二极管的各种模型

二极管的各种模型你已经知道二极管是一种具有PN结的元件。在这一节，你将会学到二极管的电子符号，也能够在进行线路分析时，按照三种不同复杂度，分别采用合适的二极管替代模型。同时，本节也会介绍二极管的封装和辨识二极管的引脚的方法。在学习完本节的内容后，你应该能够：参与讨论二极管的工作原理，并说出三种二极管的模型；识别二极管的符号，并能确认二极管的引脚；识别二极昝的不同外形结构；解释二极管的理想、实际和完整模型。1.二极管的结构和符号如你所知，二极管是单PN结的元件，在P型区和N型区两边分别接上金属接点和导线，如图1.31(a)所示。二极管的一半是N型半导体，而另一半是P型半导体。目前有多种类型的二极管，本章所介绍的一般二极管或整流二极管的图标符号，则显示在图1.31(b)。N型区称为阴极(cathode)，而P型区则称为阳极(anode)。符号中的箭头所指的方向，就是传统的电流方向（与电子流的方向相反）。(1)正向偏压下的接线方式如果电压源是按照图1.32(a)的方式和二极管互相连接，则称此二极管受到正向偏压的作用。电压源的正极经过一个限流电阻，再连接到二极管的阳极。电压源的负极则接到二极管的阴极。正向电流(IF)则如图所示，从二极管的阳极流向阴极。正向电压降(VF)则是因为门槛电压的存在，使得二极管的阳极成为正极，而二极管的阴极成为负极。(2)反向偏压下的接线方式如果电压源是按照图1.32(b)的方式和二极管互相连接，则称此二极管受到反向偏压的作用。咆压源的负极经过线路接到二极管的阳极。电压源的正极则接到二极管的阴极。反向偏压通常不需要限流电阻，但为了线路的一致性，仍在图中绘出。反向电流可予以忽略。要注意的是整个线路的偏压(VBIAS)都消耗在二极管。2.理想的二极管模型理想的二极管模型(theidealdiodemodel)可视为一个简单的开关。对二极管施加正向偏压时，二极管就像是一个闭合的开关(on)，如图1.33(a)所示。对二极管施加反向偏压时，二极管就像是一个断路的开关(off)，如图1.33(b)所示。至于门槛电压、正向动态阻抗和反向电流都予以忽略。在图1.33(c)中，绘出了理想二极管的电压一电流特性曲线图。既然门槛电压和正向动态阻抗都予以忽略，因此在正向偏压下，可以假设二极管不会造成电压降，就如同位于垂直轴上的部分特性曲线所显示的含义一样。VF=OV正向电流(IF)是由所施加的偏压值和限流电阻，按照欧姆定律：IF=VBIAS/RLIMIT(1.2)既然反向电流可以忽略，就可假设其值为零．如图1.33(c)中在负水平轴的部分特性曲线所示。IR=OA此时反向电压等于所施加的偏压电压值。VR=VBlAS当你在进行故障检修，或者找寻线路的工作状况时，因不需要考虑电压和电流的精确值，可以考虑改用二极管理想模型代替。3.实际的二极管模型实际的二极管模型(thepracticaldiodemodel)是将门槛电压加入理想的开关模型。当二极管处于正向偏压下，它等于一个闭合开关再串接一个很小的等效电压源，电压源的电压等于门槛电压(0.7V)，并将电压源的正极接到二极管的阳极，如图1.34(a)所示。这个等效电压源代表二极管在正向偏压下，在PN结上所产生的固定电压降(VF)，此等效电路中的电压源并非主动电压源。当二极管处在反向偏压时，它等于一个开路的开关，就如同理想模型，如图1.34(b)所示。门槛电压并不会影响到反向偏压，所以不需加以考虑。实际二极管模型的特性曲线表示在图1.34(c)。既然门槛电压已考虑在内，而动态阻抗不予考虑，因此可以假设在正向偏压下，二极管本身拥有的电压降，如图所示，特性曲线向原点右方平行位移的部分就是这个电压。VF=0.7V正向电流是依照下述公式算出，首先，将基尔霍夫电压定律应用到图1.34(a)：VBIAS-VF-VRLIMIT=0VRLIMIT=IFRLIMIT代入后解出IF为：IF=VBIAS-VF/RLIMIT假设二极管反向电流的值为零，如图1.34(c)中在负水平轴上的部分特性曲线所示。IR=OAVR=VBIAS4.完整二极管模型二极管的完整模型(thecompletediodemodel)是由门槛电压，小的正向动态阻抗(rd')和大的内部反向阻抗(rR')所组成。之所以要将反向阻抗考虑进来，是因为此二极管模型要考虑到反向电流，因此必须将反向电流所流经的反向电阻包括进来。当二极管处于正向偏压时，就可视为一个闭合的开关，再串联一个等于门槛电压的电压源和一个小的正向动态阻抗(rd')，如图1.35(a)所示。当二极管处于反向偏压时，就可视为一个开路的开关，再并联一个大的内部反向电阻值(rR’)，如图1.35(b)所示。门槛电压并不会影响到反向偏压，所以可以不予考虑。完整二极管模型的特性曲线显示在图1.35(c)。既然需要考虑门槛电压和正向动态阻抗，因此在正向偏压下，可假设二极管本身有电压降。其中正向电压(VF)是由门褴电压加上动态阻抗上的小电压降组成，可由特性曲线图中，位于原点右方的曲线部分看出。曲线开始倾斜，是因为当电流增加时，动态阻抗上的电压降也跟着增加的缘故。对于硅二极管的完整模型，可套用下面的公式：VF=0.7V+IFrd’(1.4)IF=VBIAS-0.7V/RLIMIT+rd'(1.5)在计算反向偏压时，也需要将反向电流和并联的内部阻抗值(rR')一起考虑，可由特性曲线图中，位于原点左方的部分曲线看出。CX77304-17P曲线位于击穿电压附近的部分并没有显示出来，这是因为击穿区对于大部分的二极管来说，并不是一个正常的工作区。5.典型二极管图1.37示出几种常见的二极管的外形结构。有几种方式在二极管上标示出阳极和阴极，都是按照封装的种类加以标示的。阴极常用环带、凸出的片状物或其他方式表示。从封装外形观察，如果看到某个引脚和外壳直接相连，则外壳就是阴极。