福建中职学校—二极管基本知识（理解二极管）2

2023 第一章 二极管的基本知识 PART 01 二极管的特性曲线 2 二极管的特性曲线 正向特性 当正向电压较小时，二极管呈现的电阻很大，基本上处于截止状态，这个区域常称为正向特性的“死区”，一般硅二极管的“死区”电压约为0.5V，锗二极管约为0.2V。 当正向电压超过“死区”电压后，二极管的电阻变得很小，二极管处于导通状态，二极管导通后两端电压降基本保持不变，硅二极管约为0.7V，锗二极管约为0.3V。如图所示。 二极管的特性曲线 反向特性 （1）反向截止区 二极管加反向电压时，仍然会有反向电流流过二极管，称为漏电流。漏电流基本不随反向电压的变化而变化，称为反向截止区。 （2）反向击穿区 当加到二极管两端的反向电压超过某一规定数值时，反向电流突然急剧增大，这种现象称为反向击穿现象。实际应用时，普通二极管应避免工作在击穿范围。如图所示。 PART 02 伏安特性近似处理 5 理想二极管模型 理想二极管模型 正向偏置（导通）时：UD=0，RD=0。 反向偏置（截止）时：ID=0，RD→无穷。 恒压降模型 恒压降模型 正向偏置（导通）时：UD=0.7V（或0.3V）。 反向偏置（截至）时：ID=0，RD→无穷。 PART 03 二极管的使用常识 8 二极管的型号 第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 用“2”表示二极管 A——锗N型 B——锗P型 C——硅N型 D——硅P型 P——普通管 Z——整流管 W——稳压管 U——光电管 材料和极性 类型 第五部分 规格、产品序号 二极管的主要参数 IFM（最大整流电流）：通常称为额定工作电流，是二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大正向电流值。因为电流流通过一极管时就要发热。如果正向电流超过此值，二极管就会有烧坏的危险。 IR（反向饱和电流）：是指在二极管加上规定反向偏置电压的情况下，通过二极管的反向电流值。反向电流大，说明管子的单向导电性差。反向电流受温度影响较大，温度越高，反向电流越大。硅管的反向电流在纳安(nA)级；锗管在微安(uA)级，因此在高温下硅二极管比锗二极管的稳定性好。 二极管的主要参数 URM（最高反向工作电压）：通常称为额定工作电玉，是二极管在正常工作时所能承受的最大反向工作电压值(也称为耐压)。为了确保二极管安全工作。通常取反向击穿电压的一半作为URM，工作实际值不能超过此值。 fM（最高工作频率）：二极管所能承受的最高工作频率。主要受到PN结的结电容限制。通过PN结的交流电频率高于此值。二极管将不能正常工作。 PART 04 实战演练 12 自我检测 1.硅二极管正偏时，正偏电压0.7V和正偏电压0.5 V时，二极管呈现的电阻值（    ）。 A、相同 B、不相同 C、无法判断 2.硅二极管导通时的管压降约为（   ） A、0.7V B、0.3V C、0.5V D、0.2V B A 自我检测 3.二极管反向击穿后立即烧毁。（    ） 4.二极管反向击穿电压大小与温度有关，温度升高，反向击穿电压增大。（    ） 5.只要在二极管两端加正向电压，二极管就一定会导通。（ ） × × × 计算分析 二极管导通时一般用电压源UD=0. 7 V(硅管，如是锗管用0.3 V)代替,或近似用短路线代替。 二极管截止时，一般将二极管断开，即认为二极管反向电阻为无穷大。 理想二极管 导通时正向压降为0，截止时反向电流为0。 计算分析 定性分析:判断二极管的工作状态：导通、截止 分析方法:将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。 若V阳>V阴或UD为正(正向偏置)，二极管导通 若V阳<V阴或UD为负(反向偏置)，二极管截止 实战演练1 例：电路如图，求：UAB D 6V 12V 3k B A UAB + – 【分析】取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。 