二极管
电流只能从二极管的正极流入,负极流出。
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diode)一种用于将交流电转变为直流电的半导体器件。二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中,电流只能从二极管的正极流入,负极流出。通常它包含一个PN结,有正极和负极两个端子。其结构如图所示。P区的载流子是空穴,N区的载流子是电子,在P区和N区间形成一定的位垒。外加电压使P区相对N区为正的电压时,位垒降低,位垒两侧附近产生储存载流子,能通过大电流,具有低的电压降(典型值为0.7V),称为正向导通状态。若加相反的电压,使位垒增加,可承受高的反向电压,流过很小的反向电流(称反向漏电流),称为反向阻断状态。整流二极管具有明显的单向导电性。整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高,反向漏电流小,高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造(掺杂较多时容易反向击穿)。这种器件的结面积较大,能通过较大电流(可达上千安),但工作频率不高,一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频半波整流电路,如需达到全波整流需连成整流桥使用。
电容及扩散电容决定,若工作频率超过fm,则二极管的单向导电性能将不能很好地体现。例如1N4000系列二极管的fm为3kHz。另有快恢复二极管用于频率较高的交流电的整流,如
开关电源中。
整流堆还有一个名字叫做整流桥,它可以将交流电变成直流电。
交流电AC的波形是这样的:
分析一:
但是由于整流桥是有四个二极管组成的,而二极管是有截止电压(约0.7V)的,所以通过单独的二极管出来的波形是:
二极管在[0,π]之间的导通角是t,小于π。
经整流桥之后的电阻上的电压波形为(输出电压明显比交流电两端电压小,他们之间的关系(针对分析一图来说)是U1=0.9U2,其中U1是经整流桥堆后的输出电压,U2是AC的输入电压):
分析二:
如果在负载上并联一个电容时,负载和电容上的电压变化一致:
为什么是这样的呢?
因为电容具有充放电的作用,可以为负载提供电压。当整流堆中的二极管导通时电容开始充电,等交流电压过完峰值后低于0.7的截止电压,电路就不通了,此时电容上的电压达到峰值并停止充电,电容与负载形成闭合回路,电容开始为负载提供电压以维持负载正常工作。当在交流电的负半周期和正半周期工作是一样的,故有上图。
整流桥的二极管的反向耐压应该至少是负载电压的二倍,因为当在交流电的负半周期工作时,二极管反向压差是2*sqrt(2)*Uac,如果反向电压过大,二极管将会永久性损坏,不能正常呈现二极管的特性。二极管的电流是负载电流的一半,因为在一个工作周期中,每只二极管仅仅工作了半个周期,也就是前半周期的电流是流过其中两个二极管中提供的,后半期的电流是流过另两个二极管电流提供的。
这是整流堆的datasheet,其中40代表是4安培,05,1,2,。..。..是指反向耐压值。
有效电压:如果在两个电阻上分别接入一个交流电压和一个直流电压,在相同时间发热量相同,也就是功率相等,则就把这个直流电压等效为这个交流电压的有效值。
surge current是浪涌电流,如果半个周期内通过二极管的浪涌电流大于8.3ms,二极管将会被永久损坏。
二极管的伏安特性曲线,电阻是变化的。
从该图中我们可以看出在100°以下,二极管上的电流基本不变,当大于100°时,二极管承受的电流逐渐下降,故我们在设计二极管工作温度时,尽可能在100°以下。