特基型二極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間特短，因而是理想的開(kāi)關(guān)二極管。2AK型點(diǎn)接觸為中速開(kāi)關(guān)電路用;2CK型平面接觸為高速開(kāi)關(guān)電路用;用于開(kāi)關(guān)、限幅、鉗位或檢波等電路;肖特基(SBD)硅大電流開(kāi)關(guān)，正向壓降小，速度快、效率高。

　　8、變容二極管

　　用于自動(dòng)頻率控制(AFC)和調諧用的小功率二極管稱(chēng)變容二極管。日本廠(chǎng)商方面也有其它許多叫法。通過(guò)施加反向電壓， 使其PN結的靜電容量發(fā)生變化。因此，被使用于自動(dòng)頻率控制、掃描振蕩、調頻和調諧等用途。通常，雖然是采用硅的擴散型二極管，但是也可采用合金擴散型、外延結合型、雙重擴散型等特殊制作的二極管，因為這些二極管對于電壓而言，其靜電容量的變化率特別大。結電容隨反向電壓VR變化，取代可變電容，用作調諧回路、振蕩電路、鎖相環(huán)路，常用于電視機高頻頭的頻道轉換和調諧電路，多以硅材料制作。