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二极管工作原理-二极管稳压电路分析

返回列表来源:壹芯微 发布日期 2019-08-31 浏览:-

二极管的英文是diode。二极管的正。负二个端子,(如图)一端称为阳极,一端称为阴极。电流只能从阳极向阴极方向移动。二极管是由半导体组成的器件。半导体无论那个方向都能流动电流。

二极管工作原理

早期的真空电子二极管;它是一种能够单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子,这种电子器件按照外加电压的方向,具备单向电流的传导性。一般来讲,晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层,构成自建电场。当外加电压等于零时,由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态,这也是常态下的二极管特性。早期的二极管包含“猫须晶体(“Cat‘s Whisker” Crystals)”以及真空管(英国称为“热游离阀(Thermionic Valves)”)。现今最普遍的二极管大多是使用半导体材料如硅或锗。

二极管的特性:

(1)二极管的正向特性:

在电子电路中,将二极管的正极接在高电位端,负极接在低电位端,二极管就会导通,这种连接方式,称为正向偏置。当加在二极管两端的正向电压很小时,二极管仍然不能导通,流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值(这一数值称为“门槛电压”,锗二极管约为0.2V,硅二极管约为0.6V)以后,二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变(锗二极管约为0.3V,硅二极管约为0.7V),称为二极管的“正向压降”。

(2)二极管反向特性:

在电子电路中,二极管的正极接在低电位端,负极接在高电位端,此时二极管中几乎没有电流流过,此时二极管处于截止状态,这种连接方式,称为反向偏置。二极管处于反向偏置时,仍然会有微弱的反向电流流过二极管,称为漏电流。当普通二极管两端的反向电压增大到某一数值,反向电流会急剧增大,二极管将失去单方向导电特性,二极管会反向热击穿而损坏。

二极管工作原理

(3)稳压二极管:

稳压二极管是一个特殊的面接触型的半导体硅二极管,其伏安特性曲线与普通二极管相似,但反向击穿曲线比较陡,稳压二极管工作于反向击穿区,由于它在电路中与适当电阴配合后能起到稳定电压的作用,故称为稳压管。稳压管反向电压在一定范围内变化时,反向电流很小,当反向电压增高到击穿电压时,反向电流突然猛增,稳压管从而反向击穿,此后,电流虽然在很大范围内变化,但稳压管两端的电压的变化却相当小,利于这一特性,稳压管访问就在电路到起到稳压的作用了。而且,稳压管与其它普通二极管不同,反向击穿是可逆性的,当去掉反向电压稳压管又恢复正常,但如果反向电流超过允许范围,二极管将会发热击穿而损坏,所以要用电阻限制其电流。

(4)击穿:

外加反向电压超过某一数值时,反向电流会突然增大,这种现象称为电击穿。引起电击穿的临界电压称为二极管反向击穿电压。电击穿时二极管失去单向导电性。如果二极管没有因电击穿而引起过热,则单向导电性不一定会被永久破坏,在撤除外加电压后,其性能仍可恢复,否则二极管就损坏了。因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。

二极管是一种具有单向导电的二端器件,有电子二极管和晶体二极管之分,电子二极管现已很少见到,比较常见和常用的多是晶体二极管。二极管的单向导电特性,几乎在所有的电子电路中,都要用到半导体二极管,它在许多的电路中起着重要的作用,它是诞生最早的半导体器件之一,其应用也非常广泛。

二极管的管压降:硅二极管(不发光类型)正向管压降0.7V,锗管正向管压降为0.3V,发光二极管正向管压降会随不同发光颜色而不同。主要有三种颜色,具体压降参考值如下:红色发光二极管的压降为2.0--2.2V,黄色发光二极管的压降为1.8—2.0V,绿色发光二极管的压降为3.0—3.2V,正常发光时的额定电流约为20mA。二极管的电压与电流不是线性关系,所以在将不同的二极管并联的时候要接相适应的电阻。

二极管的工作原理:

二极管工作原理(正向导电,反向不导电)晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结,在其界面处两侧形成了空间电荷层,并且建有自建电场,当不存在外加电压时,因为p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当产生正向电压偏置时,外界电场与自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。(也就是导电的原因)当产生反向电压偏置时,外界电场与自建电场进一步加强,形成在一定反向电压范围中与反向偏置电压值无关的反向饱和电流。(这也就是不导电的原因)晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结,在其界面处两侧形成空间电荷层,并建有自建电场当不存在外加电压时,由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时,外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。

