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1、第1页/共46页1 1、按照所用的半导体材料：、按照所用的半导体材料：可分为可分为锗管锗管和和硅管硅管。2 2、根据其不同用途：可分为、根据其不同用途：可分为检波二极管检波二极管、整流二极整流二极管管、稳压二极管稳压二极管、开关二极管开关二极管等。等。3 3、按照管芯结构：可分为、按照管芯结构：可分为点接触型二极管点接触型二极管、面接触面接触型二极管型二极管及及平面型二极管平面型二极管。一、二极管的分类一、二极管的分类第2页/共46页二极管的分类、型号和参数二极管的分类、型号和参数(细化细化)1分类分类(1)按材料分：硅管、锗管(2)按 PN 结面积：点接触型(电流小，高频应用)、面接触型(电
2、流大，用于整流)(3)按用途：如图所示。二极管图形符号第3页/共46页 整流二极管：利用单向导电性把交流电变成直流电的二极管。稳压二极管：利用反向击穿特性进行稳压的二极管。发光二极管：利用磷化镓把电能转变成光能的二极管。光电二极管：将光信号转变为电信号的二极管。变容二极管：利用反向偏压改变 PN 结电容量的二极管2型号举例如下：型号举例如下：整流二极管2CZ82B稳压二极管2CW50变容二极管2AC1 等等。第4页/共46页PNPN结面积大，用于结面积大，用于工频大电流整流电路。工频大电流整流电路。PNPN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于高频小电流电路。用于高频小电流电路。第5页/
3、共46页往往用于集成电路制造工艺中。往往用于集成电路制造工艺中。结面积大，则用于大功率整流。结面积大，则用于大功率整流。结面积小，则用于高频、脉冲结面积小，则用于高频、脉冲和开关电路中。和开关电路中。第6页/共46页第7页/共46页二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性 半导体二极管的伏安特性曲线如图所示。处于第一象限的半导体二极管的伏安特性曲线如图所示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。根是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示第8页/共46页 当当V0
4、即处于正向特性区域。正向区又分为两段：即处于正向特性区域。正向区又分为两段：当当0VVD(on)时，正向电流为零，时，正向电流为零，VD(on)称为开启电称为开启电压。压。当当VVon时，开始出现正时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。向电流，并按指数规律增长。硅硅二极管的二极管的Von=0.5 V左右，左右，锗锗二极管的二极管的Von=0.1 V左右。左右。第9页/共46页 当当V0即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：当当VBRV0时，反向电流很小，且基本不随反向电时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称压的变化而变化
5、，此时的反向电流也称反向饱和电流反向饱和电流IS。当当VVBR时，反向电流时，反向电流急剧增加，急剧增加，VBR称为称为反向击反向击穿电压穿电压 。这个特性也称反这个特性也称反向击穿特性。向击穿特性。温度升高时，由于少数载流温度升高时，由于少数载流子增加，反向电流急剧增加。子增加，反向电流急剧增加。第10页/共46页三、二极管的参数三、二极管的参数 最大整流电流最大整流电流(IF)反向击穿电压反向击穿电压(VBR)由于电流通过由于电流通过PNPN结，使结，使得管子发热，电流达到得管子发热，电流达到一定程度，管子因过热一定程度，管子因过热而烧坏。而烧坏。最大反向工作电压最大反向工作电压V VRM
6、RM 指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。指管子反向击穿时的电压。指管子反向击穿时的电压。在实际工作时，最大反向工作电压在实际工作时，最大反向工作电压VRM一般只按反向击穿电压一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。的一半计算。第11页/共46页 正向压降正向压降VF 在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。小电流硅二极管在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下，约的正向压降在中等电流水平下，约0.6V0.8V；锗二极管约锗二极管约0.1V0.3V。最高工作频率最高工作频率fM 二极管工作的上限频率，
