二極管的一般性質(zhì)

二極管是非線性元件，分析它在電路中的作用的時(shí)候，最重要的是要搞清楚二極管導(dǎo)通沒有?。?！如圖1所示：

當(dāng)陽極和陰極之間加上0.7V以上電壓時(shí)，就會(huì)導(dǎo)通，否則就不導(dǎo)通。

二極管如果不導(dǎo)通，那么就是斷路，直接在電路中將其擦除再分析即可。

如果二極管導(dǎo)通，那么它就相當(dāng)于一個(gè)0.7V的電池，僅此而已。

二極管的伏安特性

知道二極管導(dǎo)通時(shí)等效為0.7V電池就可以解決大多數(shù)問題，但是知道二極管的的實(shí)際伏安特性曲線是什么樣子也是有必要的。如圖2所示：

圖2（a）是二極管的實(shí)際伏安特性曲線，二極管實(shí)際可能在0.5V就開始導(dǎo)通，并且二極管的兩端電壓是會(huì)隨電流增大而增大的，只不過變化的緩慢。

多數(shù)時(shí)候，我們近似成圖2（b）那樣就行，認(rèn)為0.7V以上二極管導(dǎo)通（也有書使用0.6V標(biāo)準(zhǔn)，這不影響學(xué)習(xí)），無論電流是多少，端電壓不再改變。雖然二極管不會(huì)主動(dòng)產(chǎn)生能量，但是我們只看結(jié)果，不看過程，二極管這時(shí)就是一個(gè)電池了。

個(gè)別時(shí)候，我們可能把二極管近似看成圖2（c），由于電流增加電壓確實(shí)會(huì)增加，于是就引入二極管等效電阻r的概念。這種近似我們后面在三極管放大電路中會(huì)用到。

二極管的動(dòng)態(tài)特性

低頻下，按電池理解二極管即可，但是當(dāng)高頻信號(hào)加載在二極管上時(shí)，就要考慮二極管的動(dòng)態(tài)特性了。

二極管的單向?qū)щ娞匦圆⒉皇掷硐?，這是因?yàn)槎O管的本質(zhì)是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體接觸形成的PN結(jié)（點(diǎn)到即止，千萬別去百度什么是空穴和載流子）。

如圖3所示，PN結(jié)除了構(gòu)成單向?qū)щ姷亩O管外，還存在一個(gè)結(jié)電容。

結(jié)電容對(duì)二極管當(dāng)然不是什么好事，這實(shí)際上使二極管可以流過一定量的反相電荷。

不同工藝結(jié)構(gòu)可以使結(jié)電容的大小不一樣，PN結(jié)點(diǎn)接觸可以減小結(jié)電容，但是顯然會(huì)降低二極管的通流能力。反之面接觸的PN結(jié)通流能力強(qiáng)，但結(jié)電容更大。

結(jié)電容的作用使得實(shí)際二極管需要一段時(shí)間來“恢復(fù)”反向阻斷能力，其反向恢復(fù)曲線如圖4所示：

1. 在tF時(shí)刻前，二極管正向?qū)?，UF就是通常說的0.7V，iF很大。

2. 隨后電路試圖給二極管加反壓，但是反壓不是馬上能加上去的，二極管電流iF在t0時(shí)刻降到0。

3. t0-t1這段時(shí)間，二極管電流不僅不消失，反而成為反向電流不斷增加。這段時(shí)間稱之為td（dealy），表示的含義是（不服從控制的）延遲時(shí)間。

4. t1時(shí)刻反向電流達(dá)到最大，t1-t2時(shí)間段反向電流終于逐漸減小到0，稱之為tf（fall）下降時(shí)間。

5. td和tf加起來就是trr（reverse revovery）反向恢復(fù)時(shí)間。這段時(shí)間二極管是反向?qū)ǖ摹?/p>

6. 可以想象，如果加載在二極管上的信號(hào)周期T與反向恢復(fù)時(shí)間trr在數(shù)量級(jí)上可比擬的話，二極管的實(shí)際效果是“全通”的。所以，trr決定了二極管可適用的電路頻率場合。

7. 簡單對(duì)二極管反向恢復(fù)電壓的分析，反向電流達(dá)到峰值以后會(huì)急劇減小，也就是說tf其實(shí)很小，這樣一來在線路的寄生電感上會(huì)產(chǎn)生L*di/dt的尖峰電壓URP（reverse peak）。這是十分有害的，可能會(huì)擊穿二極管。

8. 恢復(fù)系數(shù)tf/td用來描述二極管反向恢復(fù)的“軟度”，恢復(fù)系數(shù)越大，越不易產(chǎn)生有害高壓。

?快恢復(fù)二極管與肖特基二極管

按trr大小來區(qū)分二極管可分為普通二極管（Rectifier Diode）、快恢復(fù)二極管（Fast Recovery EpitaxialDiode，F(xiàn)RED）、肖特基勢壘二極管（Schottky Barrier Diode，SBD）。

1. 普通二極管的trr長達(dá)ms，基本只能用于對(duì)50Hz工頻交流電進(jìn)行整流的場合，因此也成為整流二極管（RectifierDiode）。典型的1N400x系列就是整流二極管。

