半导体二极管PPT参考课件.ppt

半导体二极管 东西湖职校电子电器徐志远 1 学习内容 1 形形色色的二极管2 半导体3 半导体二极管的结构和类型4 二极管的伏安特性曲线5 二极管的主要参数6 二极管的检测方法7 二极管的等效电路及应用8 稳压二极管9 发光二极管 2 普通二极管 整流管 开关管 形形色色的二极管 3 阻尼二极管 高频二极管 金属封装整流二极管 形形色色的二极管 4 发光二极管 形形色色的二极管 5 发光二极管 形形色色的二极管 6 形形色色的二极管 7 快恢复二极管 肖特基二极管 形形色色的二极管 8 二极管的封装用于电视机 收音机 电源装置等电子产品中的各种不同外形的二极管如下图所示 二极管通常用塑料 玻璃或金属材料作为封装外壳 外壳上一般印有标记以便区别正负电极 黑环为负极 白环为负极 螺栓端为负极 金属封装二极管 玻璃封装二极管 塑料封装二极管 9 半导体 几个概念 1 绝缘体2 导体3 半导体4 举例说明 学生回答 干木头 导线等 10 半导体二极管的结构和类型 半导体二极管是由一个PN结及它所在的半导体再加上电极引线和管壳构成 按材料分类 按结构分类 按用途分类 硅管 锗管 点接触型 普通二极管 整流二极管 开关二极管 发光二极管 稳压二极管 检波二极管 混频二极管 光敏二极管 便容二极管 光电二极管等 面接触型 硅平面型 半导体二极管 11 常用二极管的符号 结构 符号 面接触型 点接触型 硅平面型 12 点接触型二极管特点 结面积小 因此结电容小 允许通过的电流也小 适用于高频电路的检波或小电流的整流 特点 13 测正向特性 测反向特性 二 二极管的伏安特性 正向电压 阳极高电位阴极低电位 反向电压 阴极高电位阳极低电位 P N 正向电流 反向电流 14 二极管理论伏安特性曲线 OD段称为正向特性 OC段 正向电压较小 小于0 5V 正向电流非常小 只有当正向电压超过某一数值时 才有明显的正向电流 这个电压称为死区电压 亦称开启电压 CD段 当正向电压大于死区电压后 正向电流近似以指数规律迅速增长 二极管呈现充分导通状态 1正向特性 15 OB段称为反向特性 这时二极管加反向电压 反向电流很小 当温度升高时 半导体中本征激发增加 是少数载流子增多 故反向电流增大 特性曲线向下降 3反向击穿特性 BA段称为反向击穿特性 当二极管外加反向电压大于一定数值时 反向电流突然剧增 称为二极管反向击穿 2反向特性 二极管理论伏安特性曲线 16 小结 二极管的伏安特性 硅管0 5V 锗管0 1V 反向击穿电压U BR 导通压降 外加电压大于死区电压二极管才能导通 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿 失去单向导电性 正向特性 反向特性 特点 非线性 硅0 6 0 8V锗0 2 0 3V 死区电压 反向电流在一定电压范围内保持常数 半导体二极管 17 2AP15的伏安特性曲线 二极管的伏安特性对温度很敏感 温度升高时 正向特性曲线向左移 反向特性曲线向下移 18 三 二极管的主要参数 参数 对器件性能的定量描述 器件使用的极限条件 两大类 半导体二极管的主要参数 最大整流电流IF 最大反向工作电压UR 反向电流IR 最大工作频率fM 二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流 管子使用时允许加的最大反向电压 二极管未发生击穿时的反向电流值 二极管单向导电作用开始明显退化时的交流信号的频率 19 四 二极管的使用常识 1 二极管的型号 20 2 二极管的选用 按材料分类 二极管主要有锗二极管和硅二极管两大类 前者内部多为点接触型结构 允许的工作温度较低 只能在100 以下工作 后者内部多为面接触型或平面型结构 允许的工作温度较高 有的可达150 200 普通二极管 如2AP等系列 的IFM较小 fM一般较高 主要用于信号检测 取样 小电流整流等 