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1、二极管的结构及类型1第1页，此课件共24页哦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)面接触型面接触型阴极阳极 (d)符号符号D(a)点点接触型接触型1.1.二极管的二极管的结构结构第2页，此课件共24页哦按按 PN 结结构结结构分：分：有点接触型和面接触型二极管。有点接触型和面接触型二极管。点点接接触触型型管管子子中中不不允允许许通通过过较较大大的的电电流流，因因结结电电容容小小，可可在高频下工作。在高频下工作。面面接接触触型型二二极极管管 PN 结结的的面面积积大大，允允许许流流过过的的电电流流大大，但只能在较低频率
2、下工作。但只能在较低频率下工作。按按用用途途划划分分：有有整整流流二二极极管管、检检波波二二极极管管、稳稳压压二二极极管管、开开关二极管、发光二极管、变容二极管等。关二极管、发光二极管、变容二极管等。按半导体材料分：按半导体材料分：有硅二极管、锗二极管等。有硅二极管、锗二极管等。2.二极管的二极管的类型类型第3页，此课件共24页哦在在二二极极管管的的两两端端加加上上电电压压，测测量量流流过过管管子子的的电电流流，则则I=f(U)之间的关系曲线为伏安特性。之间的关系曲线为伏安特性。604020 0.002 0.00400.5 1.02550I/mAU/V正向特性正向特性硅管的伏安特性硅管的伏安特
3、性死区电压死区电压击穿电压击穿电压U(BR)反反向向特特性性 50I/mAU/V0.20.4 25510150.010.02锗管的伏安特性锗管的伏安特性0二、二极管的伏安特性和等效电路二、二极管的伏安特性和等效电路1.1.二极管的伏安特性二极管的伏安特性第4页，此课件共24页哦1）正向特性）正向特性当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。相相应应的的电电压压叫叫死死区区电电压压。范范围围称称死死区区。死死区区电电压压与与材材料料和和温温度度有有关关，硅硅管约管约 0.5 V 左右，锗管约左右，锗管约 0.1 V 左右。左右。正向特性正向特性死区死
4、区电压电压60402000.4 0.8I/mAU/V当当正正向向电电压压超超过过死死区区电电压压后后，随随着着电电压压的的升升高高，正正向向电电流流迅迅速速增增大。大。第5页，此课件共24页哦2）反向特性）反向特性 0.02 0.0402550I/mAU/V反向特性反向特性当当电电压压超超过过零零点点几几伏伏后后，反反向向电电流流不不随随电电压压增增加加而而增增大大，即饱和；即饱和；二二极极管管加加反反向向电电压压，反反向向电流很小；电流很小；如如果果反反向向电电压压继继续续升升高高，大大到到一一定定数数值值时时，反反向向电电流流会会突然增大；突然增大；反向饱反向饱和电流和电流 这种现象称这种
5、现象称击穿击穿，对应电压叫，对应电压叫反向击穿电压反向击穿电压。击击穿穿并并不不意意味味管管子子损损坏坏，若若控控制制击击穿穿电电流流，电电压压降降低低后，还可恢复正常。后，还可恢复正常。击穿击穿电压电压U(BR)第6页，此课件共24页哦3）伏安特性表达式）伏安特性表达式(二极管方程二极管方程)IS：反向饱和电流：反向饱和电流UT：温度的电压当量：温度的电压当量在常温在常温(300 K)下，下，UT 26 mV二二极极管管加加反反向向电电压压，即即 U UT，则则 I IS。二极管加正向电压，即二极管加正向电压，即 U 0，且，且 U UT，则，则，可得，可得 ，说明电流，说明电流 I 与电压
6、与电压 U 基本上成指数关系。基本上成指数关系。第7页，此课件共24页哦结论：结论：二二极极管管具具有有单单向向导导电电性性。加加正正向向电电压压时时导导通通，呈呈现现很很小小的的正正向向电电阻阻，如如同同开开关关闭闭合合；加加反反向向电电压压时时截截止止，呈呈现现很很大大的的反反向向电电阻，如同开关断开。阻，如同开关断开。从从二二极极管管伏伏安安特特性性曲曲线线可可以以看看出出，二二极极管管的的电电压压与与电电流流变变化化不不呈呈线线性性关关系系，其其内内阻阻不不是是常常数数，所所以以二二极极管管属属于于非非线线性器件。性器件。第8页，此课件共24页哦2.2.二极管的主要参数二极管的主要参数