7、超过该频率，结电容起作用，二极管二极管工作的上限频率，超过该频率，结电容起作用，二极管将不能很好的体现单向导电性。将不能很好的体现单向导电性。反向电流反向电流IR 指管子未击穿之前的反向电流，其值愈小，则管子的单向导电指管子未击穿之前的反向电流，其值愈小，则管子的单向导电性愈好。性愈好。由于反向电流与温度有由于反向电流与温度有关，所以使用二极管时关，所以使用二极管时注意温度的影响。注意温度的影响。第12页/共46页四、二极管等效电路四、二极管等效电路理想模型理想模型 电源电压远比二极管的压降电源电压远比二极管的压降大时可以认为：正向偏置时，二大时可以认为：正向偏置时，二极管的管压降为零伏；反向
8、偏置极管的管压降为零伏；反向偏置时，认为它的电阻无穷大，电流时，认为它的电阻无穷大，电流为零。为零。二极管是非线性器件，为了便于分析，常在一定的条件下，用二极管是非线性器件，为了便于分析，常在一定的条件下，用线性元件所构成的电路来近似模拟二极管。该电路成为二极管的等线性元件所构成的电路来近似模拟二极管。该电路成为二极管的等效电路。效电路。第13页/共46页二极管基本电路如图所示，二极管基本电路如图所示，VDD=10V，应用应用理想模型求解电路的理想模型求解电路的VD和和ID。ID=（VDD-VD）R =（10-0）V10K =1mA VD=0V第14页/共46页恒压降模型恒压降模型 当流过二极
9、管的电流近当流过二极管的电流近似等于或大于似等于或大于1mA时，可时，可以认为二极管导通后，管压以认为二极管导通后，管压降是恒定的，且不随电流而降是恒定的，且不随电流而变；硅管为变；硅管为0.7伏，锗管为伏，锗管为0.3伏。伏。第15页/共46页硅硅二极管基本电路如图所示，二极管基本电路如图所示，VDD=10V，应用恒压降模型求解电路的应用恒压降模型求解电路的VD和和I ID D。VD=0.7V ID=（VDD-VD）R =（10-0.7）V10K =0.93mA 第16页/共46页折线模型折线模型 为了较真实地描述二极管的为了较真实地描述二极管的V-IV-I特性，在恒压降模型的基础特性，在恒
10、压降模型的基础上，作一定的修正，即认为二上，作一定的修正，即认为二极管的管压降不是恒定的，而极管的管压降不是恒定的，而是随着流过二极管电流的增加是随着流过二极管电流的增加而增加，所以在模型中用一个而增加，所以在模型中用一个电池和电阻来作进一步的近似。电池和电阻来作进一步的近似。电池的电压为门坎电压电池的电压为门坎电压Von，它它的电阻为的电阻为 第17页/共46页硅二极管基本电路如图所示，硅二极管基本电路如图所示，VDD=10V，应应用折线模型求解电路的用折线模型求解电路的VD和和ID。rD=(V-Vth)/I=(0.7-0.5)V/1mA=0.2KID=（VDD-Vth）(R+rD)=（10
11、-0.5）V(10+0.2)K =0.931mA VD=VDD-IDR =10-0.93110 =0.69V第18页/共46页小信号模型小信号模型 如果二极管工作在如果二极管工作在V-IV-I特性特性的某一小范围内工作时，则可以的某一小范围内工作时，则可以把把V-IV-I特性看成一条直线，其斜特性看成一条直线，其斜率的倒数就是微变电阻率的倒数就是微变电阻 rd第19页/共46页二极管的简单测试二极管的简单测试万用表检测二极管将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时，黑表笔接触处为正极，红表笔接触处为负极。1判别正负极性判别正负极性用万用表检测二极管如图所示。万用表测试条件：R 100 或 R
12、1 k 挡；第20页/共46页2判别好坏判别好坏万用表检测二极管万用表测试条件：R 1k1k。(3)若正向电阻约几千欧，反向电阻非常大，二极管正常。(2)若正反向电阻非常大，二极管开路。(1)若正反向电阻均为零，二极管短路；第21页/共46页1、限幅电路：、限幅电路：它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传输一部分。输一部分。一限幅电路如图所示，一限幅电路如图所示，R=1K，VREF=3V。当当Ui=6sint(V)时，利用时，利用恒压降模型恒压降模型绘出相应的输出电压绘出相应的输出电压UO的波形。二极管的波形。二极管的恒压降为的恒压降为0.7V
