最新半导体二极管及其基本应用电路918 (2)ppt课件.ppt

二极管的一般符号二极管的一般符号 二极管的符号二极管的符号发光二极管发光二极管 稳压二极管稳压二极管 光电二极管光电二极管 变容二极管变容二极管 隧道二极管隧道二极管 温度效应温度效应二极管二极管 t 双向击穿二极管双向击穿二极管 磁敏二极管磁敏二极管 体效应二极管体效应二极管 双向二极管双向二极管 交流开关二极管交流开关二极管UI死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。导通压降导通压降: : 硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向击穿电反向击穿电压压U(BR) 死区死区电压电压反向反向 由于少子的漂移运动形成很由于少子的漂移运动形成很小的反向电流小的反向电流,且且U U(BR)时时,其反向电其反向电流突然增大流突然增大,反向击穿。反向击穿。温度对二极管伏安特性的影响温度对二极管伏安特性的影响在环境温度升高时，二极管的正向特性将在环境温度升高时，二极管的正向特性将 ？移，？移，反向特性将？移。反向特性将？移。二极管的特性对温度很敏感，具有负温度系数。二极管的特性对温度很敏感，具有负温度系数。 50I / mAU / V0.20.4 25510150.010.020温度增加温度增加主要参数主要参数1）最大整流电流）最大整流电流 IF二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。向平均电流。2）最高反向工作电压）最高反向工作电压UR3）反向电流）反向电流 IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要大几十到几百倍。的反向电流要大几十到几百倍。4)最高工作频率最高工作频率fM 在实际应用中，应根据管子所用的场合，按在实际应用中，应根据管子所用的场合，按其所承受的最高反向电压、最大正向平均电流、其所承受的最高反向电压、最大正向平均电流、工作频率、环境温度等条件，选择满足要求的二工作频率、环境温度等条件，选择满足要求的二极管。极管。PN+PN+总总 结结二极管的等效电路二极管的等效电路 1. 将伏安特性折线化将伏安特性折线化理想理想二极管二极管近似分析近似分析中最常用中最常用理想开关理想开关导通时导通时 UD0截止时截止时IS0导通时导通时UDUon截止时截止时IS0导通时导通时i与与u成成线性关系线性关系应根据不同情况选择不同的等效电路！应根据不同情况选择不同的等效电路！理想理想模型模型恒压降模型恒压降模型折线模型折线模型DTDDdIUiur根据电流方程，Q越高，越高，rd越小。越小。 当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。ui=0时直流电源作用时直流电源作用小信号作用小信号作用静态电流静态电流2. 微变等效电路微变等效电路( (低频交流小信号作用下的等效电路低频交流小信号作用下的等效电路) )定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止 若二极管是理想的，若二极管是理想的，例例1：D6V12V3k BAUAB+ 二极管的钳位作用是指利用二极管正向导通压降相对稳定，且二极管的钳位作用是指利用二极管正向导通压降相对稳定，且数值较小数值较小(有时可近似为零有时可近似为零)的特点，来限制电路中某点的电位。的特点，来限制电路中某点的电位。2、?例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+ kR6VVDD6uDiD解：解： 理想模型理想模型： ，加在二极管阳极的电位高于加在，加在二极管阳极的电位高于加在二极管阴极的电位，二极管导通。二极管阴极的电位，二极管导通。VVDD6VuD0mARViDDD166103例例3 电路如图所示，电路如图所示， ， 。试分别用理。试分别用理想模型和恒压降模型，求解电路的想模型和恒压降模型，求解电路的 和和 的值。的值。VVDD6VuD7 . 0mARViDDD88. 01067 . 067 . 03 ，加在二极管阳极的电位高于加在二极管阴极的电位，二极管导通。解：恒压降模型：例例4 电路如图所示，假设图中的二极管是理想的，电路如图所示，假设图中的二极管是理想的，试判断二极管是否导通，并求出相应的输出电压。试判断二极管是否导通，并求出相应的输出电压。解：解：二极管二极管D导通，输导通，输出电压出电压 。VU3O1 二极管二极管D截止，输出截止，输出电压电压 。