二极管及其应用

2014-12-3 07:53| 编辑:电工学习网| 查看: 13005| 评论: 0

根据半导体的物理原理，可从理论上分析得到PN结的伏安特性的表达式，此式通常称为二极管方程，即：

    IS为反向饱和电流
    UT为温度的电压当量，在常温（300K）下， UT=26mV。
    当U>0时，且U>>UT,则电流I与U基本成指数关系。
    当U<0时，且U>>UT,则电流I=-IS
    1. 最大整流电流IOM
    二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。
    2. 反向工作峰值电压URWM
    是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。
    3. 反向峰值电流IRM
    指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。
    4 最高工作频率fM
    是二极管工作的上限频率。它主要由PN结的结电容大小决定。信号频率超过此值时，二极管的单向导电性将变差。应该指出，由于制造工艺的限制，即使是同一型号的器件，其参数的离散性也很大，因此，手册上常常给出参数的范围。另一方面，器件手册上给出的参数是在一定测试条件下测得的，若条件改变，相应的参数值也会变化。
    影响工作频率的原因 —PN 结的电容效应

    结论：
    1. 低频时，因结电容很小，对 PN 结影响很小。
        高频时，因容抗增大，使结电容分流，导致单向导电性变差。
    2. 结面积小时结电容小，工作频率高。
    整流电路
    作用:把交流电转换成脉动直流电。
    分类: 半波整流全波整流桥式整流倍压整流
    1、单相半波整流电路
    单相半波整流电路如图(a)所示波形图如图（b)所示。

(a)电路图

(b)波形图
根据图可知，输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。负载上输出平均电压为

流过负载和二极管的平均电流为

二极管所承受的最大反向电压

2、桥式整流电路
（1）组成：由四个二极管组成桥路

（2）工作原理：
u2正半周时:D1 、D3导通， D2、D4截止

    u2负半周时： D2、D4 导通， D1 、D3截止
    （3）主要参数：
    输出电压平均值:Uo=0.9u2
    输出电流平均值:Io=Uo/Ro=0.9u2 / RL
    流过二极管的平均电流:ID=Io/2
    二极管承受的最大反向电压:

电容滤波
1.电路和工作原理

V 导通时给 C 充电，V 截止时 C 向 RL 放电；滤波后 uo 的波形变得平缓，平均值提高。
1. RL未接入时

2. RL接入（且RLC较大）

   电容滤波电路的特点
    (1) 输出电压 Uo与放电时间常数 RLC 有关。
    RLC 愈大----电容器放电愈慢-----Uo(平均值)愈大。
    一般取(T:电源电压的周期)
    近似估算:Uo=（1.1-1.2）U2。
    (2) 流过二极管瞬时电流很大。
    RLC 越大----Uo越高。
    负载电流的平均值越大----整流管导电时间越短----iD的峰值电流越大。
    (3) 输出特性(外特性)

    输出波形随负载电阻 RL 或 C 的变化而改变, Uo 也随之改变。如: RL 愈小( IL 越大), Uo下降多。
    结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。
    元件选择
    (1) 电容选择: 滤波电容C的大小取决于放电回路的时间常数,RLC愈大, 输出电压脉动就愈小, 通常取RLC为脉动电压中最低次谐波周期的3～5倍, 即

(2) 整流二极管的选择。
正向平均电流为

例：单相桥式电容滤波整流，交流电源频率 f = 50 Hz，负载电阻 RL = 40，要求直流输出电压 UO = 20 V，选择整流二极管及滤波电容。
1. 选二极管

电流平均值：

承受最高反压：

选二极管应满足：

可选：2CZ55C(IF = 1 A，URM = 100 V)或 1 A、100 V 整流桥选用二极管的一般原则是：
2. 选滤波电容

    可选：1000F，耐压 50 V 的电解电容。
    倍压整流电路
    二倍压整流电路
    u2的正半周时：D1导通，D2截止，理想情况下，电容C1的电压充到：
    u2的负半周时：D2导通，D1截止，理想情况下，电容C2的电压充到：

负载上的电压：

    特殊二极管
    1. 稳压二极管的特性
    2. 发光二极管的特性
    3. 光电二极管的特性
    4. 变容二极管的特性
    稳压二极管伏安特性
    稳压管正常工作时加反向电压；稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。

稳压二极管工作原理：ui保障其处于反向击穿状态；R：限流电阻，保证DZ中电流不超过最大稳定电流 IZM；RL：负载电阻

工作原理：
当输入电压ui变化时，如

当负载变化时，如：

    主要参数
    稳定电压UZ:稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压
    电压温度系数:环境温度每变化1度引起稳压值变化的百分数。
    低于6V的稳压管，电压温度系数为负；高于6V的稳压管，电压温度系数为正；而6V左右的管子稳压值受温度变化影响的比较小。
    对于温度变化范围比较大，又要求稳压值的温度稳定性好，可选用具有温度补偿的稳压管。也可以将两个同型号稳压管反向串接起来使用，方可达到目的。
    动态电阻:稳压管电压的变化量与电流变化量的比值。

rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好
    稳定电流 IZ 、最大稳定电流 IZM；最大允许耗散功率 PZM = UZ*IZM
    光电二极管（光敏二极管）
    原理：与PN结二极管相似，但在它的PN结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。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，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。