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2.4 二极管特性

本节学习描述二极管电流-电压关系的特性曲线。

2.4.1二级管管符号

通用二极管的标准电路符号: 二极管的两极是 AK ,A 是阳极,K 是阴极。箭头符号总是指向阴极。

图2_8a1 $$ a)二极管符号 $$

图2_8-1.png $$ b)正向偏置 $$ 图2_8-2.png $$ c)反向偏置 $$

$$ 图2-8二极管电路符号和偏置电路。 V_{BB} 是偏置电池电压,V_B是势垒电压。电阻将正向电流限制在一个安全值 $$ 图2-8a给出了通用二极管的标准电路符号。如图2-8a所示,二极管的两极是A和K,A是阳极,K是阴极。箭头符号总是指向阴极。

图2-8b给出了正向偏置二极管通过一个电流限制电阻连接到电源时的情况。二极管的阳极相对于阴极电位是正的,使得二极管导通,如电流表指示的那样。记住,当二极管正向偏置时,势垒电压 $V_B$ 一直存在于阳极和阴极之间,如图2-8b所示。电阻两端的电压$V_R$等于 $V_{BB}$ 减去$V_B$

二极管的反向偏置如图2-8c所示。二极管的阳极相对于阴极电位是负的,二极管不导通,如电流表所指示那样。偏置电压$V_{BB}$全部加在二极管上。因为没有电压降在电阻上,所以电路中没有电流。注意,偏置电压$V_{BB}$与势垒电压$V_B$不相等。

图2-9给出了一些典型的二极管封装。字母A表示阳极;K表示阴极

2.4.2二极管特性曲线

图2_10 $$ 图2-10是二极管的伏安特性曲线 $$ 图2_10a $$ 正向偏置的 V-I 特性曲线 $$ 图2_10b $$ 反向偏置的 V-I 特性曲线 $$ 图2-10是二极管的伏安特性曲线。图2-10的右上部分表示二极管正向偏置时的情况。如图2-10所示,当正向偏置电压($V_F$)低于势垒电势时,没有正向电流($I_F$)。当正向偏置电压接近势垒电势的值时(通常硅是0.7V,锗是0.3V),流过二极管的电流开始增大。一旦正向偏置电压大于势垒电势,正向电流随着偏置电压增大而急剧增大,必须靠限流电阻来限制电流。正向偏置二极管的端电压几乎等于势垒电势的值,但是会随着正向电流的增大而略微增大。对正向偏置的二二极管,通常将势垒电势就作为二极管的管压降。

图2-10的左下部分表示二极管反向偏置时的情况。当反向偏置电压小于击穿电压时,随着反向偏置电压朝着左边增大,电流的值接近于零。当二极管被反向击穿时,二极管中会有较大的反向电流产生,如果不对这个反向电流进行限制,二极管将会被损坏。日通常,大多数整流二极管的击穿电压都大于50V,普通二极管的大多数应用都不会运行在反向击穿区域内。

在示波器上显示二极管的伏安特性曲线 按照图 2-11所示的电路连接方法,可以在示波器上显示二极管的正向特性曲线。信号是峰峰值为5V的三角波信号,用来产生一系列过零电压。这使得二极管在正向偏置和反向偏置之间交替。通道1探测二极管上的管压降,通道2显示与电流成正比的信号。示波器处于 X-Y 模式。信号发生器的公共端绝对不能与示波器共地。通道2需要反转来显示正确方向的信号。 图2_11.png

2.4.3用欧姆计或万用表测试二极管

2.4.4二极管的模型

理想模型:

模拟二极管原理最简单的方法就是把二极管看成一个开关。理想情况下,当二极管正向偏置时,相当于开关闭合﹔当二极管反向偏置时,相当于开关断开,特性曲线如图2-12所示。注意,在理想情况下,正向管压降和反向电流始终零。当然,`这是二极管的理想模型,忽略了势垒电势、内部阻抗和其他的一些影响``,然而,在大多数情况下,这种模型已足够精确,尤其是当偏置电压是势垒电势的十倍或者更高倍时。

图2_12a.png 图2_12b.png 图2_12c.png 偏移模型:

精度更高一点的模型是偏移模型。偏移模型考虑了二极管的势垒电势。在这个模型中,正向偏置的二极管等效于一个闭合的开关串联一个小“电池”,这个电池的电压值等于势垒电势 $V_B$ 的值(硅是0.7V),如图2-13a所示。等效电池的正极向着电源的阳极。记住,势垒电势并不是一个电压源,不能用电压表去测量﹔当二极管正向偏置时,等效电池仅仅具有偏移电源的效果,因为二极管的正向偏置电压 $V_{BB}$ 只有克服了势垒电势的作用才能使二极管导电。和理想模型一样,二极管反向偏置时等效于一-个断开的开关,如图2-13b所示,因为势垒电势并不影响反向偏置的情况。偏移模型的特性曲线如图2-13c所示。在本书中,如不特别说明,都使用偏移模型进行分析。

图2_13a.png 图2_13b.png 图2_13c.png 偏移-电阻模型:

图2-14a给出了正向偏置二极管的等效电路,它由势垒电势和一-个较小的正向电阻构成。正向电阻实际上是一个交流电阻(见1.1节)。正向电阻的值是变化的(取决于在哪点测试),但是在这个模型中用直线来近似表示。 偏移-电阻模型图2-14a给出了正向偏置二极管的等效电路,它由势垒电势和一-个较小的正向电阻构成.正向电阻实际上是一个交流电阻(见1.1节)。正向电阻的值是变化的(取决于在哪点测试),但是在这个模型中用直线来近似表示.

图2-14 在偏移-电阻模型中,反向偏置情况用一个非常大的并联电阻来表示,结果就是产生的反向电流非常小。图2-14b表示很大的反向电阻作用在反向偏置模型中,特性曲线如图2-14c所示。还有其他的一些较小的影响(如结电容)并没有包括在此模型中,对于这些影响,在计算机建模时通常会考虑。

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