汽車(chē)電工電子技術(shù)課件 任務(wù)2二極管

6.2二極管演講人

6.2.1結(jié)構(gòu)與符號(hào)如圖6.3（a）所示，將一個(gè)PN結(jié)用外殼封裝起來(lái)，從P區(qū)和N區(qū)各引出一根引線，就構(gòu)成了一個(gè)二極管,外殼的材料一般用塑料、玻璃、環(huán)氧樹(shù)脂或金屬。將P區(qū)引出的電極稱(chēng)為二極管的正極或陽(yáng)極，用“+”表示；N區(qū)引出的電極稱(chēng)為二極管的負(fù)極或陰極，用符號(hào)“—”表示。如圖6.3（b）所示，二極管的文字符號(hào)為VD，箭頭代表二極管正向?qū)〞r(shí)的電流方向，它表示二極管具有單向?qū)щ娦?。（a）二極管結(jié)構(gòu)示意圖（b）二極管電路符號(hào)（c）幾種典型的二極管

圖6.3二極管的外形結(jié)構(gòu)與電路符號(hào)圖

6.2.1結(jié)構(gòu)與符號(hào)二極管的種類(lèi)很多，從制作材料來(lái)分，二極管分為硅二極管和鍺二極管；從制作工藝結(jié)構(gòu)來(lái)分，二極管可分為點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型；從用途來(lái)分，可分為整流二極管、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管等等，如圖6.3（c）所示，分別是普通二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管和發(fā)光二極管。二極管的外殼上一般印有符號(hào)表示極性，有的外殼上一端印有灰色的色圈，該色圈表示負(fù)極；有的在外殼一端標(biāo)出一個(gè)色點(diǎn)，有色點(diǎn)的這一端表示二極管的正極；有的整流二極管帶螺紋的一端是負(fù)極。二極管的正、負(fù)極除了可以根據(jù)外殼上的標(biāo)記進(jìn)行判斷外，還可以使用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量來(lái)分辨。

6.2.2伏安特性所謂伏安特性是指加在二極管兩端的電壓與通過(guò)它的電流之間的關(guān)系，如圖6.4所示，以硅管的伏安特性曲線為例來(lái)說(shuō)明當(dāng)二極管兩端的電壓發(fā)生改變時(shí)，電流隨之而來(lái)的變化。在該圖中，可以將曲線分為4段：OA段、AB段、OC段和CD段。AB段稱(chēng)為正向?qū)▍^(qū)，CD段稱(chēng)為反向擊穿區(qū)，此時(shí)二極管的反向電流急劇增大，失去單向?qū)щ娦裕珒啥穗妷鹤兓淮蟆D6.4二極管的伏安特性曲線

6.2.2伏安特性1.死區(qū)（OA段）當(dāng)二極管兩端電壓為零時(shí)，通過(guò)二極管的電流也為零。當(dāng)二極管承受正向電壓時(shí)，在OA段由于外加正向電壓較小，還不足以克服內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙作用，正向電流很小，基本為零，二極管呈現(xiàn)的電阻很大，這一段曲線比較平坦，基本與電壓軸重合，二極管雖然施加了正向電壓，但不導(dǎo)通，將OA段稱(chēng)為死區(qū)，A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓值稱(chēng)為死區(qū)電壓，常溫下硅二極管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺二極管約為0.2V。2.正向?qū)▍^(qū)（AB段）當(dāng)二極管兩端的正向電壓上升到大于死區(qū)電壓時(shí)，外電場(chǎng)的作用將內(nèi)電場(chǎng)基本抵消，正向電流增長(zhǎng)很快，二極管呈現(xiàn)的電阻很小，在電路中相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)。此時(shí)正向電壓微小的增大就會(huì)引起正向電流急劇地增加，電壓與電流的關(guān)系曲線是一條陡直的曲線，將AB段稱(chēng)作正向?qū)▍^(qū)。二極管正向?qū)ê髢啥说碾妷簬缀醪蛔?，將這個(gè)電壓稱(chēng)為正向?qū)妷骸９韫艿膶?dǎo)通電壓約為0.6-0.7V，鍺管的導(dǎo)通電壓約為0.2-0.3V。

6.2.2伏安特性3.反向截止區(qū)（OC段）當(dāng)二極管承受反向電壓時(shí)，增強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)的作用，二極的反向電流主要是少子的漂移運(yùn)動(dòng)形成的。反向電壓剛開(kāi)始增加時(shí)，反向電流略有增加，隨后在一定范圍內(nèi)基本不隨反向電壓增大。反向電流的值很小，近似為零，通常也被稱(chēng)為反向飽和電流，一般硅二極管的反向電流只有幾十微安，鍺二極管的可達(dá)幾百微安。在OC段，二極管呈現(xiàn)了很大的電阻，在電路中相當(dāng)于一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)，將OC段稱(chēng)為反向截止區(qū)。4.反向擊穿區(qū)（CD段）當(dāng)反向電壓增大到越過(guò)圖中C點(diǎn)后，反向電流急劇加大，這時(shí)候二極管反向也變得導(dǎo)通了，這種現(xiàn)象叫反向擊穿，曲線CD段稱(chēng)為反向擊穿區(qū)。C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓稱(chēng)為反向擊穿電壓，不同的二極管，反向擊穿電壓的值不一樣。產(chǎn)生反向擊穿的原因是在外加反向強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，會(huì)激發(fā)產(chǎn)生大量的空穴和自由電子，使反向電流急劇增大。當(dāng)二極管的反向功耗不大時(shí)，這種擊穿過(guò)程是可逆的，即當(dāng)反向擊穿電壓降低后，二極管可恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。但若反向功耗過(guò)大時(shí)，二極管會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高而發(fā)生熱擊穿現(xiàn)象，這時(shí)二極管會(huì)因過(guò)熱而永久燒毀。因此在實(shí)際應(yīng)用中，二極管通常串聯(lián)一個(gè)電阻來(lái)起到限流的作用。

