10二極管選型與使用結構及類型

1、1一、二極管的結構及類型1.二極管的結構PN結+管殼+引線2陰極引線陽極引線二氧化硅保護層P型硅N型硅(c) 平面型鋁合金小球N型硅陽極引線PN結金銻合金底座陰極引線(b) 面接觸型陰極陽極 (d) 符號D(a) 點接觸型1.二極管的結構3按 PN 結結構分：有點接觸型和面接觸型二極管。點接觸型管子中不允許通過較大的電流，因結電容小，可在高頻下工作。面接觸型二極管 PN 結的面積大，允許流過的電流大，但只能在較低頻率下工作。按用途劃分：有整流二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、開關二極管、發(fā)光二極管、變容二極管等。按半導體材料分：有硅二極管、鍺二極管等。2. 二極管的類型4在二極管的兩端加上電壓，

2、測量流過管子的電流，則I = f (U )之間的關系曲線為伏安特性。604020 0.002 0.00400.51.02550I / mAU / V正向特性硅管的伏安特性死區(qū)電壓擊穿電壓U(BR)反向特性 50I / mAU / V0.20.4 25510150.010.02鍺管的伏安特性0二、二極管的伏安特性和等效電路1.二極管的伏安特性51）正向特性當正向電壓比較小時，正向電流很小，幾乎為零。相應的電壓叫死區(qū)電壓。范圍稱死區(qū)。死區(qū)電壓與材料和溫度有關，硅管約 0.5 V 左右，鍺管約 0.1 V 左右。正向特性死區(qū)電壓60402000.40.8I / mAU / V當正向電壓超過死區(qū)電壓后

3、，隨著電壓的升高，正向電流迅速增大。62）反向特性 0.02 0.0402550I / mAU / V反向特性當電壓超過零點幾伏后，反向電流不隨電壓增加而增大，即飽和；二極管加反向電壓，反向電流很??；如果反向電壓繼續(xù)升高，大到一定數值時，反向電流會突然增大；反向飽和電流 這種現象稱擊穿，對應電壓叫反向擊穿電壓。擊穿并不意味管子損壞，若控制擊穿電流，電壓降低后，還可恢復正常。擊穿電壓U(BR)73）伏安特性表達式(二極管方程)IS ：反向飽和電流UT ：溫度的電壓當量在常溫(300 K)下， UT 26 mV二極管加反向電壓，即 U UT ，則 I - IS。二極管加正向電壓，即 U 0，且 U

4、 UT ，則，可得 ，說明電流 I 與電壓 U 基本上成指數關系。8結論：二極管具有單向導電性。加正向電壓時導通，呈現很小的正向電阻，如同開關閉合；加反向電壓時截止，呈現很大的反向電阻，如同開關斷開。從二極管伏安特性曲線可以看出，二極管的電壓與電流變化不呈線性關系，其內阻不是常數，所以二極管屬于非線性器件。92. 二極管的主要參數1） 最大整流電流 IF 二極管長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。2）最高反向工作電壓 UR工作時允許加在二極管兩端的反向電壓值。通常將擊穿電壓 UBR 的一半定義為 UR 。3）反向電流 IR通常希望 IR 值愈小愈好。4）最高工作頻率 fMfM 值主要 決定

5、于 PN 結結電容的大小。結電容愈大，二極管允許的最高工作頻率愈低。103. 二極管的等效電路由伏安特性折線化得到等效電路理想二極管 (b) 正向電壓恒定的二極管 (c) 正向電壓與電流呈線性關系11 例1：電路如圖所示，E1=7V，E2=5V，E3=6V。設二極管的導通電壓Uon =0.6V, 不計正向電阻rd時，分別估算開關在位置1和位置2的輸出電壓UO的值。 解：當開關置于位置1時，二極管因加反向電壓而處于截止狀態(tài)，所以輸出UO =E3 =6V。 當開關置于位置2時，二極管因加正向電壓而處于導通狀態(tài)，所以輸出電壓UO =E2 +Uon (5+0.6)V=5.6V。4. 二極管電路分析12

6、 例2 電路如圖(a)所示，設二極管為理想二極管，且直流電壓E=5V，交流電壓ui =10sint V，即UIM E。試畫出輸出電壓uo的波形。 解：當ui E0，即ui E時，二極管截止，反向電流為零。所以，此時輸出電壓為uo =E。 當ui E0，即ui E時，二極管導通，正向壓降為零。所以，此時輸出電壓為uo =ui。故輸出電壓uo 的波形如圖 (b)所示。(a)(b)13一種特殊的面接觸型半導體硅二極管。穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。 I/mAU/VO+ 正向 +反向U(b) 穩(wěn)壓管符號(a) 穩(wěn)壓管伏安特性I三、 穩(wěn)壓二極管+(c) 穩(wěn)壓管等效電路1.伏安特性14 2. 穩(wěn)壓管的參數主要有