整流二极管 2CZ 2DZ等系列 的IFM较大 fM很低 广泛使用在各种电源设备中作整流元件 开关二极管 2AK 2CK等系列 一般IFM较小 fM较高 用于数字电路和控制电路中 半导体二极管 四 二极管的使用常识 21 五 二极管的检测方法 MF47型万用表检测方法欧姆档R 10 R 100 R 1K说明 红为负 黑为正数字万用表检测使用方法检测二极管位置说明 红为正 黑为负 22 五 二极管的检测 用万用表判断二极管极性示意图如图所示 1 先将万用表电阻挡旋钮置于R 100或R 1k挡 2 用万用表红 黑表笔任意测量二极管两引脚间的电阻值 3 交换万用表表笔再测量一次 如果二极管是好的话 两次测量结果必定一大一小 4 以阻值较小的一次测量为准 黑表笔所接的二极管一端为正极 红表笔所接的二极管一端为负极 23 用万用表检测普通二极管的好坏测试图如图所示 1 万用表置于R 1k挡 测量正向电阻时 万用表的黑表笔接二极管的正极 红表笔接二极管的负极 2 万用表置于R 1k挡 测量反向电阻时 万用表的红表笔接二极管的正极 黑表笔接二极管的负极 3 根据二极管正 反向电阻阻值变化判断二极管的质量好坏 五 二极管的检测 24 总结 万用表检测普通二极管的好坏将万用表拨到电阻挡的R 100或R 1k 将万用表的红 黑表笔分别接在二极管两端 若测得电阻比较小 几k 以下 再将红 黑表笔对调后连接在二极管两端 而测得的电阻比较大 几百k 说明二极管具有单向导电性 质量良好 测得电阻小的那一次黑表笔接的是二极管的正极 如果测得二极管的正 反向电阻都很小 甚至为零 表示管子内部已短路 如果测得二极管的正 反向电阻都很大 则表示内部已断路 25 六 特殊二极管 整流二极管 检波二极管 开关二极管具有相似的伏安特性曲线 均属于普通二极管 为了适应各种不同功能的要求 许多特殊二极管应运而生 如稳压管 发光管 光电管等 6 1稳压管1 工作特性及应用稳压管又称齐纳二极管 实物外形见下图 通常用文字 V 代表 它是一种用特殊工艺制造的硅二极管 只要反向电流不超过极限电流 管子工作在击穿区并不会损坏 属可逆击穿 这与普通二极管破坏性击穿是截然不同的 稳压管工作在反向击穿区域时 利用其陡峭的反向击穿特性在电路中起稳定电压作用 稳压管的外形及电路符号 26 稳压管的伏安特性曲线如的正向特性与普通二极管相同 反向特性曲线在击穿区域比普通二极管更陡直 这表明稳压管击穿后 通过管子的电流变化 Iz 很大 而管子两端电压变化 Vz 很小 或说管子两端电压基本保持一个固定值 稳压管在电路中主要功能是起稳压作用 稳压管的伏安特性曲线 正向特性 击穿特性 27 2 稳压管主要参数 稳定电压VZ指稳压管的反向击穿电压 稳定电流IZ指管子在正常工作时的参考电流值 其值在稳压区域的最大电流IZmax与最小电流IZmin之间 当流过管子的电流小于IZmin时管子不能起稳压作用 最大稳定电流IZmax指稳压管最大工作电流 超过IZmax时 管子将过热损坏 耗散功率PZM指管子不致因热击穿而损坏的最大耗散功率 它近似等于稳定电压与最大稳定电流的乘积 即PZM VZ IZmax 动态电阻rZ反映稳压管的稳压性能 动态电阻越小 稳压性能越好 温度系数k温度系数反映由温度变化引起的稳定电压变化 28 3 稳压二极管的检测 1 检测方法与普通二极管相同 但稳压二极管的正向电阻比普通二极管的正向电阻要大一些 2 若需要对稳压二极管稳定电压做精确测量 则可用晶体管特性图示仪测量 29 6 2发光二极管发光二极管是一种把电能变成光能的半导体器件 发光二极管由磷化镓 砷化镓等半导体材料制成 电路符号和实物照片见下图 当给发光二极管加上偏压 有一定的电流流过时二极管就会发光 这是由于PN结的电子与空穴直接复合放出能量的结果 发光二极管的种类很多 按发光的颜色可分为 红色 蓝色 黄色 绿色 还有三色变色发光二极管和眼睛看不见的红外光二极管 按外形可分为 圆形 方形等 它们被广泛运用于电路的状态显示 