二极管的结构及类型

I / mA
60 40 死区 20 电压
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。
0 0.4 0.8 U / V
正向特性
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2）反向特性 二极管加反向电压，反 向电流很小； 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；
I / mA
–50 –25 0U / V
击穿 – 0.02
Ui US 15 U D (U i R2 ) (10 50 103 ) 5V R1 R2 150 103
23
24
(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。 15
5）额定功耗 PZ
额定功率决定于稳压管允许的 温升。 PZ = UZIZ PZ 会转化为热能，使稳压管发热。 电工手册中给出 IZM，IZM = PZ/UZ
IZ
+20 V
R = 1.6 k
+ VDZ
UZ = 12 V IZM = 18 mA
电压 U(BR) – 0.04
反向饱 和电流
反向特性
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；
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。 6
3）伏安特性表达式(二极管方程)
I I S (e
U
UT
1)
IS ：反向饱和电流
Ui 10 100 103 Ω 100 UD R1 6.7V 3 R1 R2 150 10 Ω 15
②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
US I DS R1 50 106 100 103 5V
(a)2DW7 稳压管外形图
(b)内部结构示意图
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4. 使用稳压管需要注意的几个问题： 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； 2）稳压管应与负载电阻 RL 并联；
IR
+
UI
R IZ
IO
VDZ
+
RL UO
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。
一、二极管的结构及类型 1.二极管的结构
PN结+管壳+引线
1
1.二极管的结构
金属触丝 N型锗片 阳极引线 阴极引线
阳极引线 二氧化硅保护层
N型硅
P 型硅
外壳
(a) 点接触型
铝合金小球 N 型硅 阳极引线 PN 结 金锑合金 底座
阴极引线
(c) 平面型
阳极
D
(d) 符号
阴极
阴极引线
(b) 面接触型
2
[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？ 20 12 [解] I Z A 5 103 A 5 mA 1.6 103
IZ < IZM ，电阻值合适。
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3. 2DW7 系列稳压管结构 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 %/℃
–0.01 0 0.2 –0.02
0.4
U/V
击穿电压 U(BR) 0.004 –
死区电压
硅管的伏安特性
锗管的伏安特性
4
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。
UT ：温度的电压当量 在常温(300 K)下， UT 26 mV
二极管加反向电压，即 U < 0，且 |U| >> UT ，则 I IS。
二极管加正向电压，即 U > 0，且 U >> UT ，则
U
e 1 ，可得 I I Se 基本上成指数关系。
UT
U
UT
，说明电流 I 与电压 U
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 IDS 为多少？ (a) (b) －U + －U +
＋
D
Ui －
R1
R2
＋
D
Ui －
R1
R2
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解：①无光照时，光电管的暗电流为零，所以
7
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。
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2. 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
＋ ui －
R ＋ E － － uo
(a)
ui E 0 uo E 0 t t
(b)
12
1.伏安特性
I/mA
+
三、 稳压二极管
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。
DZ
正向
U
O
+
阴极 阳极
U/V
+
(b) 稳压管符号
D1
I
D2
反向
Uon rd
(a) 稳压管伏安特性
(c) 稳压管等效电路
符号：
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（2）光电二极管的伏安特性及等效电路
i
i
＋ E －
i
＋ E －
+UD－ R
+ UD －
R
① ②
0
u
有光照的正 向电压电路
无光照的正 向电压电路 i i ＋ R UD －
③
④
－
E +
+ UD － 有光照的反 向电压电路
R
有光照无偏置 的光电池电路
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3. 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。
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2. 稳压管的参数主要有以下几项： 1）稳定电压 UZ 稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。 2）稳定电流 IZ 正常工作的参考电流。I < IZ 时 ，管子的稳压性能差； I > IZ ，只要不超过额定功耗即可。 3）动态电阻 rZ IZ = 5 mA U Z rZ rZ 16 I Z IZ = 20 mA rZ 愈小愈好。对于 rZ 3 同一个稳压管，工作电 流愈大， rZ 值愈小。 IZ/mA 14
3
二、二极管的伏安特性和等效电路 1.二极管的伏安特性
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。
I / mA
60 40 20 –50
I / mA
15
正向特性
– 50 – 25
10 5
–25
– 0.002 0 0.5 1.0 U / V
反 向 特 性
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。
符号
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2. 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。
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) UZ > 7 V, U > 0；UZ < 4 V，U < 0； (2) UZ 在 4 ~ 7 V 之间，U 值比较小，性能比较稳
定。 2CW17：UZ = 9 ~ 10.5 V，U = 0.09 %/℃ 2CW11：UZ = 3.2 ~ 4.5 V，U = (0.05 ~ 0.03)%/℃
通常希望 IR 值愈小愈好。
4）最高工作频率 fM fM 值主要 决定于 PN 结结电容的大小。结电容愈大， 9 二极管允许的最高工作频率愈低。
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性关系
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4. 二极管电路分析
2. 二极管的类型
按半导体材料分：有硅二极管、锗二极管等。 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。
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S 1 ＋ E1 － 2 ＋ E2 － D R ＋ E3 －
＋
u －
i ＋ D
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 =10sint V，即UIM E。试画出输出电压 uo的波形。 解：当ui E0，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 E0，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。
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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。