7、以下幾項：1）穩(wěn)定電壓 UZ3）動態(tài)電阻 rZ2）穩(wěn)定電流 IZ穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時的穩(wěn)定工作電壓。 正常工作的參考電流。I IZ ，只要不超過額定功耗即可。rZ 愈小愈好。對于同一個穩(wěn)壓管，工作電流愈大， rZ 值愈小。IZ = 5 mA rZ 16 IZ = 20 mA rZ 3 IZ/mA154）電壓溫度系數 U穩(wěn)壓管電流不變時，環(huán)境溫度每變化 1 引起穩(wěn)定電壓變化的百分比。 (1) UZ 7 V, U 0；UZ 4 V，U 0； (2) UZ 在 4 7 V 之間，U 值比較小，性能比較穩(wěn)定。 2CW17：UZ = 9 10.5 V，U = 0.09 %/ 2CW11：UZ = 3

8、.2 4.5 V，U = -(0.05 0.03)%/(3) 2DW7 系列為溫度補償穩(wěn)壓管，用于電子設備的精密穩(wěn)壓源中。165）額定功耗 PZ額定功率決定于穩(wěn)壓管允許的溫升。PZ = UZIZPZ 會轉化為熱能，使穩(wěn)壓管發(fā)熱。電工手冊中給出 IZM，IZM = PZ/UZ例 求通過穩(wěn)壓管的電流 IZ 等于多少？R 是限流電阻，其值是否合適？IZVDZ+20 VR = 1.6 k+ UZ = 12 V- IZM = 18 mAIZ IZM ，電阻值合適。解17 3. 2DW7 系列穩(wěn)壓管結構(a)2DW7 穩(wěn)壓管外形圖(b)內部結構示意圖管子內部包括兩個溫度系數相反的二極管對接在一起。溫度變化

9、時，一個二極管被反向偏置，溫度系數為正值；而另一個二極管被正向偏置，溫度系數為負值，二者互相補償，使 1、2 兩端之間的電壓隨溫度的變化很小。例： 2DW7C，U = 0.005 %/18VDZR4. 使用穩(wěn)壓管需要注意的幾個問題：UOIO+IZIRUI+ 1）外加電源的正極接管子的 N 區(qū)，電源的負極接 P 區(qū)，保證管子工作在反向擊穿區(qū)；RL2）穩(wěn)壓管應與負載電阻 RL 并聯；3）必須限制流過穩(wěn)壓管的電流 IZ，不能超過規(guī)定值，以免因過熱而燒毀管子。191.2.4 特殊二極管1. 發(fā)光二極管 發(fā)光二極管是一種將電能轉換為光能的半導體器件，它包含了可見光、不可見光、激光等類型。 可見光發(fā)光二極

10、管也稱為LED，符號如圖所示。發(fā)光顏色目前有紅色、綠色、橙色、黃色等。發(fā)光二極管的電特性與普通二極管一樣，伏安特性曲線也類似，同樣具有單向導電性。但正向導通電壓比普通二極管高，紅色的導通電壓在1.61.8V間，綠色的為2V左右。 符號202. 光電二極管 光電二極管是一種將光能轉換為電能的半導體器件。也有可見光和不可見光（如遠紅外光）之分。其外形與發(fā)光管類似。 （1）光電二極管在反向電壓作用下工作。當無光照時, 和普通二極管一樣, 其反向電流很小, 稱為暗電流。當有光照時, 產生的反向電流稱為光電流。照度E越強，光電流也越大。光電流很小, 一般只有幾十微安, 應用時必須放大。符號：21 （2）光電二極管的伏安特性及等效電路 iu0 E +UDRiE + UD RiUD Ri E + + UD i R有光照的正向電壓電路 無光照的正向電壓電路 有光照的反向電壓電路 有光照無偏置的光電池電路 223. 其它二極管 特殊用途二極管，除了以上所述外，還有利用PN結的結電容制成的變容二極管；不同摻雜濃度的PN結制成的隧道二極管；利用接觸勢壘制成的金屬半導體的肖特基二極管，其正向導通電壓在0.30.4V