7、二极管的主要参数二极管的主要参数1）最大整流电流最大整流电流 IF 二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。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）最高反向工作电压 UR工工作作时时允允许许加加在在二二极极管管两两端端的的反反向向电电压压值值。通通常常将将击击穿穿电电压压 UBR 的一半定义为的一半定义为 UR。3）反向电流）反向电流 IR通常希望通常希望 IR 值愈小愈好。值愈小愈好。4）最高工作频率）最高工作频率 fMfM 值值主主要要 决决定定于于 PN 结结结结电电容容的的大大小小。结结电电容容愈愈大大，二二极管允许的最高工作频率愈低。极管允许的最高工
8、作频率愈低。第9页，此课件共24页哦3.3.二极管的等效电路二极管的等效电路二极管的等效电路二极管的等效电路由伏安特性折线化得到等效电路由伏安特性折线化得到等效电路(a)理想二极管理想二极管 (b)正向电压恒定的二极管正向电压恒定的二极管 (b)(c)正向电压与电流呈线性关系正向电压与电流呈线性关系第10页，此课件共24页哦 例例1：电路如图所示，：电路如图所示，E1=7V，E2=5V，E3=6V。设二极管的导通电压。设二极管的导通电压Uon=0.6V,不计正向电阻不计正向电阻rd时，分别估算开关在位置时，分别估算开关在位置1和和位置位置2的输出电压的输出电压UO的值。的值。解：当开关置于位置
9、解：当开关置于位置1时，二极管因加时，二极管因加反向电压而处于截止状态，所以输出反向电压而处于截止状态，所以输出UO=E3=6V。当开关置于位置当开关置于位置2时，二极管因加正向电时，二极管因加正向电压而处于导通状态，所以输出电压压而处于导通状态，所以输出电压UO=E2+Uon(5+0.6)V=5.6V。4.4.二极管电路分析二极管电路分析二极管电路分析二极管电路分析第11页，此课件共24页哦 例例2 电路如图电路如图(a)所示，设二极管为理想二极所示，设二极管为理想二极管，且直流电压管，且直流电压E=5V，交流电压，交流电压ui=10sin t V，即即UIM E。试画出输出电压。试画出输出
10、电压uo的波形。的波形。解：当解：当ui E0，即，即ui E时，二极管截止，反时，二极管截止，反向电流为零。所以，此时输出电压为向电流为零。所以，此时输出电压为uo=E。当当ui E 0，即，即ui E时，二极管导通，正向时，二极管导通，正向压降为零。所以，此时输出电压为压降为零。所以，此时输出电压为uo=ui。故。故输出电压输出电压uo 的波形如图的波形如图(b)所示。所示。(a)(b)第12页，此课件共24页哦一一种种特特殊殊的的面面接接触触型型半半导导体硅二极管。体硅二极管。稳压管稳压管工作于反向击穿区。工作于反向击穿区。I/mAU/VO+正向正向 +反向反向 U(b)稳压管符号稳压管
11、符号(a)稳压管伏安特性稳压管伏安特性 I三、三、稳压二极管稳压二极管+(c)稳压管等效电路稳压管等效电路1.伏安特性伏安特性第13页，此课件共24页哦 2.稳压管的参数主要有以下几项：稳压管的参数主要有以下几项：1）稳定电压）稳定电压 UZ3）动态电阻）动态电阻 rZ2）稳定电流）稳定电流 IZ稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。正正常常工工作作的的参参考考电电流流。I IZ，只要不超过额定功耗即可。，只要不超过额定功耗即可。rZ 愈愈小小愈愈好好。对对于于同同一一个个稳稳压压管管，工工作作电电流流愈愈大大，rZ 值愈小。值愈小。IZ=5 mA r
12、Z 16 IZ=20 mA rZ 3 IZ/mA第14页，此课件共24页哦4）电压温度系数）电压温度系数 U稳稳压压管管电电流流不不变变时时，环环境境温温度度每每变变化化 1 引引起起稳稳定定电电压压变变化化的百分比。的百分比。(1)UZ 7 V,U 0；UZ 4 V，U 0；(2)UZ 在在 4 7 V 之间，之间，U 值比较小，性能比较稳定。值比较小，性能比较稳定。2CW17：UZ =9 10.5 V，U =0.09%/2CW11：UZ =3.2 4.5 V，U =(0.05 0.03)%/(3)2DW7 系系列列为为温温度度补补偿偿稳稳压压管管，用用于于电电子子设设备备的的精精密密稳稳压
13、压源中。源中。第15页，此课件共24页哦5）额定功耗）额定功耗 PZ额定功率决定于稳压管允许的温升。额定功率决定于稳压管允许的温升。PZ=UZIZPZ 会转化为热能，使稳压管发热。会转化为热能，使稳压管发热。电工手册中给出电工手册中给出 IZM，IZM=PZ/UZ 例例 求求通通过过稳稳压压管管的的电电流流 IZ 等等于于多多少少？R 是是限限流流电电阻阻，其值是否合适？其值是否合适？IZVDZ+20 VR=1.6 k+UZ=12 V IZM=18 mAIZ IZM，电阻值合适。，电阻值合适。解解 第16页，此课件共24页哦 3.2DW7 系列稳压管结构系列稳压管结构(a)2DW7 稳压管外形
