1、1一、二极管的结构及类型一、二极管的结构及类型1.1.二极管的二极管的结构结构PN结结+管壳管壳+引线引线2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3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。点接触型管子中不允许通过较大的电流，因结电容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。小，可在高频下工作。面接触型二极管面接触型二极管 PN 结的面积大，允许流
2、过的电流结的面积大，允许流过的电流大，但只能在较低频率下工作。大，但只能在较低频率下工作。按用途划分：按用途划分：有整流二极管、检波二极管、稳压二有整流二极管、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。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：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4在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流，则流，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.
3、02550I / mAU / V正向特性正向特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性死区电压死区电压击穿电压击穿电压U(BR)反向特性反向特性 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51）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。相应的电压叫相应的电压叫死区电压死区电压。范。范围称围称死区。死区电压死区。死区电压与材料和温与材料和温度有关，硅管约度有关，硅管约 0.5 V 左右，
4、锗左右，锗管约管约 0.1 V 左右左右。正向特性正向特性死区死区电压电压60402000.4 0.8I / mAU / V当正向电压超过死区电压后，当正向电压超过死区电压后，随着电压的升高，正向电流迅速随着电压的升高，正向电流迅速增大。增大。62）反向特性）反向特性 0.02 0.0402550I / mAU / V反向特性反向特性当电压超过零点几伏后，当电压超过零点几伏后，反向电流不随电压增加而增反向电流不随电压增加而增大，即饱和；大，即饱和；二极管加反向电压，反二极管加反向电压，反向电流很小；向电流很小；如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反
5、向电流会突然增大；流会突然增大；反向饱反向饱和电流和电流 这种现象称这种现象称击穿击穿，对应电压叫，对应电压叫反向击穿电压反向击穿电压。击穿并不意味管子损坏，若控制击穿电流，电压降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。低后，还可恢复正常。击穿击穿电压电压U(BR)73）伏安特性表达式）伏安特性表达式( (二极管方程二极管方程) )1e (S TUUIIIS ：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二极管加反向电压，即二极管加反向电压，即 U UT ，则，则 I IS。二极管加正向电压
6、，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 与电压与电压 U 基本上成指数关系。基本上成指数关系。1eTUUTUUIIeS 8结论：结论：二极管具有单向导电性。加正向电压时导通，呈现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，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。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，所以二极管电流变化不呈线性关
7、系，其内阻不是常数，所以二极管属于非线性器件。属于非线性器件。91） 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工作时允许加在二极管两端的反向电压值工作时允许加在二极管两端的反向电压值。通常将。通常将击穿电压击穿电压 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 值主要值主要 决定于决定于 PN 结结电容的大小。结结电容的大小。结电容愈大，结电容愈大，二极管
8、允许的最高工作频率愈低。二极管允许的最高工作频率愈低。10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11 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，分别估算时，分别估算开关在位置开关在位置1和位置和位置2的输出电压的输出电压UO的值。的值。 解：当开关置于位置解：当开关置于位置1时，二极管因时，二极管因加反向电压而处
9、于截止状态，所以输出加反向电压而处于截止状态，所以输出UO =E3 =6V。 当开关置于位置当开关置于位置2时，二极管因加正时，二极管因加正向电压而处于导通状态，所以输出电压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。12 例例2 电路如图电路如图(a)所示，设二极管为理想所示，设二极管为理想二极管，且直流电压二极管，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。试画出输出电压uo的波形。的波形。 解：当解：当ui E0，即，即ui E时，二极管时，二极管截止，反向电流为零。所以，此时输出电截止，反
