电力电子基本元件-二极管
在自然界中,根据材料的导电能力,我们可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。 常见的导体如铜和铝、常见的绝缘体如橡胶、塑料等。什么是半导体呢?半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间,常见的半导体材料有硅(Si)和锗(Ge)。到此,请记住两种半导体材料:硅、锗。因为以后你会听说硅管、锗管。意思很明显,说明这种二极管或三极管是用硅或锗作为基材的。
PN结和二极管
在半导体硅或锗中一部分区域掺入微量的三价元素硼使之成为P型,另一部分区域掺入微量的五价元素磷使之成为N型半导体。在P型和N型半导体的交界处就形成一个PN结。一个PN结就是一个二极管,P区的引线称为阳极,N区的引线称为阴极。
二极管的单向导电性能
- 正向导通:当PN结加上正向电压,即P区接蓄电池正级,N区接蓄电池负极时,PN结处于导通状态,如图所示,试灯有电流通过,点亮。
- 反向截止:当PN结加上反正电压,即P区接蓄电池负极,N区接蓄电池正极时,PN结处于截止状态,如图所示,试灯没有电流通过,不能点亮。
注意二极管正向导通时存在着电压降,什么意思呢?如果蓄电池电压是12V,则试灯上的电压一定小于12V,大约是11.6V吧,哪0.4V在那里呢?在二极管上,这0.4V就是二极管的电压降。二极管的电压降取决于二极管采用的是锗管还是硅管:锗管的电压降是0.2V左右;而硅管的电压降是0.5V左右。如果蓄电池电压低于二极管正常导通的电压降,则二极管将不能导通。这个原理的重要性在二极管你可能体会不到,但是到了三极管就显的非常重要了。
二极管接反向电压时,存在着一个耐压的问题:如果加在二极管的反向电压过高,二极管受不了,就会击穿,此时二极管不在处于截止状态,而是处于导通状态。如果我们设定一个击穿电压,当达到反向击穿电压时,二极管会击穿导通。如果现在电压又小于了击穿电压,二极管会怎么样?对于普通二极管,此时还会处于导通状态,这意味着二极管已经失去了反向截止的作用了。后面会提到一种稳压二极管,我们设定一个击穿电压,当达到反向击穿电压时,二极管会击穿导通。如果现在电压又小于了击穿电压,二极管恢复到截止状态。
解读二极管的伏安特性曲线
了解了二极管的结构和作用原理后,有一个曲线:二极管的伏安特性曲线;我想大家需要了解一下。伏安特性曲线是加在二极管的的电压(单位是伏)和二极管电流(单位是安)的关系曲线。在这个二极管的伏安特性曲线上,可以分为正向特性和反向特性两部分来看,并能从中反映出二极管的几个重要的工作参数:
二极管的正向特性:二极管两端加载正向电压;当电压低于0.5V(硅管)时,流通电流为0,此时0.5V的电压称为死区电压;当电压高于死区电压时,二极管导通,此时二极管上存在着约0.5V的电压降。
在二极管加正向电压时,可以看出二极管的两个重要的参数:
- 正向电压降:越小越好;
- 正向电流:如果二极管用于整流,必须考虑;
二极管的反向特性:二极管两端加载反向电压;当电压低于20V时(图中所示),二极管虽然截止,但是仍有很小的反向漏电流;当电压大于20V后,反向电压击穿二极管,电流会迅速增大。
在二极管加反向电压时,可以看出二极管的两个重要的参数:
- 反向漏电流:越小越好;
- 反向击穿电压:二极管用于整流时,必须考虑
二极管在整流器中的应用
二极管的的主要应用是整流,可以将交流电转换为直流电,对于单相交流电,需要四个二极管组成一个整流电路,这个整流电路被称为桥式整流电路。
但是对于单相交流电,二极管桥式整流电路只是将交流电的负半周翻转,所以此时的直流电是肪动直流电。对于三相交流电,通过内部的二极管整流器将交流转换为直流,最少需要六个二极管。
配图不错