信息显示 装饰工程 照明等领域 通常 发光二极管通过10mA电流时 就可以发出强度令人满意的光线 高强度的发光二极管只需5mA左右电流就能正常发光 发光二极管电路符号发光二极管实物图 30 1 极性判别方法1 由管子的引脚长短识别 电极长的引脚为正极 短的引脚为负极 方法2 用指针式万用表R 10k电阻挡测量 测得电阻小的 约几十千欧 其黑表笔接的引脚是正极 红表笔接的引脚是负极 同时可仔细观察到发光二极管发出的微弱光线 2 质量的简易判别方法1 将指针式万用表置于R 10k电阻挡 测量其正向电阻应在几十千欧之内 反向电阻应大于几百千欧 通常为无穷大 为正常 方法2 将发光二极管长引脚 正极 插入万用表的NPN型 c极 插孔 短引脚 负极 插入 e极 插孔 则发光二极管正常发光 3 正 反电压降测量将数字万用表置于二极管挡 红表笔接二极管正极 黑表笔接负极 显示屏显示电压在1 8V左右 调换表笔再测试 显示为1V 则表示被测管合格 发光二极管的检测 31 发光二极管的管脚引线以较长者为正极 较短者为负极 如管帽上有凸起标志 那么靠近凸起标志的管脚就为正极 发光二极管好坏的判别可用万用表的R 10k挡测其正 反向阻值 当正向电阻小于50k 反向电阻大于200k 时均为正常 如正 反向电阻均为无穷大 表明此管已坏 应用提示 32 6 3光电二极管光电二极管又称为光敏二极管 光电二极管也是由一个PN结构成 但是它的PN结面积较大 通过管壳上的一个玻璃窗口来接收入射光 当没有光照射时反向电阻很大 反向电流很小 当有光照射时 反向电阻减小 反向电流增大 光电二极管电路符号光电二极管元件外形 33 光电二极管是在反向电压作用下工作的 它的正极接较低的电平 负极接较高的电平 工作电路如图所示 没有光照时 反向电流极其微弱 称为暗电流 有光照时 反向电流迅速增大到几十微安 称为亮电流 光的强度越大 反向电流也越大 光的变化引起光电二极管电流变化 该电流流经负载 产生输出电压UO 由此可以把光信号转换成电信号 故将其称为光电传感器件 光电二极管工作电路 6 3光电二极管 光电二极管的工作原理及特性 34 光电二极管的简易检测 1 极性判别首先应在无光照的条件下用指针式万用表R 100或R 1k挡检测光电二极管的正负极性 检测方法同普通二极管的检测 2 性能检测使光电二极管处于反向工作状态 即万用表黑表笔接光电二极管的负极 红表笔接其正极 在没有光照射时 其阻值应在数十k 至数百k 该电阻值称为暗电阻 再将光电二极管移到光线明亮处 其阻值应会大大降低 万用表指示值通常只有数k 该电阻值称为亮电阻 检测示意图如图所示 检测示意图 6 3光电二极管 35 变容二极管的图形符号 变容二极管像稳压二极管一样 工作于反向偏置状态 实物及图形符号如图所示 6 4变容二极管 36 任务 1 用指针式万用表测二极管正反向电阻记录方法 型号 正反向电阻2 用数字万用表测二极管正反向压降记录方法 型号 正反向压降3 用数字万用表测电容大小记录方法 电容识读的参数 数字万用表测量的数据 37 1 用指针式万用表测二极管正反向电阻记录方法 型号 正反向电阻 1N4007正向电阻9K反向电阻20M以上正向压降0 565V反向压降11N4728正向电阻13反向电阻20M以上正向压降0 678V反向压降1 589V1N4733正向电阻14K反向电阻20M以上正向压降0 678V反向压降11N4735正向电阻9K反向电阻20M以上正向压降0 710V反向压降11N4738正向电阻13K反向电阻20M以上正向压降0 690V反向压降1 38 1N47401N47411N47421N41481N58181N5819 39 G E R0 0 二极管处于截止状态 二极管处于导通状态 二极管 二极管 将多用电表调至R 1K档 将红 黑表笔分别于晶体二极管的两个引脚相接 当指针偏转幅度较大时 黑表笔所接一端是正极 40 G E R0 0 二极管 二极管 发光 