13、。Ui3.7V时D导通，UO=0.7+3=3.7V五、二极管应用举例五、二极管应用举例第22页/共46页第23页/共46页2 2、开关电路：、开关电路：利用二极管的单向导电性以接通或断开电路，这在利用二极管的单向导电性以接通或断开电路，这在数字电路中广泛应用。数字电路中广泛应用。二极管开关电路如图所示，当二极管开关电路如图所示，当U Ui1i1和和U Ui2i2为为0 0V V或或5 5V V时，求时，求U Ui1i1和和U Ui2i2的值不同组合情况下，输出电压的值不同组合情况下，输出电压U Uo o的值。设二极管是理想的值。设二极管是理想的。的。Ui1 Ui2(单位V)二极管工作状态UO(
14、单位V)D1D20 00 55 05 5截止截止截止截止导通导通导通导通0555第24页/共46页3 3、整流电路：、整流电路：将交流电压转换成脉动的直流电压。将交流电压转换成脉动的直流电压。单相桥式整流电路如图所示，电源单相桥式整流电路如图所示，电源U US S为正弦波电压，试绘出为正弦波电压，试绘出负载负载RL两端的电压波形，设二极管为理想的。两端的电压波形，设二极管为理想的。Ui0V时D2、D3导通，UO=UiUi0V时D4、D1导通，UO=-Ui第25页/共46页第26页/共46页工程应用工程应用发光二极管和光电二极管的检测发光二极管和光电二极管的检测1.发发光光二二极极管管的的检检测
15、测与与普普通通二二极极管管的的检检测测方方法法基基本本相相似似，但但由由于于发发光光二二极极管管的的正正向向导导通通电电压压一一般般在在 1.5 V 以以上上，故故检检测测时时必必须须用用万万用用表表的的 R 10k 挡挡，正正向向电电阻阻小小于于 50 k ，反反相相电电阻大于阻大于 200 k 时发光二极管为正常。时发光二极管为正常。2.由由于于光光电电二二极极管管工工作作时时应应加加反反向向电电压压，故故检检测测时时着着重重观观察察反反向向电电阻阻在在有有无无光光照照时时的的变变化化，用用万万用用表表的的 R 1k 挡挡，当当有有光光照照时时，反反向向电电阻阻小小，无无光光照照时时，反反
16、向向电电阻阻大大为为正正常常，当当无无光照时电阻差别很小，表明光电二极管的质量不好。光照时电阻差别很小，表明光电二极管的质量不好。第27页/共46页1.2晶体二极管整流电路晶体二极管整流电路1.2.1单相半波整流电路单相半波整流电路1.2.2单相桥式整流电路单相桥式整流电路第28页/共46页1.2晶体二极管整流电路晶体二极管整流电路整流：把交流电变成直流电的过程。整流原理：二极管的单向导电特性二极管单相整流电路：把单相交流电变成直流电的电路。半波整流桥式整流倍压整流单相整流电路种类第29页/共46页1.2.1单单相相半半波波整整流流电电路路1电路电路 如图(a)所示V：整流二极管，把交流电变成
17、脉动直流电；T：电源变压器，把 v1 变成整流电路所需的电压值 v2。第30页/共46页2.工作原理工作原理设 v2 为正弦波，波形如前页图(b)所示。(1)v2 正半周时，A 点电位高于 B 点电位，二极管 V 正偏导通，则 vL v2；(2)v2 负半周时，A 点电位低于 B 点电位，二极管 V 反偏截止，则 vL 0。由波形可见，v2 一周期内，负载只用单方向的半个波形，这种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动直流电。上述过程说明，利用二极管单向导电性可把交流电 v2 变成脉动直流电 vL。由于电路仅利用 v2 的半个波形，故称为半波整流电路。第31页/共46页3负载和整流二极管上的电
18、压和电流负载和整流二极管上的电压和电流(1)负载电压 VL VL=0.45 V2 (1.2.1)(2)负载电流 IL (1.2.2)(3)二极管正向电流 IV 和负载电流 IZ (1.2.3)(4)二极管反向峰值电压 VRM (1.2.4)第32页/共46页选管条件(1)二极管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰值电压；(2)二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管的实际工作电流。电路缺点：电源利用率低，纹波成分大。解决办法：全波整流。第33页/共46页1.2.2单单相相桥桥式式整整流流电电路路1电路如图电路如图V1 V4 为整流二极管，电路为桥式结构第34页/共46页(2)v2 负半周时，如
