二極管的符號(hào)
根據(jù)半導(dǎo)體的物理原理,可從理論上分析得到pn結(jié)的伏安特性的表達(dá)式,此式通常稱為二極管方程,即:
is為反向飽和電流
ut為溫度的電壓當(dāng)量,在常溫(300k)下, ut=26mv。
當(dāng)u>0時(shí),且u>>ut,則電流i與u基本成指數(shù)關(guān)系。
當(dāng)u<0時(shí),且u>>ut,則電流i=-is
1. 最大整流電流iom
二極管長(zhǎng)期使用時(shí),允許流過二極管的最大正向平均電流。
2. 反向工作峰值電壓urwm
是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓,一般是二極管反向擊穿電壓ubr的一半。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?,甚至過熱而燒壞。
3. 反向峰值電流irm
指二極管加最高反向工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大,說明管子的單向?qū)щ娦圆?,irm受溫度的影響,溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小,鍺管的反向電流較大,為硅管的幾十到幾百倍。
4 最高工作頻率fm
是二極管工作的上限頻率。它主要由pn結(jié)的結(jié)電容大小決定。信號(hào)頻率超過此值時(shí),二極管的單向?qū)щ娦詫⒆儾?。?yīng)該指出,由于制造工藝的限制,即使是同一型號(hào)的器件,其參數(shù)的離散性也很大,因此,手冊(cè)上常常給出參數(shù)的范圍。另一方面,器件手冊(cè)上給出的參數(shù)是在一定測(cè)試條件下測(cè)得的,若條件改變,相應(yīng)的參數(shù)值也會(huì)變化。
影響工作頻率的原因 —pn 結(jié)的電容效應(yīng)
結(jié)論:
1. 低頻時(shí),因結(jié)電容很小,對(duì) pn 結(jié)影響很小。
高頻時(shí),因容抗增大,使結(jié)電容分流,導(dǎo)致單向?qū)щ娦宰儾睢?
2. 結(jié)面積小時(shí)結(jié)電容小,工作頻率高。
整流電路
作用:把交流電轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)直流電。
分類: 半波整流 全波整流 橋式整流 倍壓整流
1、單相半波整流電路
單相半波整流電路如圖(a)所示波形圖如圖(b)所示。
(a)電路圖
(b)波形圖
根據(jù)圖可知,輸出電壓在一個(gè)工頻周期內(nèi),只是正半周導(dǎo)電,在負(fù)載上得到的是半個(gè)正弦波。負(fù)載上輸出平均電壓為
流過負(fù)載和二極管的平均電流為
二極管所承受的最大反向電壓
2、橋式整流電路
(1)組成:由四個(gè)二極管組成橋路
(2)工作原理:
u2正半周時(shí):d1 、d3導(dǎo)通, d2、d4截止
u2負(fù)半周時(shí): d2、d4 導(dǎo)通, d1 、d3截止
(3)主要參數(shù):
輸出電壓平均值:uo=0.9u2
輸出電流平均值:io=uo/ro=0.9u2 / rl
流過二極管的平均電流:id=io/2
二極管承受的最大反向電壓:
電容濾波
1.電路和工作原理
v 導(dǎo)通時(shí)給 c 充電,v 截止時(shí) c 向 rl 放電;濾波后 uo 的波形變得平緩,平均值提高。
1. rl未接入時(shí)
2. rl接入(且rlc較大)
電容濾波電路的特點(diǎn)
(1) 輸出電壓 uo與放電時(shí)間常數(shù) rlc 有關(guān)。
rlc 愈大----電容器放電愈慢-----uo(平均值)愈大。
一般取(t:電源電壓的周期)
近似估算:uo=(1.1-1.2)u2。
(2) 流過二極管瞬時(shí)電流很大。
rlc 越大----uo越高。
負(fù)載電流的平均值越大----整流管導(dǎo)電時(shí)間越短----id的峰值電流越大。
(3) 輸出特性(外特性)
輸出波形隨負(fù)載 電阻 rl 或 c 的變化而改變, uo 也隨之改變。如: rl 愈小( il 越大), uo下降多。
結(jié)論:電容濾波電路適用于輸出電壓較高,負(fù)載電流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。
元件選擇
(1) 電容選擇: 濾波電容c的大小取決于放電回路的時(shí)間常數(shù),rlc愈大, 輸出電壓脈動(dòng)就愈小, 通常取rlc為脈動(dòng)電壓中最低次諧波周期的3~5倍, 即
(2) 整流二極管的選擇。
正向平均電流為
例:?jiǎn)蜗鄻蚴诫娙轂V波整流,交流電源頻率 f = 50 hz,負(fù)載電阻 rl = 40,要求直流輸出電壓 uo = 20 v,選擇整流二極管及濾波電容。
1. 選二極管
電流平均值:
承受最高反壓:
選二極管應(yīng)滿足:
可選:2cz55c(if = 1 a,urm = 100 v)或 1 a、100 v 整流橋選用二極管的一般原則是:
2. 選濾波電容
可選:1000f,耐壓 50 v 的電解電容。
倍壓整流電路
二倍壓整流電路
u2的正半周時(shí):d1導(dǎo)通,d2截止,理想情況下,電容c1的電壓充到:
u2的負(fù)半周時(shí):d2導(dǎo)通,d1截止,理想情況下,電容c2的電壓充到:
負(fù)載上的電壓:
特殊二極管
1. 穩(wěn)壓二極管的特性
2. 發(fā)光二極管的特性
3. 光電二極管的特性
4. 變?nèi)荻O管的特性
穩(wěn)壓二極管伏安特性
穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓;穩(wěn)壓管反向擊穿后,電流變化很大,但其兩端電壓變化很小,利用此特性,穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。
穩(wěn)壓二極管工作原理:ui保障其處于反向擊穿狀態(tài);r:限流電阻,保證dz中電流不超過最大穩(wěn)定電流 izm;rl:負(fù)載電阻
工作原理:
當(dāng)輸入電壓ui變化時(shí),如
當(dāng)負(fù)載變化時(shí),如:
主要參數(shù)
穩(wěn)定電壓uz:穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓
電壓溫度系數(shù):環(huán)境溫度每變化1度引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。
低于6v的穩(wěn)壓管,電壓溫度系數(shù)為負(fù);高于6v的穩(wěn)壓管,電壓溫度系數(shù)為 正;而6v左右的管子穩(wěn)壓值受溫度變化影響的比較小。
對(duì)于溫度變化范圍比較大,又要求穩(wěn)壓值的溫度穩(wěn)定性好,可選用具有溫度補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)壓管。也可以將兩個(gè)同型號(hào)穩(wěn)壓管反向串接起來(lái)使用,方可達(dá)到目的。
動(dòng)態(tài)電阻:穩(wěn)壓管電壓的變化量與電流變化量的比值。
rz愈小,曲線愈陡,穩(wěn)壓性能愈好
穩(wěn)定電流 iz 、最大穩(wěn)定電流 izm;最大允許耗散功率 pzm = uz*izm
光電二極管(光敏二極管)
原理:與pn結(jié)二極管相似,但在它的pn結(jié)處,通過管殼上的一個(gè)玻璃窗口能接收外部的光照。光電二極管是在反向電壓作用下工作的,沒有光照時(shí),反向電流極其微弱,叫暗電流;有光照時(shí),反向電流迅速增大到幾十微安,稱為光電流。光的強(qiáng)度越大,反向電流也越大。光的變化引起光電二極管電流變化,這就可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),成為光電傳感器件。
特點(diǎn)工作于反偏狀態(tài)下,它的反向電流與光照成正比。