二極管的結(jié)構(gòu)及類型

1、1陰極引線陽極引線二氧化硅保護(hù)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(jié)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(diǎn)接觸型1.二極管的結(jié)構(gòu)2按 PN 結(jié)結(jié)構(gòu)分：有點(diǎn)接觸型和面接觸型二極管。點(diǎn)接觸型管子中不允許通過較大的電流，因結(jié)電容小，可在高頻下工作。面接觸型二極管 PN 結(jié)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(guān)二極管、發(fā)光二極管、變?nèi)荻O管等。按半導(dǎo)體材料分：有硅二極管、鍺二極管等。2. 二極管的類型3在二極管的兩端加上電壓，測量流過管子的電流，則I = f (U )之間的關(guān)系曲線為

2、伏安特性。604020 0.002 0.00400.5 1.02550I / 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41）正向特性當(dāng)正向電壓比較小時(shí)，正向電流很小，幾乎為零。相應(yīng)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(guān)，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60402000.4 0.8I / mAU / V當(dāng)正向電壓超過死區(qū)電壓后，隨著電壓的升高，正向電流迅速增大。52）反向特性 0

3、.02 0.0402550I / mAU / V反向特性當(dāng)電壓超過零點(diǎn)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(shù)值時(shí)，反向電流會突然增大；反向飽和電流 這種現(xiàn)象稱擊穿，對應(yīng)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(fù)正常。擊穿電壓U(BR)63）伏安特性表達(dá)式(二極管方程)1e (S TUUIIIS ：反向飽和電流UT ：溫度的電壓當(dāng)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 UT ，則，可得 ，說明電流 I

4、與電壓 U 基本上成指數(shù)關(guān)系。1eTUUTUUIIeS 7結(jié)論：二極管具有單向?qū)щ娦?。加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，呈現(xiàn)很小的正向電阻，如同開關(guān)閉合；加反向電壓時(shí)截止，呈現(xiàn)很大的反向電阻，如同開關(guān)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(guān)系，其內(nèi)阻不是常數(shù)，所以二極管屬于非線性器件。81） 最大整流電流 IF 二極管長期運(yùn)行時(shí)，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(shí)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 決定于 PN 結(jié)結(jié)電容的大小。結(jié)電容

5、愈大，二極管允許的最高工作頻率愈低。9由伏安特性折線化得到等效電路(a) 理想二極管 (b) 正向電壓恒定的二極管 (b) (c) 正向電壓與電流呈線性關(guān)系10 例1：電路如圖所示，E1=7V，E2=5V，E3=6V。設(shè)二極管的導(dǎo)通電壓Uon =0.6V, 不計(jì)正向電阻rd時(shí)，分別估算開關(guān)在位置1和位置2的輸出電壓UO的值。 解：當(dāng)開關(guān)置于位置1時(shí)，二極管因加反向電壓而處于截止?fàn)顟B(tài)，所以輸出UO =E3 =6V。 當(dāng)開關(guān)置于位置2時(shí)，二極管因加正向電壓而處于導(dǎo)通狀態(tài)，所以輸出電壓UO =E2 +Uon (5+0.6)V=5.6V。11 例2 電路如圖(a)所示，設(shè)二極管為理想二極管，且直流電壓

6、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(dāng)ui E0，即ui E時(shí)，二極管截止，反向電流為零。所以，此時(shí)輸出電壓為uo =E。 當(dāng)ui E0，即ui E時(shí)，二極管導(dǎo)通，正向壓降為零。所以，此時(shí)輸出電壓為uo =ui。故輸出電壓uo 的波形如圖 (b)所示。(a)(b)12一種特殊的面接觸型半導(dǎo)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13 2. 穩(wěn)壓管的參數(shù)主要有以下幾項(xiàng)：1）穩(wěn)定電壓 UZ3）動態(tài)電阻 rZ2）穩(wěn)定電流

7、IZZZZIUr 穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時(shí)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(gè)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/mA144）電壓溫度系數(shù) U穩(wěn)壓管電流不變時(shí)，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 = 3.2 4.5 V，U = (0.05 0.03

