二级管的主要参数
1.IF(最大整流的电流)
二极管长期工作做能够通过电流的平均最大值:物理意义:功率电流值。
2.UR
二极管最高反向工作电压
需要留有裕度,通常能达到一半的裕度;UR不能等于UBR。
未击穿时的反向电流;IR越小,反向截止特性越好。
最高工作频率
给出上限使用频率(高频电路二极管中需要考虑)。
二极管是非线性电阻。
非线性元件用线性元件表示出来。
二极管的直流等效电路
外特性等效模型:模仿其电流电压曲线电路模型;
物理等效模型:按照二极管物理特性等效的电路,适用范围大。
考虑外特性等效模型:
伏安特性折线化
左侧是理想二极管伏安特性,导通电压为0,对应的电流很大。
中间的图是常用的等效模型,二极管电路为理想二极管加一个电源,当电压小于Uon时,二极管处于截止状态,一旦大于等于Uon,二极管导通。
实际的二极管如最右侧图所示:当电压发生变化的时候,电流会发生变化。i的值的变化会随着U的变化而发生,因而用折线来代替。
限幅电路
分析如下电路:
Us为交流电源,画出Uo的波形。
分析方法:
当二极管截止时:US-U1≤Uon,此时二极管所在的支路开路,此时Uo=Us。
当二极管正向导通时:US-U1>Uon,二极管导通,导通后电压几乎不变。此时Uo=U1+Uon。
这是一个限幅电路,Uo输出的电压值不能超过U1+Uon,用来保护电路。
整流电路
假定Uon=0,那么当US大于0的时候,二极管正向导通,因此Ur上面的电压等于V。
当US小于0的时候,二极管反向截止,电路开路,因此Ur上面的电压等于0V。
"整流电路"(rectifying circuit)是把交流电能转换为直流电能的电路。
直流和交流同时作用于电路
如图所示:Ui为交流电压源,最大值为10mv,二极管的导通电压Uon为0.6V,当交流电压源直接作用时,二极管无法导通,无法得到经过Uo的电压和电流。
因此添加一个5V的直流电压源,此时二极管导通。
二级管在小交流的情况下,等效为一个纯电阻。
如何计算通过R两端的电流呢?
通过R两端的电流分为直流信号和交流信号。直流容易计算,交流不容易计算。
当二极管在静态基础上有一动态信号作用时,则可将二极管等效为一个电阻,称为动态电阻,也就是微变等效电路。
二极管的微变等效电路
二极管外加直流电压,没有交流信号输入时,二极管的伏安特性曲线上反应电压和电流的点被称为静态工作点,如图Q点所示。
这里计算rd的方法:借鉴了高等数学里面的导数的定义。导数的物理意义就是瞬时变化率。由于给定的直流信号源是5V,而交流信号则是mv级别的,因此一个很小的交流变化,就可以看作是Q点的两端电压和电流有一个微小的变化量。在这样一个变化范围内,电阻值可以看作几乎不变。因此求该点的瞬时变化率就可以变为对该点求导数。
需要注意的时候,二极管仅仅是等效为电阻rd,而不是等同于电阻。
I D I_D ID是静态工作点时对应的电流,因此二极管的动态电阻和给定的直流电压的大小是有关系的。
那么如何求通过R两端的电流呢,可分为两步骤:
(1)计算直流电流
即不考虑小交流信号输入的情况下。 I D I_D ID为静态电流,对应的 I D = U − U d R I_D=\frac{U-U_d}{R} ID=RU−Ud
(2)计算交流电流:
二极管等效为电阻rd,因此在交流信号作用下的等效电路图如图所示:
此时 i d = U i r d + R i_d=\frac{U_i}{r_d+R} id=rd+RUi, r d r_d rd的值通过 r d = I D U T r_d=\frac{I_D}{U_T} rd=UTID可以计算出来。
因此总的电流为交流电流+直流电流。
i D = i d + I D = U i r d + R + U − U d R i_D=i_d+I_D=\frac{U_i}{r_d+R}+\frac{U-U_d}{R} iD=id+ID=rd+RUi+RU−Ud U R = U i r d + R × R + ( U − U d ) U_R=\frac{U_i}{r_d+R}×R+(U-U_d) UR=rd+RUi×R+(U−Ud)
假定给定的Ui的波形图如上图所示,那么R两端的电压UR如下图所示,其中正弦波的幅值取决于rd和R之间的分压。
补充知识:
I D I_D ID-为直流分量; i d i_d id为交流分量(下角标如果也是小写的化,表示纯交流);
I d I_d Id交流有效值; i D i_D iD瞬时值(下角标是大写的化,表示交流和直流都有)。
稳压二极管
利用二极管反向特性建立稳压二极管,该二极管工作在反向电流中,需要好的散热,通过调节参杂浓度来制造不同的稳压管。
当二极管处于反向击穿的状态下,在很大的一个电流变化范围内,它的输出电压变化非常非常小,或者近似于不变,因此它能够起到一个稳定电压的功效。
只要不出现热击穿,二极管就没问题,为了放置热击穿,稳压二极管的封装就不一样,散热比较好。
双向稳压二极管,要么都截止,要么一个导通一个反向击穿。
稳压二极管的主要参数
U z U_z Uz:稳定电压,稳定工作时保持的电压。
I z I_z Iz: 稳定电流,Iz时是稳压管正常工作状态时的参考电流,电流低于此值时稳压效果很差。
α \alpha α : 温度系数(半导体材料都有受温度影响的特性。一般而言,6V为分界线,6V往上雪崩多,6V往下齐纳击穿多)