不发光 当把二极管的两个脚分别接在红黑表笔之间电阻很大 两脚反至接在红黑表笔之间电阻很小 就是好的二极管 如何知道二极管是一个好的二极管 41 七 二极管的等效电路及应用 为简化分析计算 在一定的条件下可以近似用某些线性电路来等效实际的二极管 一 理想二极管等效电路 当外加正向电压时 二极管导通 正向压降uD 0 相当于开关闭合 特性曲线的近似 等效电路 当外加反向电压时 二极管截止 反向电流IR 0 相当于开关断开 42 二 考虑正向压降的等效电路 D K UD 在二极管充分导通且工作电流不是很大时 可以近似认为UD为常数 用一个直流电压源UD来等效正向导通的二极管 当外加正向电压大于UD时 二极管导通 开关闭合 二极管两端压降为UD 当外加电压小于UD时 二极管截止 开关断开 特性曲线的近似 等效电路 43 三 二极管电路的分析方法 分析方法 图解法 计算分析法 44 二极管具有单向导电性 利用它可以进行 单相桥式全波整流电路 四个二极管D1 D4结成电桥形式 D1 D2 D3 D4 RL A B u0 u 整流电路 交流电到直流电的转换 45 当交流电源u 0时 二极管D1 D3导通 相当于开关闭合 D2 D4截止 相当于开关断开 D1 D4 D2 D3 A B u0 RL u 整流电路 u 0时 46 当u 0时 二极管D2 D4导通 D1 D3截止 D1 D2 D4 D3 A B u0 RL u 整流电路 u 0时 47 uo io 整流电路 D4 D1 D2 D3 u uo iD1 iD3 iD2 iD4 桥式全波整流电路及波形 48 uo io 桥式全波整流输出电压uO的平均值UO为 U为交流电源u的有效值 负载电阻RL中流过的电流iO的平均值IO为 整流电路 49 流过每个二极管的平均电流ID为IO的一半 即 每个二极管在截止时 它的两端承受的最大反向电压就是交流电源电压u的峰值 记为 整流电路 设计选择二极管时必须满足下列条件 u uo 50 限幅电路及波形 限幅电路 限幅电路常用于有选择地传输信号波形的一部分 当u UR UD时 二极管D导通 uO UR UD 当u UR UD时 二极管D截止 uO u 在u的最大值及UR都远远大于UD的条件下采用理想二极管等效电路来分析 u u u R R UR UR D K 0 7v UD uO uO uO UR UD t 0 51 五 稳压二极管 工程中常用的符号 新规定的符号 稳压管是利用PN结的反向击穿特性来实现稳定电压作用的 52 稳压管 当稳压管反向击穿后 有较大的电流增量 IZ 相应的管子两端的反向击穿电压 即稳压管的稳定电压UZ 只有很小的变化量 UZ 稳压管的特性曲线 0 I U UZ UZ IZ IZM IZ 53 稳压管的主要参数 1 稳定电压UZ 2 动态电阻rZ 3 稳定电流IZ 4 额定功耗PZM及最大稳定电流IZM 5 电压温度系数 参数 54 1 稳定电压UZ UZ是当稳压管中的电流为规定的测试电流时 稳压管两端的电压 参数 稳定电流是稳压管工作时的参考电流值 通常把手册上给定的稳压电流值看成稳压管正常工作时的电流下限 2 稳定电流IZ 稳压管的特性曲线 55 rZ UZ IZ rZ越小 则反向击穿特性曲线越陡 稳压作用越好 3 动态电阻rZ 4 额定功耗PZM及最大稳定电流IZM PZM是由管子允许温升限定的最大功率损耗 IZM PZM UZ 稳压管的特性曲线 rZ是稳压管在稳定工作范围内 管子两端电压的变化量与相应的电流变化量之比 即 56 5 电压温度系数 工作时一个管子处于正向导通状态 具有负温度系数 另一个管子处于反向击穿状态 具有正温度系数 二者互相补偿 具有温度补偿的稳压管 电压温度系数越小 温度稳定性越好 57 稳压管的主要参数 1 稳定电压UZ 2 动态电阻rZ 3 稳定电流IZ 4 额定功耗PZM及最大稳定电流IZM 5 电压温度系数 参数 58 稳压管的应用 稳压管稳压时的等效电路 等效电路 微变等效