二极管的结构及类型.ppt

1 一 二极管的结构及类型 1 二极管的结构 PN结 管壳 引线 2 a 点接触型 1 二极管的结构 3 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 4 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 5 1 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 5V左右 锗管约0 1V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 6 2 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 7 3 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 300K 下 UT 26mV 二极管加反向电压 即U UT 则I IS 二极管加正向电压 即U 0 且U UT 则 可得 说明电流I与电压U基本上成指数关系 8 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 9 2 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 10 3 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 11 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 12 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 tV 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 13 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 14 2 稳压管的参数主要有以下几项 1 稳定电压UZ 3 动态电阻rZ 2 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 IIZ 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 5mArZ 16 IZ 20mArZ 3 IZ mA 15 4 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 7V U 0 UZ 4V U 0 2 UZ在4 7V之间 U值比较小 性能比较稳定 2CW17 UZ 9 10 5V U 0 09 2CW11 UZ 3 2 4 5V 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 16 5 额定功耗PZ 额定功率决定于稳压管允许的温升 PZ UZIZ PZ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 17 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 18 4 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 19 1 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 20 2 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 21 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 22 3 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