VU5O2b.V5V时，判断出二极管时，判断出二极管D导通导通,直流电直流电流为流为mA8 . 8A)5000.65( DDRUVIc.V=10V时，时，mA8 .18A)5000.6-10(DRUVID1. V2V、5V、10V时二极管中的直流时二极管中的直流电流各为多少？电流各为多少？mA8 . 2A)5000.62( DDRUVIa.V2V时，判断出二极管时，判断出二极管D导通导通,直流电流直流电流为为二极管导通电压UD 为0.6V,UT=26mV二极管的近似分析计算二极管的近似分析计算IR10VE1kIR10VE1k例：例：串联电压源模型串联电压源模型mA3 . 9K1V)7 . 010(I测量值测量值 9.32mA相对误差相对误差00002 . 010032. 99.332. 9理想二极管模型理想二极管模型RI10VE1kmA10K1V10I相对误差相对误差0000710032. 932. 9100.7V2. 若输入电压的有效值为若输入电压的有效值为20mV，f=1kHz的正弦波，则上述各的正弦波，则上述各种情况下二极管中的交流电流的有效值各为多少？种情况下二极管中的交流电流的有效值各为多少？didDTDDdrUIIUiur，a.V2V，ID2.8mA2.15mAmA)3 . 920(3 . 9)8 . 226(ddIr，b.V5V，ID 8.8mA6.77mAmA)95. 220(95. 2)8 . 826(ddIr，c.V10V，ID 18.8mA14.5mAmA)38. 120(38. 1)8 .1826(ddIr，在伏安特性上，在伏安特性上，Q点越高，二极管的动态电阻越小！点越高，二极管的动态电阻越小！二极管基本应用电路二极管基本应用电路 二极管在低频和高频以及数字电路均有广泛的应二极管在低频和高频以及数字电路均有广泛的应用。用。以下主要介绍二极管在低频电路的几种应用。以下主要介绍二极管在低频电路的几种应用。二极管几种基本应用 整流电路整流电路限幅电路限幅电路电平选择电路电平选择电路（1）工作原理）工作原理u2的正半周，的正半周，D导通，导通， ADRLB，uO= u2 。 2u2uu2的负半周，的负半周，D截止，承受反向电压，为截止，承受反向电压，为u2； uO=0。基本应用电路基本应用电路1、整流电路、整流电路整流电路是利用二极管的单向导电整流电路是利用二极管的单向导电作用，将交流电变成直流电的电路。作用，将交流电变成直流电的电路。半波整流电路半波整流电路改变电路及二极管的接入方式改变电路及二极管的接入方式,可得不同波形。可得不同波形。基本应用电路基本应用电路全波整流电路全波整流电路 牢记牢记全波整流全波整流电路下列电路下列2个电路特征：个电路特征： （1）一组全波整流电路中使用两只整流二极管；）一组全波整流电路中使用两只整流二极管； （2）电源变压器次级线圈必须有中心抽头）电源变压器次级线圈必须有中心抽头。二极管限幅电路二极管限幅电路 又称为：又称为：“削波电路削波电路”, 能够把输入电压变化范围加以限制，常能够把输入电压变化范围加以限制，常用于波形变换和整形。用于波形变换和整形。例：例：二极管构成的限幅电路如图所示，二极管构成的限幅电路如图所示，R1k，UREF=2V，输入信号为，输入信号为ui。 (1)若若 ui为为4V的直流信号，分别采用理想二极管模型、的直流信号，分别采用理想二极管模型、理想二极管串联电压源模型计算电流理想二极管串联电压源模型计算电流I和输出电压和输出电压uo+-+UIuREFRiuO解解：（1）采用理想模型分析。）采用理想模型分析。 采用理想二极管串联电压源模型分析。采用理想二极管串联电压源模型分析。mA2k12VV4REFiRUuIV2REFoUumA31k1V702VV4DREFi.RUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu（2）如果）如果ui为幅度为幅度4V的交流三角波，波形如图（的交流三角波，波形如图（b）所）所示，分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模示，分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模型分析电路并画出相应的输出电压波形。型分析电路并画出相应的输出电压波形。+-+UIuREFRiuO解：解：采用理想二极管采用理想二极管模型分析。波形如图所示。模型分析。波形如图所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用理想二极管串联采用理想二极管串联电压源模型分析，波形电压源模型分析，波形如图所示。如图所示。