二極管的各種模型

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上二極管的各種模型 你已經(jīng)知道二極管是一種具有PN結(jié)的元件。在這一節(jié)，你將會學(xué)到二極管的電子符號，也能夠在進(jìn)行線路分析時(shí)，按照三種不同復(fù)雜度，分別采用合適的二極管替代模型。同時(shí)，本節(jié)也會介紹二極管的封裝和辨識二極管的引腳的方法。 在學(xué)習(xí)完本節(jié)的內(nèi)容后，你應(yīng)該能夠：參與討論二極管的工作原理，并說出三種二極管的模型；識別二極管的符號，并能確認(rèn)二極管的引腳；識別二極昝的不同外形結(jié)構(gòu)；解釋二極管的理想、實(shí)際和完整模型。 1.二極管的結(jié)構(gòu)和符號 如你所知，二極管是單PN結(jié)的元件，在P型區(qū)和N型區(qū)兩邊分別接上金屬接點(diǎn)和導(dǎo)線，如圖1.31(a)所示。二極管的一半是N型半導(dǎo)體，而另一半

2、是P型半導(dǎo)體。 目前有多種類型的二極管，本章所介紹的一般二極管或整流二極管的圖標(biāo)符號，則顯示在圖1.31(b)。N型區(qū)稱為陰極( cathode)，而P型區(qū)則稱為陽極(anode)。符號中的箭頭所指的方向，就是傳統(tǒng)的電流方向（與電子流的方向相反）。 (1)正向偏壓下的接線方式 如果電壓源是按照圖1. 32(a)的方式和二極管互相連接，則稱此二極管受到正向偏壓的作用。電壓源的正極經(jīng)過一個(gè)限流電阻，再連接到二極管的陽極。電壓源的負(fù)極則接到二極管的陰極。正向電流(IF)則如圖所示，從二極管的陽極流向陰極。正向電壓降(VF)則是因?yàn)殚T檻電壓的存在，使得二極管的陽極成為正極，而二極管的陰極成為負(fù)極。 (

3、2)反向偏壓下的接線方式 如果電壓源是按照圖1. 32(b)的方式和二極管互相連接，則稱此二極管受到反向偏壓的作用。咆壓源的負(fù)極經(jīng)過線路接到二極管的陽極。電壓源的正極則接到二極管的陰極。反向偏壓通常不需要限流電阻，但為了線路的一致性，仍在圖中繪出。反向電流可予以忽略。要注意的是整個(gè)線路的偏壓(VBIAS)都消耗在二極管。 2.理想的二極管模型 理想的二極管模型(the ideal diode model)可視為一個(gè)簡單的開關(guān)。對二極管施加正向偏壓時(shí)，二極管就像是一個(gè)閉合的開關(guān)(on)，如圖1.33(a)所示。對二極管施加反向偏壓時(shí)，二極管就像是一個(gè)斷路的開關(guān)(off)，如圖1.33(b)所示。

4、至于門檻電壓、正向動(dòng)態(tài)阻抗和反向電流都予以忽略。 在圖1.33(c)中，繪出了理想二極管的電壓一電流特性曲線圖。既然門檻電壓和正向動(dòng)態(tài)阻抗都予以忽略，因此在正向偏壓下，可以假設(shè)二極管不會造成電壓降，就如同位于垂直軸上的部分特性曲線所顯示的含義一樣。 VF=OV 正向電流(IF)是由所施加的偏壓值和限流電阻，按照歐姆定律： IF=VBIAS/RLIMIT (1.2) 既然反向電流可以忽略，就可假設(shè)其值為零如圖1. 33(c)中在負(fù)水平軸的部分特性曲線所示。 IR =OA 此時(shí)反向電壓等于所施加的偏壓電壓值。 VR=VBlAS 當(dāng)你在進(jìn)行故障檢修，或者找尋線路的工作狀況時(shí)，因不需要考慮電壓和電流的

