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常用電子元件基礎(chǔ)知識(shí)—半導(dǎo)體二極管

半導(dǎo)體二極管是由一個(gè)PN結(jié),加下兩根電極引線(xiàn)和管殼制成的。二極管的符號(hào)如圖4所示。現(xiàn)有箭頭的一邊代表二極管的正極(即P型半導(dǎo)體),另一邊代表負(fù)極(即N型半導(dǎo)體)。箭頭所指的方向代表正向電流的方向。
一、二級(jí)管的伏安特性曲線(xiàn)
(一) 什么是伏安特性曲線(xiàn)
  從正確使用二極管的要求出發(fā),首先應(yīng)該弄清加在二極管兩端的電壓u與通過(guò)二極管的電流I之間的關(guān)系。通常電壓用伏(V)表示,電流用安(A)表示,所以二極管的電壓與電流的關(guān)系,稱(chēng)為二極管的"伏安特性"。把一組組二極管電壓、電流的數(shù)據(jù)以幾何曲線(xiàn)的形式描繪出來(lái),就成了二極管的"伏安特性曲線(xiàn)"
   

(二) 二極管伏安特性曲線(xiàn)的特點(diǎn)

  圖5是鍺和硅二極管的典型伏安特性曲線(xiàn),下面將其特征歸納成以下五點(diǎn)加以說(shuō)明。
  1、 當(dāng)二極管兩端的電壓u為零時(shí),電流I也為零,所以特性曲線(xiàn)從座標(biāo)原點(diǎn)開(kāi)始。2、當(dāng)二極管接上正向電壓時(shí),隨著電壓的逐漸增加,電流也跟著增加。但在開(kāi)始的一段,電流增加很慢。圖5中OA和OA'段的情況表明二極管在開(kāi)始導(dǎo)電時(shí)正向電阻是比較大的。當(dāng)二極管兩端的電壓超過(guò)一定的數(shù)值u。以后(u。稱(chēng)為列區(qū)電壓),二極管的電陰變得很小,正向電流開(kāi)始顯著增加,特性曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)圖5所示AB和AB'段的情況。在二極管導(dǎo)通時(shí),二極管兩端的正向壓降比死區(qū)電壓稍大一些。通常硅管的正向壓降為0.6-0.8伏,鍺管的正向壓降為0.1-0.3伏。3、當(dāng)二極管接上反向電壓時(shí),最初,隨著反向電壓的逐漸增大(大約在由0到-1伏的范圍內(nèi)),反向電流也跟著逐漸增大。但是,當(dāng)外加反向電壓大約超過(guò)-1伏以后,反向電流即不再跟著增大。4、當(dāng)外加反向電壓繼續(xù)增大到一定數(shù)值時(shí),反向電流突然增大,這就是PN結(jié)的反向擊穿現(xiàn)象。5、二極管正向運(yùn)用時(shí)電流大(電壓大于一定數(shù)值時(shí)),管子導(dǎo)通,反向運(yùn)用時(shí)電流很小,管子接近截止。這就是二極管最主要的特性--單向?qū)щ娞匦?。二極管的伏安特性曲線(xiàn)不是直線(xiàn),這說(shuō)明二極管不是一個(gè)線(xiàn)性元件。這是二極管的一個(gè)重要特性。

二、二極管是一種非線(xiàn)性元件
一、什么是非線(xiàn)性元件
電阻上電壓和電流之間的比值是一個(gè)常數(shù)。在電流I為縱軸、電壓u為橫軸的直角坐標(biāo)系中,電阻的伏安特性是一條直線(xiàn),如圖6。凡是伏安特性是直線(xiàn)(即符合歐姆定律)的元件,就稱(chēng)為線(xiàn)性元件,相反的,伏安特性不是直線(xiàn)的元件,則稱(chēng)為非線(xiàn)性元件。

 

