第二章半导体二极管及其应用电路
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二极管原理及其基本电路二极管是一种最简单的半导体器件,它具有非常重要的功能和应用。
本文将介绍二极管的原理以及其基本电路。
一、二极管的原理二极管是由一种带有p型半导体和n型半导体的材料组成的。
在p-n 结的区域内,因为半导体的材料特性,会形成一个电势垒。
当外加电压的极性与电势垒形成的方向相反时,电势垒将变得更大,称为反向偏置;当外加电压的极性与电势垒形成的方向一致时,电势垒将变得更小,称为正向偏置。
在二极管的工作中,主要有以下几个重要的特性。
1.正向电压特性:当二极管处于正向偏置状态时,在两端加上正向电压时,电势垒逐渐缩小,直到消失。
在这个过程中,二极管的导电性变得很好。
正向电压越大,二极管导通越好。
2.反向电压特性:当二极管处于反向偏置状态时,在两端加上反向电压时,电势垒逐渐增加。
当反向电压超过反向击穿电压时,二极管就会发生击穿,电流急剧增大,此时二极管就会损坏。
3.导通和截止特性:当二极管处于正向偏置状态时,正向电压不超过一定限制时,二极管会导通。
当正向电压超过这个限制时,二极管截止,不导通。
而当二极管处于反向偏置状态时,无论外加电压的大小,其表现都是开路状态,不导通。
二、二极管的基本电路二极管广泛地应用于各种电路中,下面介绍几个常见的二极管基本电路。
1.正向电压特性测试电路:这是一个测试二极管正向电压特性的电路。
它由一个电压源、一个限流电阻和一个二极管组成。
通过改变电压源的电压,可以测量二极管在不同电压下的电流。
当电压逐渐增加时,电流也逐渐增加,直到达到二极管的最大电流。
2.整流电路:整流电路主要用于将交流电转换为直流电。
它由一个二极管和负载组成。
当二极管处于正向偏置状态时,它允许正向电流通过,从而将正半周期的交流信号变为直流信号。
而当二极管处于反向偏置状态时,它阻止反向电流通过。
3.限流电路:限流电路主要用于限制电流的大小。
它由一个电压源、一个电阻和一个二极管组成。
二极管起到了稳压和限流的作用。
面接触型管子的特点是,PN 结的结面积大,能通过较大电流,但结电容也大,适用于低频较低整流电路。
半导体二极管半导体二极管是由一个PN 结构成的二端元件。
其端钮有确定的命名,即一端叫阳极a ,一端叫阴极k 。
1.2 半导体二极管1.2.1 半导体二极管结构和类型(1)点接触型二极管(2)面接触型二极管(3)平面型二极管点接触型管子的特点是,PN 结的结面积小,因而结电容小,主要用于高频检波和开关电路。
既不能通过较大电流,也不能承受高的反向电压。
平面型管子的特点是,PN 结的结面积大时,能通过较大电流,适用于大功率整流电路;结面积较小时,结电容较小,工作频率较高,适用于开关电路。
1.结构2. 分类普通二极管特殊二极管变容二极管发光二极管光电二极管激光二极管二极管稳压二极管稳压光电转换调谐按材料的不同,常用的二极管有硅管和锗管两种;按其用途二极管分为普通二极管和特殊二极管两大类:整流、滤波、限幅、钳位、检波及开关等。
忽略正向导通压降和电阻,二极管相当短路;二极管反向截止时忽略反向饱和电流,反向电阻无穷大,二极管相当开路路。
I S uiU R 二极管是一种非线性元件,其特性就是PN 结的特性,而电流i D 与两端的电压u D 的关系近似为:1.2.2 二极管的伏安特性普通二极管是应用PN 结的饱和区、死区和导通区的特性制成的二端元件。
电路符号为:(1)伏安关系(2)理想二极管)(1-=T D V u S D e I i I S —反向饱和电流;V T —温度的电压当量,当常温(T=300K )时,V T =26mV 。
在正常工作范围内,当电源电压远大于二极管正向导通压降时,可将二极管当作理想二极管处理,其伏安特性如图示。
k a D最大整流电流又称为额定正向平均电流,是指二极管长时间使用时,允许通过的最大正向平均电流。
此值取决于PN 结的面积、材料和散热情况。
1.2.3 二极管的主要电参数1)最大整流电流I F2)最高反向工作电压U R3)最大反向电流I RM I F I RM ui U R 最大反向电流是指二极管加上最高反向工作电压时的反向电流值。