2. 快恢復(fù)二極管的trr小于200ns，一般在50ns以下，可以用于頻率較高電路中。數(shù)字電路中常用的1N4148就是典型的FRED。

3. 肖特基勢壘二極管的trr更短，可達(dá)到10ns數(shù)量級(jí)，并且它有兩個(gè)特殊優(yōu)點(diǎn)，一個(gè)是導(dǎo)通壓降?。ㄒ馕吨男。?，另一個(gè)是恢復(fù)軟度大（不易產(chǎn)生反向恢復(fù)高壓）。這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)使之特別適合低壓開關(guān)電源電路，典型如1N5819。

穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管正向?qū)〞r(shí)，就是普通二極管的特性。當(dāng)它反向?qū)〞r(shí)，表現(xiàn)為特定電壓的電池，這與正向?qū)ㄆ鋵?shí)也差不多，只不過電壓不是固定的0.7V。

1. 穩(wěn)壓二極管首先必須是導(dǎo)通的，才等效為電池，否則就是斷路，可以擦掉。

2. 穩(wěn)壓二極管是依靠改變電流來實(shí)現(xiàn)端電壓穩(wěn)定的，如圖5所示的穩(wěn)壓二極管無論怎么改變流過自身的電流，可以穩(wěn)出5V電壓嗎？

3.?如圖6所示，穩(wěn)壓二極管必須串聯(lián)電阻使用，這樣才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的效果。穩(wěn)壓二極管調(diào)節(jié)流過自身的電流（同時(shí)也是R的電流），從而改變R上壓降來實(shí)現(xiàn)自身穩(wěn)定輸出5V的目的。

4. 穩(wěn)壓二極管的串聯(lián)電阻R是需要計(jì)算的，如圖7所示的穩(wěn)壓應(yīng)用，負(fù)載上能夠得到所需要的穩(wěn)壓值嗎？顯然不能，因?yàn)榉€(wěn)壓二極管無論怎么改變流過自身的電流，端電壓也不可能是5V。

分析方法很簡單，穩(wěn)壓管在電路中與負(fù)載是并聯(lián)關(guān)系，所以穩(wěn)壓二極管的作用只能是加重負(fù)載（使并聯(lián)電阻減?。?，圖7所示的電路中，即使沒有穩(wěn)壓二極管，負(fù)載與串聯(lián)電阻的分壓也不到1V，所以，無論如何是穩(wěn)壓不出5V的。

5. 將來我們會(huì)發(fā)現(xiàn)很多元件的“號(hào)稱”（例如穩(wěn)壓）特性都是有前提條件的，它們總是通過調(diào)節(jié)A（例如電流）來實(shí)現(xiàn)B（例如穩(wěn)壓），如果怎么調(diào)節(jié)A都實(shí)現(xiàn)不了B，那么“號(hào)稱”屬性就不成立。

發(fā)光二極管

發(fā)光二極管就是導(dǎo)通時(shí)會(huì)發(fā)出特定波長光的二極管。

1. 發(fā)光二極管導(dǎo)通壓降要比普通二極管高，具體由發(fā)光波長（顏色）決定。

2. 發(fā)光二極管的伏安特性基本與普通二極管一致，因此決定發(fā)光二極管亮度的是電流，而不是電壓（電壓變化很小，電流變化很大，所以功率基本只和電流有關(guān)）。

3. 如圖8所示，發(fā)光二極管作為指示用途時(shí)，是通過串聯(lián)限流電阻的方法來使用的。

紅綠藍(lán)（RGB）是光的三原色，藍(lán)光二極管最晚誕生（1989才首次實(shí)現(xiàn)，獲2014年炸藥獎(jiǎng)），從此發(fā)光二極管有了合成白光的光源，發(fā)光二極管（LED）照明開始飛速發(fā)展。

• 如圖8那樣靠限流電阻限流會(huì)消耗額外的功率，影響LED照明燈的效率。

• 優(yōu)質(zhì)的LED照明驅(qū)動(dòng)電源是使用恒流源而不是通常的恒壓源。

• 恒壓源的加上電流反饋控制就能轉(zhuǎn)變成恒流源，在后續(xù)的電源管理章節(jié)會(huì)有設(shè)計(jì)實(shí)例。

注意：

1、 不導(dǎo)通的二極管和導(dǎo)通的二極管在電路中可以如何簡化？

參考答案：不導(dǎo)通的二極管可以認(rèn)為其不存在，導(dǎo)通的二極管可認(rèn)為是直流電池。

2、 二極管結(jié)電容對(duì)二極管的影響表現(xiàn)在哪些方面？

參考答案：高頻時(shí)不能簡單認(rèn)為單向?qū)щ姡瑫?huì)影響二極管的適用頻率范圍。

3、 二極管反向恢復(fù)過程會(huì)帶來什么不良影響？

參考答案：反向恢復(fù)過程會(huì)導(dǎo)致線路寄生電感產(chǎn)生高壓，可能損壞二極管。

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