V阳 =－6 V ， V阴 =－12 V V阳>V阴 二极管导通 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =－ 6V 在这里，二极管起钳位作用。 将电路中某点电位值钳制在一个固定数值上，而不受负荷变动影响的电路称为钳位电路。 二极管钳位电路 当输入端A点电位VA<V+，二极管VD正偏导通，若忽略二极管的管压降，VF=VA。 二极管钳位电路 当输入端A点电位VA>V+，二极管VD反偏截止，电阻R上无电流通过，VF=V+。 二极管钳位电路 在这里，二极管VD1起钳位作用，把F端的电位钳位在3V; VD2起隔离作用，把输入端B和输出端F隔离开来。 实战演练2 例：电路如图，求：UAB及ID2 【分析】取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。 V1阳 =－6 V ， V2阳 =0V ，V1阴 =V2阴 =－12 V VD1 =6 V ， VD2 =12V ∵VD2>VD1 ∴D2优先导通，D1截止 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =0V 流过D2的电流为ID2=12/3=4mA PART 05 二极管限幅电路 22 二极管限幅电路 当ui>Us时，二极管导通，uo=Us 当ui<Us时，二极管截止，uo=ui 二极管限幅电路 该电路使输入信号上半周电压幅度被限制在Us值，称为上限幅电路, Us称为上门限电压。 二极管限幅电路 将Us、VD极性均反向连接，可组成下限幅电路。 实战演练1 例：电路如图，已知：ui=18sinwtV，二极管是理想的，试画uo波形。 ui>8 V ，二极管导通 ，uo=8 V ui<8 V ，二极管截止 ，uo=ui 【分析】二极管阴极电位为8V，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。 实战演练2 例：电路如图，已知：E=5V,ui=10sinwtV，二极管是理想的，试画uo波形。 ui>5V ，二极管导通 ，uo=5 V ui<5 V ，二极管截止 ，uo=ui 【分析】二极管阴极电位为5V，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。 实战演练3 例：电路如图，已知：E=5V,ui=10sinwtV，二极管是理想的，试画uo波形。 ui>-5V ，二极管导通 ，uo=ui ui<-5 V ，二极管截止 ，uo=-5V 【分析】二极管阴极电位为-5V，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。 解题说明 求解含有理想二极管电路时，可先判断二极管导通还是截止。 若二极管导通，则用短路导线替代二极管VD；若二极管截止，则将二极管开路。 然后按一般线性电路分析计算。 PART 06 其他类型二极管 稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管 30 稳压二极管的图形符号 稳压二极管又称为齐纳二极管，是一种特殊的面接触型二极管，用于稳压（或限压）、工作于反向击穿状态的二极管。 反向击穿 包括电击穿和热击穿两种机制 电击穿 当反向电压超过它所能承受的范围时，它就击穿导通，使它两端的电压保持在一定的幅度。外部电压卸掉后，它就恢复成普通二极管，具有单向导电性能。 热击穿 热击穿会把二极管里的PN结烧毁，从而二极管就失去单向导电的能力，或烧毁内部而不再导通，（只要过流，就会发热，从而产生热击穿。） 32 稳压二极管的图形符号 其外形及图形符号如图所示。 稳压二极管的伏安特性 当反向电压达到VZ时，即使电压有一微小的增加，反向电流也会增加很多（反向击穿曲线很徒直），这时，二极管处于击穿状态，其两端电压基本保持不变（稳压区）。 如果把击穿电流通过电阻限制在一定的范围内，管子就可以长时间在反向击穿状态下稳定工作。而且，稳压二极管的反向击穿特性是可逆的，去掉反向电压，稳压二极管又恢复常态。如图所示 。 稳压二极管就是利用电击穿的原理 稳压二极管的主要参数 1.稳定电压UZ：稳压二极管的反向击穿电压。 2.稳定电流IZ：指稳压二极管工作在稳压状态时流过的电流。