14、图稳压管外形图(b)内部结构示意图内部结构示意图管管子子内内部部包包括括两两个个温温度度系系数数相相反的二极管对接反的二极管对接在一起。在一起。温温度度变变化化时时，一一个个二二极极管管被被反反向向偏偏置置，温温度度系系数数为为正正值值；而而另另一一个个二二极极管管被被正正向向偏偏置置，温温度度系系数数为为负负值值，二二者者互互相相补补偿偿，使使 1、2 两两端端之之间间的的电电压压随随温温度度的的变变化化很很小小。例例：2DW7C，U =0.005%/第17页，此课件共24页哦VDZR4.使用稳压管需要注意的几个问题：使用稳压管需要注意的几个问题：UOIO+IZIRUI+1）外外加加电电源源
15、的的正正极极接接管管子子的的 N 区区，电电源源的的负负极极接接 P 区区，保保证证管管子子工作在反向击穿区；工作在反向击穿区；RL2）稳稳压压管管应应与与负负载载电电阻阻 RL 并并联联；3）必必须须限限制制流流过过稳稳压压管管的的电电流流 IZ，不不能能超超过过规规定定值值，以以免免因因过过热而烧毁管子。热而烧毁管子。第18页，此课件共24页哦1.2.4 特殊二极管特殊二极管1.发光二极管发光二极管 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。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可
16、见光发光二极管也称为LED，符号如图所，符号如图所示。发光颜色目前有红色、绿色、橙色、黄色等。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，绿色的为间，绿色的为2V左右。左右。符号符号符号符号第19页，此课件共24页哦2.光电二极管光电二极管 光电二极管是一种将光能转换为电能的半导体器件。光电二极管是一种将光能转换为电能的半导体器件。也有
17、可见光和不可见光（如远红外光）之分。其外形与发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。光管类似。（1 1）光电二极管在反向电压作用下工作。光电二极管在反向电压作用下工作。光电二极管在反向电压作用下工作。光电二极管在反向电压作用下工作。当无光照时当无光照时当无光照时当无光照时,和普通二极管一样和普通二极管一样和普通二极管一样和普通二极管一样,其反向电流很小其反向电流很小其反向电流很小其反向电流很小,称为暗电流。当称为暗电流。当称为暗电流。当称为暗电流。当有光照时有光照时有光照时有光照时,产生的反向电流称为光电流。照度产生的反向电流称为光电流。照度产生的反向电流称为光电流。照度
18、产生的反向电流称为光电流。照度E E越强，光越强，光越强，光越强，光电流也越大。光电流很小电流也越大。光电流很小电流也越大。光电流很小电流也越大。光电流很小,一般只有几十微安一般只有几十微安一般只有几十微安一般只有几十微安,应用时必应用时必应用时必应用时必须放大。须放大。须放大。须放大。符号：符号：符号：符号：第20页，此课件共24页哦（2）光电二极管的伏安特性及等效电路）光电二极管的伏安特性及等效电路 iu0 E+UDRiE +UD RiUD Ri E +UD i R有光照的正向电有光照的正向电压电路压电路 无光照的正无光照的正向电压电路向电压电路 有光照的反向有光照的反向电压电路电压电路
19、有光照无偏置的有光照无偏置的光电池电路光电池电路 第21页，此课件共24页哦3.其它二极管其它二极管 特殊用途二极管，除了以上所述外，还有利用特殊用途二极管，除了以上所述外，还有利用PN结的结结的结电容制成的变容二极管；不同掺杂浓度的电容制成的变容二极管；不同掺杂浓度的PN结制成的隧道二结制成的隧道二极管；利用接触势垒制成的金属极管；利用接触势垒制成的金属半导体的肖特基二极管，半导体的肖特基二极管，其正向导通电压在其正向导通电压在0.30.4V之间。之间。例：例：电路如图电路如图(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，光电流为照下，光电流为IDS=50A，R1=100K，R2=50K，Ui=10V，试问：，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？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)第22页，此课件共24页哦 解：解：无光照时，光电管的暗电流为零，所以无光照时，光电管的暗电流为零，所以 有光照时，光电管的光电流为有光照时，光电管的光电流为50A，等效为恒流源，等效为恒流源，如图如图(b)所示，则有所示，则有第23页，此课件共24页哦第24页，此课件共24页哦