极管的结构及类型

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，UT26mV,二极管加反向电压，即UUT，则I-IS。,二极管加正向电压，即U0，且UUT，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=10sintV，即UIME。试画出输出电压uo的波形。解：当uiE0，即uiE时，二极管截止，反向电流为零。所以，此时输出电压为uo=E。当uiE0，即uiE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=5mArZ16IZ=20mArZ3,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)UZ7V,U0；UZ4V，U0；(2)UZ在47V之间，U值比较小，性能比较稳定。2CW17：UZ=910.5V，U=0.09%/2CW11：UZ=3.24.5V，U=-(0.050.03)%/,(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？,IZIZM，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1.61.8V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0.30.4V之间。,例：电路如图(a)所示。已知光电二极管的