10、向电流为零。所以，此时输出电压为压为uo =E。 当当ui E 0，即，即ui E时，二极管导通，时，二极管导通，正向压降为零。所以，此时输出电压为正向压降为零。所以，此时输出电压为uo =ui。故输出电压。故输出电压uo 的波形如图的波形如图 (b)所示。所示。(a)(b)13一种特殊的面接触型半一种特殊的面接触型半导体硅二极管。导体硅二极管。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1
11、4 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 IZZZZIUr 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。 正常工作的参考电流。正常工作的参考电流。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 愈小愈好。对于愈小愈好。对于同一个稳压管，工作电同一个稳压管，工作电流愈大，流愈大， rZ 值愈小。值愈小。IZ = 5 mA rZ 16 IZ = 20 mA rZ 3 IZ/mA154）电压温度系数）电压温度系数 U稳压管电流不变时，环境温度
12、每变化稳压管电流不变时，环境温度每变化 1 引起稳定引起稳定电压变化的百分比。电压变化的百分比。 ( (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，性能比较稳值比较小，性能比较稳定。定。 2CW17：UZ = 9 10.5 V， U = 0.09 %/ 2CW11：UZ = 3.2 4.5 V， U = ( (0.05 0.03) )%/( (3) ) 2DW7 系列为温度补偿稳压管，用于电子设备的系列为温度补偿稳压管，用于电子设备的精密稳压源中。精密稳压源中。165）额定功耗）额定功耗 PZ额定功率决定于稳压
13、管允许的额定功率决定于稳压管允许的温升。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 求通过稳压管的电流求通过稳压管的电流 IZ 等于多少？等于多少？R 是限流电是限流电阻，其值是否合适？阻，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 mA5A105A106 . 1122033Z I17 3. 2DW7 系列稳压管结构系列稳压管结构( (a) )2DW7 稳压管外形图稳压管外形图(
14、(b) )内部结构示意图内部结构示意图管子内部包括管子内部包括两个温度系两个温度系数相反的二极管对接数相反的二极管对接在一起。在一起。温度变化时，一个二极管被温度变化时，一个二极管被反向偏置，温度系数为正值；而反向偏置，温度系数为正值；而另一个二极管被正向偏置，温度另一个二极管被正向偏置，温度系数为负值，二者互相补偿，系数为负值，二者互相补偿，使使 1、2 两端之间的电压随温度的两端之间的电压随温度的变化很小。变化很小。例：例： 2DW7C， U = 0.005 %/18VDZR4. 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）外加外加电源的正极接
15、管子电源的正极接管子的的 N 区区，电源的，电源的负极接负极接 P 区区，保证管子工作在反向击穿区；保证管子工作在反向击穿区；RL2）稳压管）稳压管应应与与负载电阻负载电阻 RL 并联并联；3）必须限制流过稳压管的必须限制流过稳压管的电流电流 IZ，不能超过规定值，不能超过规定值，以免，以免因过热而烧毁管子。因过热而烧毁管子。191.2.4 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，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。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可见光发光二极管
16、也称为LED，符号如，符号如图所示。发光颜色目前有红色、绿色、橙图所示。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，红色的导通电压在二极管高，红色的导通电压在1.61.8V间，间，绿色的为绿色的为2V左右。左右。 202. 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。器件。也有可见光和
17、不可见光（如远红外光）之分。其外形与发光管类似。其外形与发光管类似。 21 （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有光照的正有光照的正向电压电路向电压电路 无光照的正无光照的正向电压电路向电压电路 有光照的反有光照的反向电压电路向电压电路 有光照无偏置有光照无偏置的光电池电路的光电池电路 223. 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结结的结电容制成的变容二极管；不同掺杂浓度的的结电容制成的变容二极管；不同掺杂浓度的P
18、N结制成结制成的隧道二极管；利用接触势垒制成的金属的隧道二极管；利用接触势垒制成的金属半导体的肖半导体的肖特基二极管，其正向导通电压在特基二极管，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，光电流为定的光照下，光电流为IDS=50A，R1=100K，R2 =50K，Ui =10V，试问：无光照和有光照两种条件下二极管两端的电压各，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？为多少？ (a)(b)23 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V7 . 61510010150101001033121iD RRRUU 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，等效为恒流源，如图恒流源，如图(b)所示，则有所示，则有V5101001050361DSS RIUV5)1050101501510()(33221SiiD RRRUUUU24