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 ?。ㄒ唬?性元件的特點(diǎn)
  (二) 線(xiàn)性元件相比較,二極管這種非線(xiàn)性元件所呈現(xiàn)的電阻具有以下特點(diǎn):
1、 伏安特性曲線(xiàn)上各點(diǎn)的直流電阻不相等。
伏安特性曲線(xiàn)上某一點(diǎn)的直流電阻,就是該點(diǎn)所對(duì)就的電壓u與電流I的比值。例如,在圖7中,A點(diǎn)的直流電阻RA=uA/IA=0。4V/5mA=80Ω B點(diǎn)的直流電阻RB=uB/IB=0.6V/15mA=40Ω用同樣的方法可求出曲線(xiàn)上其它各點(diǎn)的直流電阻,它們都是不相等的。伏安特性曲線(xiàn)上某點(diǎn)直流電阻的幾何意義,就是該點(diǎn)割線(xiàn)斜率的倒數(shù)。例如A點(diǎn)的直流電阻是割線(xiàn)OA斜率的倒數(shù),即RA=uA/IA=1/(IA/uA)=1/tga。B點(diǎn)的直流電阻是割線(xiàn)OB斜率的倒數(shù),即RB=uB/IB=1/(IB/uB)=1/rgQ
由圖7可見(jiàn),正向電壓越大(或正向電流越大),則割線(xiàn)斜率越大(tgQ>tga),直流電阻越小。

2、 伏安特性曲線(xiàn)上各點(diǎn)的交流電阻不相等。
伏安特性曲線(xiàn)上某點(diǎn)的交流電阻,就是該點(diǎn)附近電壓的變化量Δu與相對(duì)應(yīng)的電流變化量ΔI的比值。交流電阻的幾何意義就是該點(diǎn)切線(xiàn)的斜率的倒數(shù)。例如在圖8中,A點(diǎn)的交流電阻rA=Δu/ΔI=1/(ΔI/Δu)=1/tgβ由于伏安特性曲線(xiàn)上各點(diǎn)切線(xiàn)的斜率不相等,所以各點(diǎn)的交流電阻也不相等。由圖8可見(jiàn),加在二極管兩面端的電壓越大(或流過(guò)二極管的電流越大),二極管所呈現(xiàn)的交流電阻越小。例如,B點(diǎn)的交流電阻就比A點(diǎn)的交流電阻小,因?yàn)锽點(diǎn)的切線(xiàn)斜率大一些。
3、 伏安特性曲線(xiàn)上同一點(diǎn)的直流電阻和交流電阻不相等。
例如,在圖8中,A點(diǎn)的直流電阻RA=80Ω,而交流電阻rA=Δu/ΔI=(0。6-0。2)V/10mA=40Ω由于非線(xiàn)性元件所呈現(xiàn)的電阻不是一個(gè)常數(shù),所以非線(xiàn)性元件的端電壓和流過(guò)它的電流之間不符合歐姆定律。由于非線(xiàn)性元件的直流電阻和交流電阻不相等,所以用萬(wàn)用表測(cè)得的直流電阻不能挪用到交流電路中。
三、二極管的分類(lèi)和主要參數(shù)
按照PN結(jié)的結(jié)構(gòu)分類(lèi),二極管可分成點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類(lèi)。點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)的面積小,允許通過(guò)的電流較小,一般在十幾或幾十毫安以下。因?yàn)榻Y(jié)面積小,所以結(jié)電容小,適用于高頻電路。面接觸型二極管PN結(jié)的面積大,可以通過(guò)較大的電流,但是由于結(jié)電容大,只能用于低頻電路中。
二極管按材料分有鍺二極管和硅二極管兩種。按用途分,主要有普通二極管、整流二極管、開(kāi)關(guān)二極管、發(fā)光二極管和穩(wěn)壓二極管等。
最大整流電流和最高反向工作電壓是二極管的主要參數(shù)。IM是二極管長(zhǎng)期安全工作時(shí)允許通過(guò)的最大正向電流。二極管用于整流電路時(shí)工作電流不能超過(guò)IM。VB是二極管的反向擊穿電壓。二級(jí)管的最高反向工作電壓的數(shù)值不能超過(guò)VB。

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