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二极管特性及结构

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二极管特性及结构nullnull一、二极管的结构及类型1.二极管的结构PN结+管壳+引线null1.二极管的结构null  按 PN 结结构分:有点接触型和面接触型二极管。   点接触型管子中不允许通过较大的电流,因结电容小,可在高频下工作。   面接触型二极管 PN 结的面积大,允许流过的电流大,但只能在较低频率下工作。  按用途划分:有整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等。按半导体材料分:有硅二极管、锗二极管等。2. 二极管的类型null 在二极管的两端加上电压,测量流过管子的电流,则I =...

二极管特性及结构
nullnull一、二极管的结构及类型1.二极管的结构PN结+管壳+引线null1.二极管的结构null  按 PN 结结构分:有点接触型和面接触型二极管。   点接触型管子中不允许通过较大的电流,因结电容小,可在高频下工作。   面接触型二极管 PN 结的面积大,允许流过的电流大,但只能在较低频率下工作。  按用途划分:有整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等。按半导体材料分:有硅二极管、锗二极管等。2. 二极管的类型null 在二极管的两端加上电压,测量流过管子的电流,则I = f (U )之间的关系曲线为伏安特性。正向特性硅管的伏安特性反向特性二、二极管的伏安特性和等效电路1.二极管的伏安特性null1)正向特性当正向电压比较小时,正向电流很小,几乎为零。  相应的电压叫死区电压。范围称死区。死区电压与材料和温度有关,硅管约 0.5 V 左右,锗管约 0.1 V 左右。正向特性死区电压  当正向电压超过死区电压后,随着电压的升高,正向电流迅速增大。null2)反向特性  当电压超过零点几伏后,反向电流不随电压增加而增大,即饱和;  二极管加反向电压,反向电流很小;  如果反向电压继续升高,大到一定数值时,反向电流会突然增大; 这种现象称击穿,对应电压叫反向击穿电压。  击穿并不意味管子损坏,若控制击穿电流,电压降低后,还可恢复正常。null3)伏安特性表达式(二极管方程)IS :反向饱和电流 UT :温度的电压当量 在常温(300 K)下, UT  26 mV  二极管加反向电压,即 U < 0,且 |U| >> UT ,则 I  - IS。null结论:  二极管具有单向导电性。加正向电压时导通,呈现很小的正向电阻,如同开关闭合;加反向电压时截止,呈现很大的反向电阻,如同开关断开。  从二极管伏安特性曲线可以看出,二极管的电压与电流变化不呈线性关系,其内阻不是常数,所以二极管属于非线性器件。null2. 二极管的主要参数1) 最大整流电流 IF 二极管长期运行时,允许通过的最大正向平均电流。2)最高反向工作电压 UR  工作时允许加在二极管两端的反向电压值。通常将击穿电压 UBR 的一半定义为 UR 。3)反向电流 IR通常希望 IR 值愈小愈好。4)最高工作频率 fM  fM 值主要 决定于 PN 结结电容的大小。结电容愈大,二极管允许的最高工作频率愈低。null3. 二极管的等效电路由伏安特性折线化得到等效电路理想二极管 (b) 正向电压恒定的二极管 (c) 正向电压与电流呈线性关系null 例1:电路如图所示,E1=7V,E2=5V,E3=6V。设二极管的导通电压Uon =0.6V, 不计正向电阻rd时,分别估算开关在位置1和位置2的输出电压UO的值。 解:当开关置于位置1时,二极管因加反向电压而处于截止状态,所以输出UO =E3 =6V。 当开关置于位置2时,二极管因加正向电压而处于导通状态,所以输出电压UO =E2 +Uon ≈(5+0.6)V=5.6V。4. 二极管电路分析null 例2 电路如图(a)所示,设二极管为理想二极管,且直流电压E=5V,交流电压ui =10sint V,即UIM E。试画出输出电压uo的波形。 解:当ui E0,即ui E时,二极管截止,反向电流为零。所以,此时输出电压为uo =E。 当ui E0,即ui E时,二极管导通,正向压降为零。