8、)%/(3) 2DW7 系列為溫度補(bǔ)償穩(wěn)壓管，用于電子設(shè)備的精密穩(wěn)壓源中。155）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(zhuǎn)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mA5A105A106 . 1122033Z I16 3. 2DW7 系列穩(wěn)壓管結(jié)構(gòu)(a)2DW7 穩(wěn)壓管外形圖(b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖管子內(nèi)部包括兩個(gè)溫度系數(shù)相反的二極管對接在一起。溫度變化時(shí)

9、，一個(gè)二極管被反向偏置，溫度系數(shù)為正值；而另一個(gè)二極管被正向偏置，溫度系數(shù)為負(fù)值，二者互相補(bǔ)償，使 1、2 兩端之間的電壓隨溫度的變化很小。例： 2DW7C，U = 0.005 %/17VDZR4. 使用穩(wěn)壓管需要注意的幾個(gè)問題：UOIO+IZIRUI+ 1）外加電源的正極接管子的 N 區(qū)，電源的負(fù)極接 P 區(qū)，保證管子工作在反向擊穿區(qū)；RL2）穩(wěn)壓管應(yīng)與負(fù)載電阻 RL 并聯(lián)；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。181.2.4 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(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體器件，它包含了可見光、不可見光、激光等類型。 可見光發(fā)光二極管

10、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?qū)щ娦?。但正向?qū)妷罕绕胀ǘO管高，紅色的導(dǎo)通電壓在1.61.8V間，綠色的為2V左右。 192. 光電二極管 光電二極管是一種將光能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件。也有可見光和不可見光（如遠(yuǎn)紅外光）之分。其外形與發(fā)光管類似。 20 （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 213. 其它二極管 特殊用途

11、二極管，除了以上所述外，還有利用PN結(jié)的結(jié)電容制成的變?nèi)荻O管；不同摻雜濃度的PN結(jié)制成的隧道二極管；利用接觸勢壘制成的金屬半導(dǎo)體的肖特基二極管，其正向?qū)妷涸?.30.4V之間。 例：電路如圖(a)所示。已知光電二極管的暗電流為零，在一定的光照下，光電流為IDS=50A，R1=100K，R2 =50K，Ui =10V，試問：無光照和有光照兩種條件下二極管兩端的電壓各為多少？ UiR2R1 UD +UiR2R1 UD +UiR2R1 UD +IDSUiR2R1 UD +IDS(a)(b)22 解：無光照時(shí)，光電管的暗電流為零，所以V7 . 61510010150101001033121iD

12、RRRUU 有光照時(shí)，光電管的光電流為50A，等效為恒流源，如圖(b)所示，則有V5101001050361DSS RIUV5)1050101501510()(33221SiiD RRRUUUU23241）正向特性當(dāng)正向電壓比較小時(shí)，正向電流很小，幾乎為零。相應(yīng)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(guān)，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60402000.4 0.8I / mAU / V當(dāng)正向電壓超過死區(qū)電壓后，隨著電壓的升高，正向電流迅速增大。251） 最大整流電流 IF 二極管長期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。2）最高反向工作電壓 UR工

13、作時(shí)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 決定于 PN 結(jié)結(jié)電容的大小。結(jié)電容愈大，二極管允許的最高工作頻率愈低。26 例1：電路如圖所示，E1=7V，E2=5V，E3=6V。設(shè)二極管的導(dǎo)通電壓Uon =0.6V, 不計(jì)正向電阻rd時(shí)，分別估算開關(guān)在位置1和位置2的輸出電壓UO的值。 解：當(dāng)開關(guān)置于位置1時(shí)，二極管因加反向電壓而處于截止?fàn)顟B(tài)，所以輸出UO =E3 =6V。 當(dāng)開關(guān)置于位置2時(shí)，二極管因加正向電壓而處于導(dǎo)通狀態(tài)，所以輸出電壓UO =E2 +Uon (5+0.6)V=5.6V。27 例1：電路如圖所示，E1=7V，E2=5V，E3=6V。設(shè)二極管的導(dǎo)通電壓Uon =0.6V, 不計(jì)正向電阻rd時(shí)，分別估算開關(guān)在位置1和位置2的輸出電壓UO的值。 解：當(dāng)開關(guān)置于位置1時(shí)，二極管因加反向電壓而處于截止?fàn)顟B(tài)，所以輸出UO =E3 =6V。 當(dāng)開關(guān)置于位置2時(shí)，二極管因加正向電壓而處于導(dǎo)通狀態(tài)，所以輸出電壓UO