5、精確值，可以考慮改用二極管理想模型代替。 3.實(shí)際的二極管模型 實(shí)際的二極管模型(the practical diode model)是將門檻電壓加入理想的開關(guān)模型。當(dāng)二極管處于正向偏壓下，它等于一個(gè)閉合開關(guān)再串接一個(gè)很小的等效電壓源，電壓源的電壓等于門檻電壓(0.7V)，并將電壓源的正極接到二極管的陽極，如圖1. 34(a)所示。 這個(gè)等效電壓源代表二極管在正向偏壓下，在PN結(jié)上所產(chǎn)生的固定電壓降(VF)，此等效電路中的電壓源并非主動(dòng)電壓源。 當(dāng)二極管處在反向偏壓時(shí)，它等于一個(gè)開路的開關(guān)，就如同理想模型，如圖1. 34(b)所示。門檻電壓并不會影響到反向偏壓，所以不需加以考慮。 實(shí)際二極管模

6、型的特性曲線表示在圖1. 34(c)。既然門檻電壓已考慮在內(nèi)，而動(dòng)態(tài)阻抗不予考慮，因此可以假設(shè)在正向偏壓下，二極管本身擁有的電壓降，如圖所示，特性曲線向原點(diǎn)右方平行位移的部分就是這個(gè)電壓。 VF=0. 7V 正向電流是依照下述公式算出，首先，將基爾霍夫電壓定律應(yīng)用到圖1.34(a)： VBIAS-VF-VRLIMIT=0 VRLIMIT=IFRLIMIT代入后解出IF為： IF=VBIAS-VF/RLIMIT 假設(shè)二極管反向電流的值為零，如圖1. 34(c)中在負(fù)水平軸上的部分特性曲線所示。 IR =OA VR=VBIAS 4.完整二極管模型 二極管的完整模型(the complete dio

7、de model)是由門檻電壓，小的正向動(dòng)態(tài)阻抗(rd')和大的內(nèi)部反向阻抗(rR')所組成。之所以要將反向阻抗考慮進(jìn)來，是因?yàn)榇硕O管模型要考慮到反向電流，因此必須將反向電流所流經(jīng)的反向電阻包括進(jìn)來。 當(dāng)二極管處于正向偏壓時(shí)，就可視為一個(gè)閉合的開關(guān)，再串聯(lián)一個(gè)等于門檻電壓的電壓源和一個(gè)小的正向動(dòng)態(tài)阻抗(rd')，如圖1. 35(a)所示。當(dāng)二極管處于反向偏壓時(shí)，就可視為一個(gè)開路的開關(guān)，再并聯(lián)一個(gè)大的內(nèi)部反向電阻值(rR)，如圖1. 35(b)所示。門檻電壓并不會影響到反向偏壓，所以可以不予考慮。 完整二極管模型的特性曲線顯示在圖1. 35(c)。既然需要考慮門檻電壓和

8、正向動(dòng)態(tài)阻抗，因此在正向偏壓下，可假設(shè)二極管本身有電壓降。 其中正向電壓(VF)是由門襤電壓加上動(dòng)態(tài)阻抗上的小電壓降組成，可由特性曲線圖中，位于原點(diǎn)右方的曲線部分看出。曲線開始傾斜，是因?yàn)楫?dāng)電流增加時(shí)，動(dòng)態(tài)阻抗上的電壓降也跟著增加的緣故。對于硅二極管的完整模型，可套用下面的公式： VF=0.7V+IFrd (1.4) IF=VBIAS-0.7V/RLIMIT+rd' (1.5) 在計(jì)算反向偏壓時(shí)，也需要將反向電流和并聯(lián)的內(nèi)部阻抗值(rR')一起考慮，可由特性曲線圖中，位于原點(diǎn)左方的部分曲線看出。CX77304-17P曲線位于擊穿電壓附近的部分并沒有顯示出來，這是因?yàn)閾舸﹨^(qū)對于大部分的二極管來說，并不是一個(gè)正常的工作