模电基础学习(二)__二极管
半导体二极管
常见结构
将PN结用外壳封装起来,由P区引出的电极为阳极,由N区引出的电极为阴极。
图1 二极管的几种常见结构
(a)是点接触型二极管。适用于高频电路和小功率整流。
(b)是面接触型二极管。只能在较低频率下工作,一般作为整流管。
©是平面二极管。结面积大的可用于大功率整流,结面积小的可用于脉冲数字电路中的开关管。
(d)是二极管符号。
伏安特性
与PN结一样,二极管具有单向导电性,在近似分析时,仍然用PN结的电流方程式来描述二极管的伏安特性。
只有在正向电压足够大时,正向电流才从零随端电压按指数规律增大。使二极管开始导通的临界电压称为开启电压Uon,当二极管外加反向电压足够大时,反向电流为IS。反向电压太大将使二极管击穿。
图2 二极管的伏安特性
在环境温度升高时,二极管的特性曲线移向虚线部分,可见,二极管的特性对温度很敏感。
主要参数
1、最大整流电流IF
IF是二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流,若超过此值,则将因结温升过高而烧坏(所以此值与散热条件有关)。
2、最高反向工作电压UR
UR是二极管工作时允许外加的最大反向电压,超过此值,二极管可能因反向击穿而损坏。通常UR为击穿电压U(BR)的一半。
3、反向电流IR
IR是二极管未击穿时的反向电流。IR愈小,二极管的单向导电性愈好,IR对温度非常敏感。
4、最高工作频率FM
FM是二极管工作的上限截止频率。超过此值时,二极管将不能很好的表现单向导电性。
等效电路
如图3,图中粗实线为折线化的伏安特性,虚线表示实际伏安特性,下边为等效电路。
图3 二极管的等效电路
图(a)所示的表明二极管导通时正向压降(二极管能够导通的正向最低电压,一旦导通,基本不变)为零,截止时反向电流为零,称为理想二极管,用空心的二极管符号来表示。
图(b)所示的表明二极管导通时正向压降为常量Uon,截止时反向电流为零。外加正向电压等于Uon时,导通;小于Uon时,截止。
图©所示的折线化伏安特性表明当二极管正向电压U大于Uon后其电流I与U成线性关系,直线斜率为1/rD。二极管截止时反向电流为零。因此等效电路是理想二极管串联电压源U。和电阻rD,且 rD = ΔU/ΔI。
二极管的微变等效电路
当二极管外加直流正向电压时,将有一直流电流,曲线上反映该电压和电流的点为Q点,如图4。若在Q点基础上外加微小的变化量,则可以用以Q点为切点的直线来近似微小变化时的曲线,如图1.2.7( a)所示﹔即将二极管等效成一个动态电阻rd,且 rd = uD/iD,如图(b)所示,称之为二极管的微变等效电路。利用二极管的电流方程可以求出rd。
图4 二极管的微变等效电路
图5 二极管的电流方程
式中iD是Q点的电流,Q点越高,rd的数值越小。
稳压二极管
稳压管在反向击穿时,在一定的电流范围内,端电压几乎不变,表现出稳压特性。广泛应用于稳压电路与限幅电路之中。
伏安特性
稳压器的伏安特性与普通二极管相类似,如图6(a),正向特性曲线为指数曲线。当稳压管外加反向电压的数值大到一定程度时则击穿,击穿区的曲线很陡,几乎平行于纵轴,表现其具有稳压特性。只要控制反向电流不超过一定值,管子就不会因过热而损坏。
稳压管的符号及等效电路如图6(b)所示。在等效电路中,二极管D1表示稳压管加正向电压与虽加反向电压但未击穿时的情况,理想二极管、电压源UZ和电阻rd的串联支路表示稳压管反向击穿时的等效电路。
图6 稳压二极管的伏安特性和等效电路
其他二极管
其他还有发光二极管,光电二极管等;
图7 发光二极管
图8 光电二极管
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