免费在线 一、利用二极管整流 1. 二极管的结构 PN 结 + 管壳 + 引线 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 金属触丝 阳极引线 N 型锗片 阴极引线 外壳 (a) 点接触型 1. 二极管的结构分类 按 PN 结结构分： 点接触型： 不允许通过较大的电流，因结电容小， 可在高频下工作。 面接触型： PN 结的面积大，允许流过的电流大， 但只能在较低频率下工作。 3 按用途划分： 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。 阴极 阳极 (d) 符号 D 4 在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电 流，则 I = f ( U ) 之间的关系曲线 – 25 – 50 I / mA U / V 正向特性 硅管的伏安特性 死区电压 击穿电压 U (BR) 反 向 特 性 – 50 I / mA U / V 0.2 0.4 – 25 5 10 15 – 0.01 – 0.02 锗管的伏安特性 0 二、二极管的伏安特性和等效电路 1. 二极管的伏安特性 5 1 ）正向特性 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 死区电压 。范 围称 死区。死区电压 与材料和温 度有关，硅管约 0.5 V 左右，锗 管约 0.1 V 左右。 正向特性 死区 电压 60 40 20 0 0.4 0.8 I / mA U / V 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 增大。 6 2 ）反向特性 – 0.02 – 0.04 0 – 25 – 50 I / mA U / V 反向特性 当电压超过零点几伏后， 反向电流不随电压增加而增 大，即饱和； 二极管加反向电压，反 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 流会突然增大； 反向饱 和电流 这种现象称 击穿 ，对应电压叫 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 低后，还可恢复正常。 击穿 电压 U (BR) 7 3 ）伏安特性表达式 ( 二极管方程 ) ) 1 e ( S ? ? T U U I I I S ：反向饱和电流 U T ：温度的电压当量 在常温 ( 300 K ) 下， U T ? 26 mV 二极管加反向电压，即 U 0 ，且 U U T ，则 I ? ? I S 。 二极管加正向电压，即 U 0 ，且 U U T ，则 ，可得 ，说明电流 I 与电压 U 基本上成指数关系。 1 e ?? T U U T U U I I e S ? 8 结论： 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， 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 电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管 属于非线. 二极管的主要参数 1 ） 最大整流电流 I F 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 U R 工作时允许加在二极管两端的反向电压值 。通常将 击穿电压 U BR 的一半定义为 U R 。 3 ）反向电流 I R 通常希望 I R 值愈小愈好。 4 ）最高工作频率 f M f M 值主要 决定于 PN 结结电容的大小。 结电容愈大， 二极管允许的最高工作频率愈低。 10 3. 二极管的等效电路 由伏安特性折线化得到等效电路 (a) 理想二极管 (b) 正向电压恒定的二极管 (b) (c) 正向电压与电流呈线 － S 1 2 D － ＋ u R 例 1 ：电路如图所示， E 1 =7V ， E 2 =5V ， E 3 =6V 。设二极管的导通电压 U on =0.6V , 不计正向电阻 r d 时，分别估算 开关在位置 1 和位置 2 的输出电压 U O 的值。 解：当开关置于位置 1 时，二极管因 加反向电压而处于截止状态，所以输出 U O = E 3 =6V 。 当开关置于位置 2 时，二极管因加正 向电压而处于导通状态，所以输出电压 U O = E 2 + U on ≈(5+0.6)V=5.6V 。 4. 二极管电路分析 12 例 2 电路如图 (a) 所示，设二极管为理 想二极管，且直流电压 E=5V ，交流电压 u i =10sin ? t V ，即 U IM ? E 。试画出输出电压 u o 的波形。 解：当 u i ? E ? 0 ，即 u i ? E 时，二极管截 止，反向电流为零。所以，此时输出电压 为 u o = E 。 当 u i ? E ? 0 ，即 u i ? E 时，二极管导通， 正向压降为零。所以，此时输出电压为 u o = u i 。故输出电压 uo 的波形如图 (b) 所示。 ＋ E － u o ＋ － R D ＋ u i － i u o u i E E t t 0 0 (a) (b) 13 一种特殊的面接触型半 导体硅二极管。 稳压管工作于反向击穿区。 I/ mA U/ V O + ? 正向 ? + 反向 ? U (b) 稳压管符号 (a) 稳压管伏安特性 ? I 三、 稳压二极管 D 1 D 2 U on r d 阴极 阳极 D Z + (c) 稳压管等效电路 1. 伏安特性 14 2. 稳压管的参数主要有以下几项： 1 ）稳定电压 U Z 3 ）动态电阻 r Z 2 ）稳定电流 I Z Z Z Z I U r ? ? ? 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。 I I Z 时 ，管子的稳压性能差； I I Z ，只要不超过额定功耗即可。 r Z 愈小愈好。对于 同一个稳压管，工作电 流愈大， r Z 值愈小。 I Z = 5 mA r Z ? 16 ? I Z = 20 mA r Z ? 3 ? I Z /mA 15 4 ）电压温度系数 ? U 稳压管电流不变时，环境温度每变化 1 ℃ 引起稳定 电压变化的百分比。 ( 1 ) U Z 7 V , ? U 0 ； U Z 4 V ， ? U 0 ； ( 2 ) U Z 在 4 ~ 7 V 之间， ? U 值比较小，性能比较稳 定。 2CW17 ： U Z = 9 ~ 10.5 V ， ? U = 0.09 %/ ℃ 2CW11 ： U Z = 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 精密稳压源中。 16 5 ）额定功耗 P Z 额定功率决定于稳压管允许的 温升。 P Z = U Z I Z P Z 会转化为热能，使稳压管发热。 电工手册中给出 I ZM ， I ZM = P Z / U Z [ 例 ] 求通过稳压管的电流 I Z 等于多少？ R 是限流电 阻，其值是否合适？ I Z VD Z +20 V R = 1.6 k ? + U Z = 12 V ? I ZM = 18 mA I Z I ZM ，电阻值合适。 [ 解 ] mA 5 A 10 5 A 10 6 . 1 12 20 3 3 Z ? ? ? ? ? ? ? I 17 3. 2DW7 系列稳压管结构 ( a ) 2DW7 稳压管外形图 ( b ) 内部结构示意图 管子内部包括 两个温度系 数相反的二极管对接 在一起。 温度变化时，一个二极管被 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 系数为负值，二者互相补偿， 使 1 、 2 两端之间的电压随温度的 变化很小。 例： 2DW7C ， ? U = 0.005 %/ ℃ 18 VD Z R 4. 使用稳压管需要注意的几个问题： U O I O + I Z I R U I + 1 ） 外加 电源的正极接管子 的 N 区 ，电源的 负极接 P 区 ， 保证管子工作在反向击穿区； R L 2 ）稳压管 应 与 负载电阻 R L 并联 ； 3 ） 必须限制流过稳压管的 电流 I Z ，不能超过规定值 ，以免 因过热而烧毁管子。 19 1.2.4 特殊二极管 1. 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 LED ，符号如 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 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 二极管高，红色的导通电压在 1.6~1.8V 间， 绿色的为 2V 左右。 符号
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