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二极管及其应用

2016-12-17 16:51:39 | 人围观 | 评论:

   二极管的符号

 

     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。

 

    特点工作于反偏状态下,它的反向电流与光照成正比。





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