认识二极管【修订】

龙虾

一、伏安特性

    二极管的伏安特性曲线是这么一个指数式的方程：


    电脑表达式： I = Is * ( Exp(U/Ut) -1 )

    这个方程不包括极端的情况，例如反向击穿区。在二极管的检波工作区，这条式子很有代表性。

    式中，Ut≈0.026伏；Is为饱和电流。当有一个较大的反向电压时，击穿之前，反向电流以此为极限。


二、用Is推算零电压点电阻Rd

    零电压的电导就是这条曲线在零点上的斜率。用微分计算：

    dI / dU = Is * Exp(U/Ut) * 1/Ut

    零电压U=0时，电导 dI / dU = Is / Ut

    所以零电压电阻 Rd = dU/dI = Ut / Is

    以HP5082-2853为例，Is=0.022μA

    于是 Rd = 0.026伏/0.022μA = 1181KΩ



    这是元件参数表，给出的Rd = 1227KΩ，两者相差不多。理想系数用来修正这个差别。实际中理想系数大于1，Ut会大一点，Rd也会大一点。

    再试算一个HSM2860。推算：Rd = 0.026伏/0.038μA = 684KΩ，与表中的723KΩ也接近了。


三、用Rd推算Is

    表中没有给出Bat85的Is。Rd是不是200KΩ？就当它是吧。

    推算：Is = Ut/Rd = 26mV/200KΩ = 0.13μA = 130nA


四、用Is推算正向压降
    正向压降一般是指1mA电流的正向压降。把式子变一下，就有
    U = Ut * ln(I/Is+1)
    HSMS2850的Is=3μA。把I=1000μA（1mA），Ut=0.026伏代入：
    U = 0.026伏 * ln( 1000 / 3  + 1 ) = 0.15伏
    所以HSMS2850在1mA电流的正向压降是0.15伏


五、用正向压降推算饱和电流Is

    一些数字万用表可以测量二极管的正向压降。这是一只不知型号的二极管，数字表测得1mA的压降0.245伏：


    公式变一下，有 Is = I / Exp(U/Ut-1)

    代入数据，得Is = 1mA / Exp(0.245/0.026-1) = 0.08μA = 80nA


六、二极管并联

    两只不知型号的二极管。

    甲：测得正向压降0.240伏，推算Is=98nA
    乙：测得正向压降0.242伏，推算Is=91nA

    甲乙并联：Is = 98nA + 91nA = 189nA，再算得正向压降为0.223伏。实测为0.221伏。相当准！

    实用推论：

    当电压明显大于26mV时：
    1、电压升高26mV，电流增加至2.7倍；
    2、电压升高18mV，电流增加至2倍；
    3、电压升高28.5mV，电流增加至3倍；
    4、二管并联，正向压降减小18mV；
    5、三管并联，正向压降减小28.5mV。


七、温度影响

    上面测的正向压降0.245伏和0.240伏是同一只管！0.245伏是刚拿出来时的数据，为了拍照摆在阳台上。过了一会儿，温度升高了，压降小了，饱和电流也从80升到97nA。

    温度影响有没有这么大？这是个疑问。因为数字表有不稳定性，也会受温度影响。

    温度会影响二极管，这是没有疑问的。


八、比较两批Bat85

    第一批，测得正向压降0.219--0.227伏，推算Rd：118--161KΩ。先前选用了的一只是0.216伏，推算Rs：108KΩ

    第二批，测得正向压降0.265--0.273伏，推算Rd：694--944KΩ。


九、选择合适的二极管

    理想的检波管器件，正向压降越小越好，反向电流越小越好。

    但二极管的伏安特性，使这两个要求互相矛盾。它们是关联的，反向电流小的正向压降大，正向压降小的反向电流大。所以存在着最佳匹配的问题，不能一概而论了。

    二极管靠非线性进行检波，加在二极管上的电压要明显大于26毫伏，才会有好的检波效果。

    电压也不能全都加在二极管上，还得有足够电压加到负载上，才能获得较大的输出功率。于是，二极管、负载之间就有一个优化分配电压的问题。

    前级的谐振回路如果有能力，把电压升高一点，这样二极管、负载都能得到较大的电压，这是好的。如果电流提供能力不足，升高的电压只会被自己的内阻吃掉。所以存在着谐振回路、二极管、负载这三者之间的匹配问题。

    如果选择HSMS2850，Is=3000nA的，二极管上要有0.13伏（5倍Ut），需要442μA电流。
    如果选择HP5082-2853，Is=22nA，二极管上要有0.13伏，只需要3.2μA电流。弱信号有利。
   
    如果选择HP5082-2853，Is=22nA，要通过0.5mA电流，需要0.500伏。
    如果选择HSMS2850，Is=3000nA的，要通过0.5mA电流，只需要0.133伏。强信号有利。

    以上说的都理论化的二极管。实际二极管还有电阻、电容等参数。

    举例说，HP5082-2853的1mA正向压降接近0.3伏，1N60大管居然也有超过0.3伏的，前者适用于高阻抗弱信号，后者适用于强信号，与前面的分析非常非常的不符合。

    所以本文说的只是一点基础，要选择更合适的二极管，还需要有更全面的理论。

蒙古乐忽门

我要是你学生就好了,肯定能考上加州大学!!!!!!!!

呜呼

原帖由 蒙古乐忽门 于 2009-12-28 14:19 发表
我要是你学生就好了,肯定能考上加州大学!!!!!!!!

很好的基础知识，感谢贡献！

龙虾

蒙古乐忽门大兄太谦虚了！

赏花邀月

再次收藏 。

老矿友

学者型的矿友啊

zzm530919

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龙虾

xjw01

这种测法误差是偏大的。受温度、理想因子的影响。最好把电流降到10uA


[ 本帖最后由 xjw01 于 2010-8-25 08:36 编辑 ]

龙虾

可以自己修正一下，例如把理想系数当作1.05，0.22伏的读.21伏的数，饱和电流311nA，零点电阻84K。温度按每8--10度饱和电流下降一半，零点电阻升高一倍。心中有一个大概的数，可以达到实用的水平。

xjw01

原帖由 龙虾 于 2010-8-25 08:32 发表
可以自己修正一下，例如把理想系数当作1.05，0.22伏的读.21伏的数，饱和电流311nA，零点电阻84K。温度按每8--10度饱和电流下降一半，零点电阻升高一倍。心中有一个大概的数，可以达到实用的水平。

我的意思是说，直接用10uA的电流来测，精度就会高一些。不要用1mA来测量。

xjw01

顺便说一下，昨天我用梁老师他们的耳机灵敏度数据计算了一下，我们的耳机灵敏度不够，用Rd=3R0匹配效果不好，还是用Rd=1.5R0来匹配吧。

我用功放可以达到顶级耳机的水平，所以用Rd=3R0匹配效果好。