当稳压二极管流过的电流小于最小稳定电流IZmin时，没有稳压作用，大于最大稳压电流IZmax时，管子会因过流而损坏。 实战演练 1.现有两只稳压管，他们的稳定电压分别为6V和8V，正向导通电压为0.7V。试问： （1）若将他们串联相接，可得到几种稳压值？各为多少？ （2）若将他们并联相接，可得到几种稳压值？各为多少？ 发光二极管的图形符号 发光二极管是利用某些材料有电流流过时会发出不同波长的光而制成的，可以直接将电能转换成光能的发光器件。发光二极管经常用来作为指示、装饰等显示作用，在产品设计中经常使用到。 发光二极管与普通二极管一样也是由PN结构成，同样具有单向导电性。实物及图形符号如图所示。 发光二极管的实物图 图形符号及文字符号 发光二极管的检测 1）极性判别 方法1：由管子的引脚长短识别，电极长的引脚为正极，短的引脚为负极。 方法2：用指针式万用表R×10k电阻挡测量，测得电阻小的（约几十千欧），其黑表笔接的引脚是正极，红表笔接的引脚是负极，同时可仔细观察到发光二极管发出的微弱光线。 发光二极管的检测 2）质量的简易判别 方法1：将指针式万用表置于R×10k电阻挡，测量其正向电阻应在几十千欧之内，反向电阻应大于几百千欧（通常为无穷大）为正常。 方法2：将发光二极管长引脚（正极）插入万用表的NPN型“c极”插孔，短引脚（负极）插入“e极”插孔，则发光二极管正常发光。 发光二极管的检测 3）正、反电压降测量 将数字万用表置于二极管挡，红表笔接二极管正极，黑表笔接负极，显示屏显示电压在1.8V左右，调换表笔再测试，显示为1V，则表示被测管合格。 实战演练 例：电路如图所示，已知某发光二极管的导通电压UL=1.6V，正向电流为5～20mA时才能发光。试问：（1）开关处于何种位置时发光二极管可能发光？（2）为使发光二极管发光，电路中R的取值范围为多少？ 实战演练 解：（1）当开关断开时发光二极管才有可能发光。当开关闭合时发光二极管的端电压为零，因而不可能发光。（2）因为ILmin=5mA，ILmax=20mA，所以 Rmax= Rmin= = = kΩ=0.22 kΩ kΩ=0.88kΩ R的取值范围为220～880Ω 数码管 数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元，也就是多一个小数点（DP）这个小数点可以更精确的表示数码管想要显示的内容。 数码管 数码管的各字段的名称，分别用a、b、c、d、e、f、xh(dp)表示。公共端用com表示，为了进一步区分，一般用K表示共阴极数码管，A表示共阳极数码管。 数码管（以共阴极为例） 共阴极数码管是把所有led的阴极连接到共同接点COM，而每个led的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）。其中8个led分别与概述图中的a~dp各段相对应，通过控制各个led的亮灭来显示数字。 光电二极管图形符号及文字符号 利用某些对光敏感的半导体制成的二极管。光的强弱会引起反向电流的变化，换句话说，反向电流的大小，表明了外界光的强弱。实物与图形符号如图所示。 光电二极管的工作原理及特性 光电二极管是在反向电压作用下工作的，它的正极接较低的电平，负极接较高的电平。工作电路如图所示。没有光照时，反向电流极其微弱，称为暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为亮电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，由此可以把光信号转换成电信号，故将其称为光电传感器件。 光电二极管工作电路 变容二极管的图形符号 变容二极管主要是利用PN结内耗尽层的空间电荷引起的。 由于在耗尽层内N区积聚了正电荷，P区积聚了负电荷，形成了与平板电容器结构相似的形式。 当外加电压变化时，空间电荷的增加和减少相当于平板电容的冲放电。因此显示了电容效应。变容二极管就是利用这一特点而制造的。 自建场 平衡时阻挡层形成 耗尽区 P区 空间电荷区 N区 变容二极管的图形符号 变容二极管像稳压二极管一样，工作于反向偏置状态。实物及图形符号如图所示 。 本节内容结束！ 答疑时间到 50 $$