二极管工作原理

二极管工作原理简单来说就是PN结,二极管一端是P也就是空穴型半导体,其中电子不足,有很多缺电子构成的“坑”,加电场后,这些坑会移动(其实是旁边的电子过来填坑,那个电子过来之后形成了新的坑)

另一端是N也就是电子型半导体,其中电子略微有点过多,形成了一些可以自由移动的电子,P和N接触在一起之后,接触部位的N中的电子会去填P中的坑,形成一个没有空穴也没有电子的层,称为耗尽,加上正向电压之后,电场把电子从P的方向朝N赶,这样填了P中的坑的N的电子会被赶回去,耗尽层消失,此时可以正常通电,加上反向电压之后,电场把电子从N的方向朝P赶,这样更多的坑会被N的电子填掉,耗尽层加厚,产生很厚的一层无法导电的区域,无法通电。

稳压二极管工作原理:

最简单的稳压电路由稳压二极管组成如图所示。从稳压二极管的特性可知,若能使稳压管始终工作在它的稳压区内,则VO.基本稳定在Vz左右。

二极管工作原理

当电网电压升高时,若要保持输出电压不变,则电阻器R上的压降应增大,即流过R的电流增大。这增大的电流由稳压二极管容纳,它的工作点将由b点移到C点,由特性曲线可知此时Vo≈Vz基本保持不变。

二极管工作原理

若稳压二级管稳压电路负载电阻变小时,要保持输出电压不变,负载电流要变大。由于VI保持不变,则流过电阻R的电流不变。此时负载需要增大的电流由稳压管调节出来,它的工作点将由b点移到a点。所以,稳压管可认为是利用调节流过自身的电流大小(端电压基本不变)来满足负载电流的改变,并和限流电阻R配合将电流的变化转化为电压的变化以适应电网电压的变化。

二极管工作原理

稳压二极管工作原理一种用于稳定电压的单结二极管。它的伏安特性,稳压二极管符号如图1所示。结构同整流二极管。加在稳压二极管的反向电压增加到一定数值时,将可能有大量载流子隧穿伪结的位垒,形成大的反向电流,此时电压基本不变,称为隧道击穿。当反向电压比较高时,在位垒区内将可能产生大量载流子,受强电场作用形成大的反向电流,而电压亦基本不变,为雪崩击穿。因此,反向电压临近击穿电压时,反向电流迅速增加,而反向电压几乎不变。这个近似不变的电压称为齐纳电压(隧道击穿)或雪崩电压(雪崩击穿)。

二极管工作原理

图1 稳压二极管伏安特性曲线

二极管工作原理

图2 等效电路理想模式

二极管工作原理

图3 理想模式导通状态常见的两种稳压电路接法

二极管工作原理

图4 实际模式导通状态

二极管工作原理

图5 实际模式导通状态常见的两种稳压接线电路

稳压二极管的主要参数

1.Vz— 稳定电压。

指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有改变。由于制造工艺的差别,同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。例如,2CW51型稳压管的Vzmin为3.0V, Vzmax则为3.6V。

2.Iz— 稳定电流。

指稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。低于此值时,稳压管虽并非不能稳压,但稳压效果会变差;高于此值时,只要不超过额定功率损耗,也是允许的,而且稳压性能会好一些,但要多消耗电能。

3.Rz— 动态电阻。

指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。该比值随工作电流的不同而改变,一般胜作电流愈大,动态电阻则愈小。例如,2CW7C稳压管的工作电流为5mA时,Rz为18Ω;工作电流为1OmA时,Rz为8Ω;为20mA时,Rz为2Ω ; 》 20mA则基本维持此数值。

4.Pz— 额定功耗。

由芯片允许温升决定,其数值为稳定电压Vz和允许最大电流Izm的乘积。例如2CW51稳压管的Vz为3V,Izm为20mA,则该管的Pz为60mWo

5.Ctv— 电压温度系数。

是说明稳定电压值受温度影响的参数。例如2CW58稳压管的Ctv是+0.07%/°C,即温度每升高1°C,其稳压值将升高0.07%。

6.IR— 反向漏电流。

指稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流。例如2CW58稳压管的VR=1V时,IR=O.1uA;在VR=6V时,IR=10uA。

选择二极管的基本原则:

1.要求导通电压低时选锗管;要求反向电流小时选硅管。

2.要求导通电流大时选面结合型;要求工作频率高时选点接触型。

3.要求反向击穿电压高时选硅管。

4.要求耐高温时选硅管。

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