所以,此时输出电压为uo =ui。故输出电压uo 的波形如图 (b)所示。(a)(b)null  一种特殊的面接触型半导体硅二极管。稳压管工作于反向击穿区。 (b) 稳压管符号(a) 稳压管伏安特性三、 稳压二极管(c) 稳压管等效电路1.伏安特性null 2. 稳压管的参数主要有以下几项:1)稳定电压 UZ3)动态电阻 rZ2)稳定电流 IZ稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。 正常工作的参考电流。I < IZ 时 ,管子的稳压性能差; I > IZ ,只要不超过额定功耗即可。  rZ 愈小愈好。对于同一个稳压管,工作电流愈大, rZ 值愈小。IZ = 5 mA rZ  16  IZ = 20 mA rZ  3 null4)电压温度系数 U  稳压管电流不变时,环境温度每变化 1 ℃ 引起稳定电压变化的百分比。   (1) UZ > 7 V, U > 0;UZ < 4 V,U < 0;   (2) UZ 在 4 ~ 7 V 之间,U 值比较小,性能比较稳定。   2CW17:UZ = 9 ~ 10.5 V,U = 0.09 %/℃   2CW11:UZ = 3.2 ~ 4.5 V,U = -(0.05 ~ 0.03)%/℃  (3) 2DW7 系列为温度补偿稳压管,用于电子设备的精密稳压源中。null5)额定功耗 PZ  额定功率决定于稳压管允许的温升。PZ = UZIZPZ 会转化为热能,使稳压管发热。电工手册中给出 IZM,IZM = PZ/UZ  [例] 求通过稳压管的电流 IZ 等于多少?R 是限流电阻,其值是否合适?IZ < IZM ,电阻值合适。[解]null 3. 2DW7 系列稳压管结构(a)2DW7 稳压管外形图(b)内部结构示意图  管子内部包括两个温度系数相反的二极管对接在一起。  温度变化时,一个二极管被反向偏置,温度系数为正值;而另一个二极管被正向偏置,温度系数为负值,二者互相补偿,使 1、2 两端之间的电压随温度的变化很小。例: 2DW7C,U = 0.005 %/℃null4. 使用稳压管需要注意的几个问题:   1)外加电源的正极接管子的 N 区,电源的负极接 P 区,保证管子工作在反向击穿区;  2)稳压管应与负载电阻 RL 并联;  3)必须限制流过稳压管的电流 IZ,不能超过规定值,以免因过热而烧毁管子。null1.2.4 特殊二极管1. 发光二极管 发光二极管是一种将电能转换为光能的半导体器件,它包含了可见光、不可见光、激光等类型。 可见光发光二极管也称为LED,符号如图所示。发光颜色目前有红色、绿色、橙色、黄色等。发光二极管的电特性与普通二极管一样,伏安特性曲线也类似,同样具有单向导电性。但正向导通电压比普通二极管高,红色的导通电压在1.6~1.8V间,绿色的为2V左右。 符号null2. 光电二极管 光电二极管是一种将光能转换为电能的半导体器件。也有可见光和不可见光(如远红外光)之分。其外形与发光管类似。 (1)光电二极管在反向电压作用下工作。当无光照时, 和普通二极管一样, 其反向电流很小, 称为暗电流。当有光照时, 产生的反向电流称为光电流。照度E越强,光电流也越大。光电流很小, 一般只有几十微安, 应用时必须放大。符号:null (2)光电二极管的伏安特性及等效电路 有光照的正向电压电路 无光照的正向电压电路 有光照的反向电压电路 有光照无偏置的光电池电路 null3. 其它二极管 特殊用途二极管,除了以上所述外,还有利用PN结的结电容制成的变容二极管;不同掺杂浓度的PN结制成的隧道二极管;利用接触势垒制成的金属—半导体的肖特基二极管,其正向导通电压在0.3~0.4V之间。 例:电路如图(a)所示。已知光电二极管的暗电流为零,在一定的光照下,光电流为IDS=50μA,R1=100KΩ,R2 =50KΩ,Ui =10V,试问:无光照和有光照两种条件下二极管两端的电压各为多少? (a)(b)null 解:①无光照时,光电管的暗电流为零,所以 ②有光照时,光电管的光电流为50μA,等效为恒流源,如图(b)所示,则有null
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分类:其他高等教育
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