二極管的基礎知識

基本概念：

二極管由管芯、管殼和兩個電極構成。管芯就是一個PN結，在PN結的兩端各引出一個引線，并用塑料、玻璃或金屬材料作為封裝外殼，就構成了晶體二極管，如下圖所示。P區的引出的電極稱為正極或陽極，N區的引出的電極稱為負極或陰極。

二極管的伏安特性

二極管的伏安特性是指加在二極管兩端電壓和流過二極管的電流之間的關系，用于定性描述這兩者關系的曲線稱為伏安特性曲線。通過晶體管圖示儀觀察到硅二極管的伏安特性如下圖所示。

正向特性

1、外加正向電壓較小時，二極管呈現的電阻較大，正向電流幾乎為零，曲線OA段稱為不導通區或死區。一般硅管的死區電壓約為0.5伏, 鍺的死區電壓約為0.2伏，該電壓值又稱門坎電壓或閾值電壓。

2、當外加正向電壓超過死區電壓時，PN結內電場幾乎被抵消，二極管呈現的電阻很小，正向電流開始增加，進入正向導通區，但此時電壓與電流不成比例如AB段。隨外加電壓的增加正向電流迅速增加，如BC段特性曲線陡直，伏安關系近似線性，處于充分導通狀態。

3、二極管導通后兩端的正向電壓稱為正向壓降(或管壓降)，且幾乎恒定。硅管的管壓降約為0.7V，鍺管的管壓降約為0.3V。|

反向特性

1、二極管承受反向電壓時，加強了PN結的內電場，二極管呈現很大電阻，此時僅有很小的反向電流。如曲線OD段稱為反向截止區，此時電流稱為反向飽和電流。實際應用中，反向電流越小說明二極管的反向電阻越大，反向截止性能越好。一般硅二極管的反向飽和電流在幾十微安以下，鍺二極管則達幾百微安，大功率二極管稍大些。

2、當反向電壓增大到一定數值時(圖中D點)，反向電流急劇加大，進入反向擊穿區，D點對應的電壓稱為反向擊穿電壓。二極管被擊穿后電流過大將使管子損壞，因此除穩壓管外，二極管的反向電壓不能超過擊穿電壓。

整流電路：

單向半波整流電路

二極管就像一個自動開關，u2為正半周時，自動把電源與負載接通，u2為負半周時，自動將電源與負載切斷。因此，由下圖可見，負載上得到方向不變、大小變化的脈動直流電壓uo如下圖所示。由于該電路只在u2的正半周有輸出，所以稱為半波整流電路。如果將整流二極管的極性對調，可獲得負極性的直流脈動電壓。

全波整流電路

整流原理：

設變壓器二次側的電壓為：

1)當u2為正半周時，A點電位最高，V點電位最低，二極管V1和V3導通，V2和V4截止，電流的通路是 A→V1→RL→V3→B。3 N- W

2)當u2為負半周時，B點電位最高，A點電位最低，二極管V2和V4導通，V1和V3截止，電流的通路是 B→V2→RL→V4→A。

可見，在u2變化的一個周期內，負載RL上始終流過自上而下的電流，其電壓和電流的波形為一全波脈動直流電壓和電流，如下圖所示。

濾波電路：

整流電路將交流電變為脈動直流電，但其中含有大量的交流成分(稱為紋波電壓)。為此需要將脈動直流中的交流成分濾除掉，這一過程稱為濾波。

電容濾波

電容濾波的特點為：

1、輸出電壓平均值的大小與濾波電容C及負載電阻RL的大小有關，C的容量或RL的阻值越大，其放電速度越慢，輸出電壓也越大，濾波效果越好。

2、在采用大容量濾波電容時，接通電源的瞬間充電電流特別大。電容濾波器結構簡單，負載直流電壓UL較高，紋波也較小，但是輸出特性較差，故適用于負載電壓較高，負載變動不大的場合。

參數選擇：

1) 輸出電壓：UL=U2(半波) UL=1.2*U2(全波或橋式)

2) 電容的選擇：C>=(0.03~0.05)/RL

3) 二極管的選擇：

電感濾波

電感濾波器特點：由于自感電動勢的作用使二極管的導通角比電容濾波電路時增大，流過二極管的峰值電流減小，外特性較好，帶負載能力較強。電感濾波電路主要用于電容濾波器難以勝任的大電流負載或負載經常變化的場合，在小功率電子設備中很少使用。

對直流分量: XL=0 相當于短路,電壓大部分降在RL上。

對諧波分量: f 越高，XL 越大,電壓大部分降在XL上。因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。

當忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓約為：

RC – pai型濾波) 

在電流較小、要求不高的情況下，常用電阻代替電感L，構成RC-pai型濾波器。它成本低、體積小，濾波效果好。但由于電阻要消耗功率，所以電源的損耗功率較大，電源的效率降低，一般適用于輸出電流小的場合。

穩壓二極管：

當穩壓二極管工作在反向擊穿狀態下,當工作電流Iz在Izmax和 Izmin之間時,其兩端電壓近似為常數。

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