19、图(b)所示，A 点电位低于 B 点电位，则 V2、V4 导通(V1、V3 截止)，i2 自上而下流过负载 RL。桥式整流电路工作过程2工作原理工作原理(1)v2 正半周时，如图(a)所示，A 点电位高于 B 点电位，则 V1、V3导通(V2、V4截止)，i1 自上而下流过负载 RL；第35页/共46页由波形图可见，v2 一周期内，两组整流二极管轮流导通产生的单方向电流 i1 和 i2 叠加形成了 iL。于是负载得到全波脉动直流电压 vL。桥式整流电路工作波形图第36页/共46页3负载和整流二极管上的电压和电流负载和整流二极管上的电压和电流(1)负载电压 VL (1.2.9)(2)负载电流 I
20、L (1.2.10)(3)二极管的平均电流 IV (1.2.11)(4)二极管承受反向峰值电压 VRM (1.2.12)优点：输出电压高，纹波小，VRM 较低，应用广泛。第37页/共46页4桥式稳流电路的简化画法桥式稳流电路的简化画法第38页/共46页 例1.2.1 有一直流负载，需要直流电压 VL=60 V，直流电流 IL=4 A。若采用桥式整流电路，求电源变压器二次电压 V2 选择整流二极管。解 因为VL=0.9V2 所以流过二极管的平均电流二极管承受的反向峰值电压查晶体管手册，可选用整流电流为 3 安培，额定反向工作电压为 100 V 的整流二极管 2CZ12A(3 A/100 V)4
21、只。第39页/共46页半桥和全桥整流堆 整流元件组合件称为整流堆，常见的有：(1)半桥：2CQ 型，如图(a)所示；(2)全桥：QL 型，如图(b)所示。优点：电路组成简单、可靠。第40页/共46页六、特殊二极管六、特殊二极管稳压管稳压管 稳压管又称齐纳二极管，稳压管又称齐纳二极管，它是一种特殊工艺制造的半它是一种特殊工艺制造的半导体二极管。它的符号如图导体二极管。它的符号如图所示。所示。第41页/共46页1、稳压管的伏安特性、稳压管的伏安特性 稳压管的杂质浓度比较大，空间电荷区内的电荷密度也大，稳压管的杂质浓度比较大，空间电荷区内的电荷密度也大，该区域也很窄，容易形成强电场（强电场容易引起齐
22、纳击穿）。该区域也很窄，容易形成强电场（强电场容易引起齐纳击穿）。当反向电压加到某一定值当反向电压加到某一定值时时VZ ，产生反向击穿，反向电，产生反向击穿，反向电流急剧增加，流急剧增加，只要控制反向电只要控制反向电流不超过一定值流不超过一定值，管子就不会，管子就不会损坏。损坏。第42页/共46页2、稳压管的主要参数、稳压管的主要参数 稳定电压稳定电压VZ 指规定电流下稳压管的反向击穿电压。稳压管的稳定电压低的为指规定电流下稳压管的反向击穿电压。稳压管的稳定电压低的为3V，高的可达高的可达300V，它的正向电压约为它的正向电压约为0.6V。稳定电流稳定电流IZ（Izmin Izmax）指稳压管
23、工作在稳压状态时的参考电流。电流低于指稳压管工作在稳压状态时的参考电流。电流低于Izmin时稳压效时稳压效果变坏，甚至根本不稳压；只要不超过稳压管的额定功率，电流越果变坏，甚至根本不稳压；只要不超过稳压管的额定功率，电流越大，稳压效果越好。大，稳压效果越好。第43页/共46页 额定功耗额定功耗PZM 指稳压管的稳定电压与最大稳定电流的乘积。指稳压管的稳定电压与最大稳定电流的乘积。温度系数温度系数 指温度每变化指温度每变化1 1时稳压值的变化量。时稳压值的变化量。VZ小于小于4V的管子具有负温的管子具有负温度系数，度系数，VZ大于大于7V的管子具有正温度系数。的管子具有正温度系数。4V至至7V的管子温度系的管子温度系数非常小。数非常小。动态电阻动态电阻rz 指稳压管两端的电压变化与电流变化之比。曲线越陡，动态电阻指稳压管两端的电压变化与电流变化之比。曲线越陡，动态电阻愈小，稳压管的稳压性能愈好。愈小，稳压管的稳压性能愈好。第44页/共46页接法：接法：反接反接电阻电阻R的作用：的作用：限流限流RL代表：代表：负载负载RL IO IR VO IZ IR VO 工作区：工作区：反向击穿反向击穿3、稳压管的基本电路、稳压管的基本电路第45页/共46页感谢您的观看。第46页/共46页