电力二极管的结构和原理解析

1.电力二极管的结构

电力二极管(又称功率二极管)由一个PN结加上相应的电极引线和管壳构成,由P区引出的电极称为阳极或正极,用字母A表示;由N区引出的电极称为阴极或负极,用字母K表示。

电力二极管由一个面积较大的PN结和两端引线以及绝缘封装组成。从外形上看,主要有螺栓型和平板型两种。电力二极管的外形、结构及符号如图4-1所示。

图4-1 电力二极管的外形、结构及符号

a)常见外形 b)结构 c)符号

友情提示

二极管电路符号中的三角形形象地表示了电流的流动方向,利用电路符号的这一提示作用,在电路分析时可以方便地知道二极管电路中的电流流动方向。

分析直流电路中二极管工作原理时,因为使二极管导通的电压只能从它正极加到负极,所以分析这一电压从什么地方加来时,可以从二极管正极开始向直流电压供给方向寻找。

图4-2 电力二极管的伏安特性曲线

2.电力二极管伏安特性及应用

电力二极管的伏安特性曲线如图4-2所示。曲线中横轴是电压(U),即加到二极管两极引脚之间的电压,正电压表示二极管正极电压高于负极电压,负电压表示二极管正极电压低于负极电压。纵轴是电流(I),即流过二极管的电流,正方向表示从正极流向负极,负方向表示从负极流向正极。

1)正向特性:当电力二极管承受的正向电压大到一定值(门槛电压U_TO),正向电流才开始随外加正向电压增加而明显增加,处于稳定导通状态。与正向电流IF对应的电力二极管两端的电压U_F即为其正向电压降(1V左右)。

2)反向特性:当电力二极管承受反向电压时,只有“少子”引起的微小而数值恒定的反向漏电流(I_RR)。

电力二极管具有单向导电性,共有两种工作状态:导通和截止。电力二极管导通和截止有一定的条件。(www.xing528.com)

二极管导通的条件有两个:一是二极管加正向偏置电压;二是正向偏置电压必须大到一定程度(锗二极管0.6V左右,硅二极管0.2V左右)。

只要给二极管加反向电压,二极管中就没有电流流动,如果加的反向电压太大,二极管会击穿,电流将从负极流向正极,此时二极管已经损坏。

综上所述,要使二极管导通必须给二极管加一个正向偏置电压,如果所加正向电压达不到足够大的程度,二极管只能处于微导通状态;如果所加的是反向电压(负极电压高于正极电压),二极管不能导通,处于截止状态。

友情提示

分析二极管电路时,重要一环是分析二极管的工作状态,是导通还是截止,表4-1是二极管工作状态识别方法。表图中的+、-表示加到二极管正极和负极上的偏置电压极性,符号+表示正极性电压,-表示负极性电压。

表4-1 二极管工作状态识别方法

知识窗

电力二极管的开关特性

电力二极管的开关特性是反映通态和断态之间的转换过程的特性,如图4-3所示。

图4-3 电力二极管的开关特性

a)通→断 b)断→通

1)关断特性:电力二极管由正向偏置的通态转换为反向偏置的断态过程。必须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力,进入截止状态。在关断之前有较大的反向电流出现,并伴随有明显的反向电压过冲。

2)开通特性:电力二极管由零偏置转换为正向偏置的通态过程。电力二极管的正向压降先出现一个过冲U_FP,经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值(1~2V)。这一动态过程时间被称为正向恢复时间t_fr。电导调制效应起作用需一定的时间来存储大量少子,达到稳态导通前管压降较大;正向电流的上升会因器件自身的电感而产生较大压降。电流上升率越大,U_FP越高。