二极管特性及结构

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、二极管的结构及类型,1.,二极管的,结构,PN结+管壳+引线,1,阴极引线,阳极引线,二氧化硅保护层,P,型硅,N,型硅,(c),平面型,铝合金小球,N,型硅,阳极引线,PN,结,金锑合金,底座,阴极引线,(b) 面接触型,阴极,阳极,(d),符号,D,(a) 点,接触型,1.,二极管的,结构,2,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,3,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。,60,40,20, 0.002, 0.004,0,0.5,1.0,25,50,I,/ mA,U,/ V,正向特性,硅管的伏安特性,死区电压,击穿电压,U,(BR),反向特性, 50,I,/ mA,U,/ V,0.2,0.4, 25,5,10,15,0.01,0.02,锗管的伏安特性,0,二、二极管的伏安特性和等效电路,1.二极管的伏安特性,4,1）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 0.5 V 左右，锗管约 0.1 V 左右。,正向特性,死区电压,60,40,20,0,0.4,0.8,I,/ mA,U,/ V,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。,5,2）反向特性, 0.02, 0.04,0,25,50,I,/ mA,U,/ V,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；,反向饱和电流,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。,击穿电压,U,(BR),6,3）伏安特性表达式,(二极管方程),I,S,：反向饱和电流,U,T,：温度的电压当量,在常温,(,300 K,),下，,U,T,26 mV,二极管加反向电压，即,U,U,T,，则,I,-,I,S,。,二极管加正向电压，即,U, 0，且,U,U,T,，则,，可得 ，说明电流,I,与电压,U,基本上成指数关系。,7,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。,8,2.,二极管的主要参数,1） 最大整流电流,I,F,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,U,R,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,U,BR,的一半定义为,U,R,。,3）反向电流,I,R,通常希望,I,R,值愈小愈好。,4）最高工作频率,f,M,f,M,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。,9,3.,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,10,例1：电路如图所示，,E,1,=7V，,E,2,=5V，,E,3,=6V。设二极管的导通电压,U,on,=0.6V, 不计正向电阻,r,d,时，分别估算开关在位置1和位置2的输出电压,U,O,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,U,O,=,E,3,=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,U,O,=,E,2,+,U,on,(5+0.6)V=5.6V。,4.,二极管电路分析,11,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,u,i,=10sin,t V，即,U,IM,E,。试画出输出电压,u,o,的波形。,解：当,u,i,E,0，即,u,i,E,时，二极管截止，反向电流为零。所以，此时输出电压为,u,o,=,E,。,当,u,i,E,0，即,u,i,E时，二极管导通，正向压降为零。所以，此时输出电压为,u,o,=,u,i,。故输出电压uo 的波形如图 (b)所示。,(a),(b),12,一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。,I/,mA,U/,V,O,+,正向,+,反向,U,(b) 稳压管符号,(a) 稳压管伏安特性,I,三、 稳压二极管,+,(c) 稳压管等效电路,1.伏安特性,13,2.,稳压管的参数主要有以下几项：,1）稳定电压,U,Z,3）动态电阻,r,Z,2）稳定电流,I,Z,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。,I,I,Z,，只要不超过额定功耗即可。,r,Z,愈小愈好。对于同一个稳压管，工作电流愈大，,r,Z,值愈小。,I,Z,= 5 mA,r,Z,16,I,Z,= 20 mA,r,Z,3 ,I,Z,/mA,14,4）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,),U,Z, 7 V,U, 0；,U,Z, 4 V，,U, 0；,(,2,),U,Z,在 4 7 V 之间，,U,值比较小，性能比较稳定。,2CW17：,U,Z,= 9 10.5 V，,U,=,0.09,%/,2CW11：,U,Z,= 3.2 4.5 V，,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。,15,5）额定功耗,P,Z,额定功率决定于稳压管允许的温升。,P,Z,=,U,Z,I,Z,P,Z,会转化为热能，使稳压管发热。,电工手册中给出,I,ZM,，,I,ZM,=,P,Z,/,U,Z,例,求通过稳压管的电流,I,Z,等于多少？,R,是限流电阻，其值是否合适？,I,Z,VD,Z,+20 V,R,= 1.6 k,+,U,Z,= 12 V,-,I,ZM,= 18 mA,I,Z,I,ZM,，电阻值合适。,解,16,3. 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,%/,17,VD,Z,R,4. 使用稳压管需要注意的几个问题：,U,O,I,O,+,I,Z,I,R,U,I,+,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；,R,L,2）稳压管,应,与,负载电阻,R,L,并联,；,3）,必须限制流过稳压管的电流,I,Z,，不能超过规定值,，以免因过热而烧毁管子。,18,1.2.4,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,19,2. 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：,20,（2）光电二极管的伏安特性及等效电路,i,u,0,E,+,U,D,R,i,E,+ U,D,R,i,U,D,R,i,E,+,+ U,D,i,R,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,21,3. 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。已知光电二极管的暗电流为零，在一定的光照下，光电流为,I,DS,=50A，,R,1,=100K，,R,2,=50K，,U,i,=10V，试问：无光照和有光照两种条件下二极管两端的电压各为多少？,(a),(b),22,解：无光照时，光电管的暗电流为零，所以,有光照时，光电管的光电流为50A，等效为恒流源，如图(b)所示，则有,23,24,