二极管的结构及类型

1一、二极管的结构及类型1.二极管的结构PN结+管壳+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)面接触型阴极阳极(d)符号D金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(a)点接触型1.二极管的结构3按PN结结构分：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，因结电容小，可在高频下工作。面接触型二极管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。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。按半导体材料分：有硅二极管、锗二极管等。2.二极管的类型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)之间的关系曲线为伏安特性。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50I/mAU/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–50I/mAU/V0.20.4–2551015–0.01–0.02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51）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0.5V左右，锗管约0.1V左右。正向特性死区电压60402000.40.8I/mAU/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。62）反向特性–0.02–0.040–25–50I/mAU/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)73）伏安特性表达式(二极管方程))1e(STUUIIIS：反向饱和电流UT：温度的电压当量在常温(300K)下，UT26mV二极管加反向电压，即U0，且|U|UT，则IIS。二极管加正向电压，即U0，且UUT，则，可得，说明电流I与电压U基本上成指数关系。1eTUUTUUIIeS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性器件。92.二极管的主要参数1）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。2）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。通常将击穿电压UBR的一半定义为UR。3）反向电流IR通常希望IR值愈小愈好。4）最高工作频率fMfM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。103.二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性关系11＋E2－＋E1－＋E3－S12D－＋uR＋E2－＋E1－＋E3－S12D－＋uR例1：电路如图所示，E1=7V，E2=5V，E3=6V。设二极管的导通电压Uon=0.6V,不计正向电阻rd时，分别估算开关在位置1和位置2的输出电压UO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UO=E3=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UO=E2+Uon≈(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ui=10sintV，即UIME。试画出输出电压uo的波形。解：当uiE0，即uiE时，二极管截止，反向电流为零。所以，此时输出电压为uo=E。当uiE0，即uiE时，二极管导通，正向压降为零。所以，此时输出电压为uo=ui。故输出电压uo的波形如图(b)所示。＋E－uo＋－RD＋ui－i＋E－uo＋－RD＋ui－＋E－uo＋－RD＋ui－iuouiEEtt00uouiEEtt00(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/mAU/VO+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D1D2Uonrd阴极阳极DZD1D2UonrdD1D2Uonrd阴极阳极DZ阴极阳极DZ+(c)稳压管等效电路1.伏安特性142.稳压管的参数主要有以下几项：1）稳定电压UZ3）动态电阻rZ2）稳定电流IZZZZIUr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。IIZ时，管子的稳压性能差；IIZ，只要不超过额定功耗即可。rZ愈小愈好。对于同一个稳压管，工作电流愈大，rZ值愈小。IZ=5mArZ16IZ=20mArZ3IZ/mA154）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)UZ7V,U0；UZ4V，U0；(2)UZ在4~7V之间，U值比较小，性能比较稳定。2CW17：UZ=9~10.5V，U=0.09%/℃2CW11：UZ=3.2~4.5V，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。165）额定功耗PZ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。电工手册中给出IZM，IZM=PZ/UZ[例]求通过稳压管的电流IZ等于多少？R是限流电阻，其值是否合适？IZVDZ+20VR=1.6k+UZ=12VIZM=18mAIZIZM，电阻值合适。[解]mA5A105A106.1122033ZI173.2DW7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%/℃18VDZR4.使用稳压管需要注意的几个问题：UOIO+IZIRUI+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；RL2）稳压管应与负载电阻RL并联；3）必须限制流过稳压管的电流IZ，不能超过规定值，以免因过热而烧毁管子。191.2.4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202.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。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。（1）光电二极管在反向电压作用下工作。当无光照时,和普通二极管一样,其反向电流很小,称为暗电流。当有光照时,产生的反向电流称为光电流。照度E越强，光电流也越大。光电流很小,一般只有几十微安,应用时必须放大。符号：21（2）光电二极管的伏安特性及等效电路iu0①②③④＋E－+UD－Ri＋E－+UD－Ri－＋UDRi－E++UD－iR有光照的正向电压电路无光照的正向电压电路有光照的反向电压电路有光照无偏置的光电池电路223.其它二极管特殊用途二极管，除了以上所述外，还有利用PN结的结电容制成的变容二极管；不同掺杂浓度的PN结制成的隧道二极管；利用接触势垒制成的金属—半导体的肖特基二极管，其正向导通电压在0.3~0.4V之间。例：电路如图(a)所示。已知光电二极管的暗电流为零，在一定的光照下，光电流为IDS=50μA，R1=100KΩ，R2=50KΩ，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为多少？＋Ui－R2R1－UD+＋Ui－R2R1－UD+＋Ui－R2R1－UD+IDS＋Ui－R2R1－UD+IDS(a)(b)23解：①无光照时，光电管的暗电流为零，所以V7.615100Ω10150Ω101001033121iDRRRUU②有光照时，光电管的光电流为50μA，等效为恒流源，如图(b)所示，则有V5101001050361DSSRIUV5)1050101501510()(33221SiiDRRRUUUU24