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二极管选型怎么选?常用参数要熟练~

同学们大家好,今天我们继续学习杨欣的《电子设计从零开始》,这本书从基本原理出发,知识点遍及无线电通讯、仪器设计、三极管电路、集成电路、传感器、数字电路基础、单片机及应用实例,可以说是全面系统地介绍了电子设计所需的知识,是一本很好的电子设计入门书籍,没有复杂的计算,取而代之的是生动、平实的叙述。

上篇我们提到用Multisim可以进行电路仿真,并对部分电路进行了分析,避开了还没有了解的几个电子元器件。今天我们开始学习两种常见的半导体器件------首先来看二极管。

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二极管

关于二极管,作者没有从原子结构、P-N结等枯燥的预备知识来介绍,而是从器件应用来介绍。二极管有两个引脚,一个是正极,另一个是负极,电流只能从正极流向负极单向流经。

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二极管根据用途和特点可以有20多种分类,这里列出了比较常用的类型,如下图所示:

常用二极管

整流二极管常用在整流、检波电路;发光二极管是常用的光源器件,用在指示灯、照明灯中;稳压二极管常用于稳压电路中;光电二极管可接受可见光或不可见光来控制通断;隧道二极管常用于高频电路;肖特基二极管应用在钳位、放电保护等电路中。

上图中还可以看出,发光二极管和光电二极管的长脚为正,短脚为负,外壳有色环或“围裙”的一端为二极管的负极,另一端为正极。

二极管的单向导电性

二极管的单向导电性,我们直接通过Multisim进行仿真。

二极管的单向导电特性研究

图中二极管、电阻、电源、电流表串联组成回路,a图中二极管正向偏置,即电流从二极管正极流经负极,电流表中显示电流为0.011A;b图中二极管反向偏置,电流无法从负极流经正极,电流表读数只有0.27nA,可认为是无电流通过。这就很好地说明了二极管具有单向导电的特性了。

在使用时,我们要记住二极管这个重要的特性。可以通过二极管的符号来理解:

二极管的正向偏置和反向偏置

可以看到二极管的符号由一个从A指向K的箭头和一个“挡板”组成,箭头的方向就指示了当有正向偏置时,电流从A流经K。但当电流想从K流经A就会被“挡板”“无情”地阻挡。

当然要二极管正向导通也不是那么“随意”,需要正极电压高于负极电压,要高多少?需要高一个正向压降(VF, forward voltage),这样电流才能“闯过”二极管,二极管才能导通。

那么,这个VF和什么有关呢,答案是跟二极管的材料有关,一般硅管的VF为0.7V,锗管的VF为0.15V。

实际使用中,我们如何快速判断一个二极管是硅管还是锗管呢?可以采用万用表如下图所示连接,要注意使用万用表的电阻档位,万用表正极接二极管负极,万用表负极接二极管正极,此时,阻值在4~8kΩ的为硅管,阻值在1kΩ的为锗管。

锗管和硅管的判别

二极管的伏安特性

我们除了知道二极管的导通电压,还需要知道导通时的正向电流IF。正向电流可以从二极管伏安特性曲线中看到,例如1N4148的技术文档中就有描述该二极管伏安特性的曲线图,如下图所示:

二极管1N4148伏安特性曲线

上图中,可以看到当横坐标正向电压VF增大到0.7V之前1N4148都没有导通,纵坐标正向电流IF近似为0mA;一旦VF超过0.7V,正向电流也随之快速增强。这就说明在二极管1N4148上施加的正向电压超过0.7V时,正向电流IF开始形成,1N4148导通。下面使用Multisim对1N4148进行电路仿真,看看是否可以和它的伏安特性对应起来,如下图所示:

二极管的伏安特性曲线

研究上图中电源、二极管1N4148、电阻、发光二极管电流表串联,电压表测1N4148两端电压,仿真结果显示,电路中有电流通过,发光二极管被点亮,电流表显示电路中的电流为0.02A,1N4148两端的电压为0.714V,正好对应1N4148伏安特性曲线上箭头所指位置。

我们研究了二极管1N4148的伏安特性,并且它是一个硅管,就可以类比到所有的硅管二极管都有类似的伏安特性。那么,锗管是不是也有一个具有代表性的特性曲线呢,答案是肯定的,如下图所示:

二极管伏安特性曲线

上图中可以看到二极管正向偏置时,锗管需要VF高于0.2V,硅管需要VF高于0.6V,正向电流才会急剧改变;二极管反向偏置时,反向电压增大,反向电流也不会很大,直到反向电压把二极管击穿,反向电流才会增大,对二极管造成毁灭性打击。这个反向击穿电压,一般硅管为1000V,锗管为100V,以器件的技术文档为准。

技术文档

在我们对二极管进行选型时,就要根据需求选择合适的参数,综合考虑从而来确定二极管型号。那么,拿到一个二极管的技术文档时,我们应该如何去看呢?下面我们来分析看看。

二极管1N4001~1N4007技术文档第一页

上图为1N4001~1N4007技术文档第一页,里面就有选型需要的重要参数。

1.二极管型号1N4001~1N4007,这说明这7类管子特性相似,只是某些参数不同,所以共用一份技术文档。

2.最大反向电压VRRM,若使用过程中施加在二极管上的反向电压超过该值,二极管就会击穿。实际选型时,反向电压不应该超过该值。

3.平均正向电流IF(AV),该参数描述了二极管所能承受的正向电流的平均值,选型时,电路电流也不能超过该值。

4.正向电压VF(Forward Voltage@1.0A),细心的同学可能注意到,这个参数里有个@1.0A,其实意思就是当二极管中通过的正向电流为1.0A时,二极管正向电压VF的大小。

实际在选型过程中,我们需要考虑二极管的上述参数满足电路设计要求,才能保证电路的正常功能和稳定性。下篇我们来讲讲三极管的实用知识,下篇见。


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