6.2.2伏安特性溫度對(duì)二極管的伏安特性影響較大，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)溫度每升高10°時(shí)，導(dǎo)通電壓減小20-25mV左右，反向電流增大將近一倍。二極管實(shí)際上就是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的，因此二極管跟PN結(jié)一樣，也具有“正向?qū)?、反向截止”的性質(zhì)。二極管在電路中使用時(shí)，若其正向壓降遠(yuǎn)小于和它串聯(lián)的電壓，或者反向電流遠(yuǎn)小于和它并聯(lián)的電流，這時(shí)可將二極管看成是理想二極管。所謂理想二極管就是認(rèn)為該二極管沒(méi)有死區(qū)，導(dǎo)通電壓為零，反偏時(shí)反向電流也為零。6.2.3二極管的主要性能參數(shù)1.最大整流電流

2.最高反向工作電壓

指二極管長(zhǎng)期工作運(yùn)行允許通過(guò)的最大正向平均電流，相當(dāng)于額定工作電流。二極管使用時(shí)工作電流不應(yīng)超過(guò)此值，否則，會(huì)因電流過(guò)大而燒壞二極管。3.最高反向電流

它是指二極管未被擊穿時(shí)的反向電流值，其值越小，說(shuō)明二極管的單向?qū)щ娦栽胶?。該值受溫度影響大，硅管的反向電流要比鍺管的小，一般在幾個(gè)微安以下。4.最高工作頻率

使二極管具有單向?qū)щ娦缘淖罡吖ぷ黝l率。因?yàn)镻N結(jié)有電容效應(yīng)，當(dāng)信號(hào)頻率超過(guò)此值時(shí)，二極管反偏的等效阻抗變小，反向電流變得較大。于是，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?。指允許加在二極管兩端的最大反向電壓，一般取反向擊穿電壓的一半。工作時(shí)若管子所加反向電壓值超過(guò)了，管子就有可能被擊穿而失去單向?qū)щ娦浴?/p>

6.2.4特殊二極管及其應(yīng)用1.發(fā)光二極管發(fā)光二極管是一種能將電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)ED。使用時(shí)加上正向偏壓就可發(fā)光，其亮度隨著流過(guò)的電流增大而提高，二極管發(fā)光的顏色有紅色、黃色、綠色等多種多樣，與制造材料有關(guān)。外形可做成點(diǎn)狀或條狀，可以單個(gè)使用，也可做成8段碼顯示器。發(fā)光二極管具有使用方便、節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示電路中作為指示信號(hào)燈或報(bào)警信號(hào)燈，還可以顯示數(shù)字或圖形符號(hào)。發(fā)光二極管的工作電流一般為幾毫安至幾十毫安，正向電壓多在1.5-2.5V之間。在圖6.5中，分別是發(fā)光二極管的外形、電路符號(hào)及由多個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的數(shù)碼管。圖6.5發(fā)光二極管

6.2.4特殊二極管及其應(yīng)用2.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是用特殊工藝制造的、面結(jié)合型的硅二極管。穩(wěn)壓管正常工作時(shí)要工作在反向擊穿區(qū)，利用的是PN結(jié)反向擊穿后在一定的電流范圍內(nèi)端電壓基本不變的原理，因此具有穩(wěn)定電壓的作用，使用時(shí)需串聯(lián)合適的限流電阻。若電流太小則不穩(wěn)壓，若電流太大則因功耗過(guò)大而損壞。穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)有穩(wěn)定電壓，即穩(wěn)壓二極管反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓值；穩(wěn)定電流

是指穩(wěn)壓管在穩(wěn)定電壓時(shí)的工作電流，其范圍在

之間；最大耗散功率

是保證穩(wěn)壓管安全工作所允許的最大功耗；動(dòng)態(tài)電阻

反映了穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能，其值越小越好。穩(wěn)壓二極管的實(shí)物及電路符號(hào)如圖6.6所示。在電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的BMS上面就常用穩(wěn)壓管來(lái)作為電壓基準(zhǔn)源。圖6.6穩(wěn)壓二極管

6.2.4特殊二極管及其應(yīng)用3.光電二極管光電二極管是一種PN結(jié)面積相對(duì)較大的半導(dǎo)體器件，管殼上有一個(gè)玻璃窗口以使其能接收入射光。光電二極管使用時(shí)需工作在反向偏置狀態(tài)，當(dāng)沒(méi)有光照時(shí)，反向