+-+UIuREFRiuOV sin18itu t 二极管限幅电路及波形（图）二极管限幅电路及波形（图）2.7V二极管电平选择电路 能够从多路输入信号中选出最低电平或最高电平的电路称为电平选择电路。二极管电平选择电路（图）1、输入、输入u1、u2，加入方波信号，加入方波信号,二二极管的导通电压极管的导通电压UON=0.7v2、 E为电源，为为电源，为5V电压。电压。3、看输出看输出u0的变化情况的变化情况以上为低电平选择电路。以上为低电平选择电路。从多路输入信号中选出最低电平或最高电平的电路，称为电平选择电路。一种二极管低电平选择电路如图所示。设两路输入信号u1, u2均小于E。表面上看似乎V1,V2都能导通，但实际上若u1 u2 ，则V1导通后将把uo限制在低电平u1上，使V2截止。反之，若u2 u1 ，则V2导通，使V1截止。只有当 u1 = u2时， V1, V2才能都导通。可见，该电路能选出任意时刻两路信号中的低电平信号。当u1, u2为方波时，输出端选出的低电平波形。如果把高于2.3V的电平当作高电平，并作为逻辑1，把低于0.7V的电平当作低电平，并作为逻辑0，由图可知，输出与输入之间是逻辑与的关系。因此，当输入为数字量时，该电路也称为与门电路。将图电路中的V1,V2反接，将E改为负值，则变为高电平选择电路。如果输入也为数字量，则该电路就变为或门电路还是以u10.65V时V1才能导通； (u0-u2)0.65V时V2才能导通。如果V2导通，则V2右端的电压为u0=(u2+0.65)，但是因为u1u20.65V，依然是加了正向电压电压，所以V1还是导通，使得u0=(u1+0.65)，(u0-u2)=(ui+0.65-u2)0.65V。V2加了反向电压而截止。V2被V1限制了。反之亦然。42 稳压管是特殊的稳压管是特殊的面接触型面接触型半导体半导体硅二极管硅二极管,其其反向击穿是可逆的反向击穿是可逆的,且反向电压较稳定。且反向电压较稳定。稳压二极管及其应用电路稳压二极管及其应用电路稳压二极管正是利用稳压二极管正是利用PN结的结的“反向击穿特性反向击穿特性”。稳压二极管可用于限幅和稳压。稳压二极管可用于限幅和稳压。43一、一、稳压二极管符号及其稳压二极管符号及其伏安特性曲线伏安特性曲线稳压误差稳压误差曲线越曲线越陡，电陡，电压越稳压越稳定。定。-+ IZminiZ /mAuZ/VO UZ IZmax UZ IZ IZ稳压二极管的特性稳压二极管的特性 工作条件：反向击穿工作条件：反向击穿正向同正向同二极管二极管稳定稳定电压电压 当稳压二极管工作在反向击穿当稳压二极管工作在反向击穿状态下状态下,工作电流工作电流IZ在在Izmax和和Izmin之间变化时之间变化时,其两端电压近似为常其两端电压近似为常数数.LRv稳压管应与负载电阻稳压管应与负载电阻并联。并联。v应采取限流措施，以防热击穿。应采取限流措施，以防热击穿。v外加电源正极接外加电源正极接N区，负极接区，负极接P区区。二、稳压二极管的主要参数二、稳压二极管的主要参数（1）稳定电压）稳定电压 UZ（2）电压温度系数）电压温度系数 稳压值受温度变化影响的系数。稳压值受温度变化影响的系数。（3）动态电阻）动态电阻ZZIUZr （4）稳定电流）稳定电流IZ（5）最大允许功耗）最大允许功耗maxZZZMIUP 三、稳压过程三、稳压过程RLIZ+uCCUOURIZURUOIRUIUOUZ= UOUI三、稳压过程三、稳压过程RLIZ+uCCUOuRRLUOIZURUOILIRUI不变不变UI稳压电路分析 是依靠是依靠R上电压变化进行调节。上电压变化进行调节。 对限流电阻对限流电阻R要合理选择要合理选择 Rmax要使要使Uz还能工作，还能工作， Rmin不能使不能使IZ太大，以免烧毁。太大，以免烧毁。 对限流电阻对限流电阻R要合理选择要合理选择,计算见书介绍计算见书介绍。 发光二极管 具有具有 电电光光 转换的性能转换的性能 .可见光有可见光有 红、黄、绿、蓝、紫等。红、黄、绿、蓝、紫等。发光亮度与工作电流成比例。发光亮度与工作电流成比例。可用于各种指示灯、七段数码灯等。可用于各种指示灯、七段数码灯等。点式点式LED字段式字段式LED点阵式点阵式LED光柱式光柱式LEDLED 的类型的类型显示器件的类型显示器件的类型VFD 荧光显示器荧光显示器PDP 等离子显示器等离子显示器ECD 电致变色显示器电致变色显示器EPD 电泳显示器电泳显示器PLZT 铁电陶瓷显示器铁电陶瓷显示器LED (Light Emitting diode) 发光二极管发光二极管LCD (Liquid Crystal Display) 液晶显示器液晶显示器Light Emitting Diode发光类型：发光类型： 可见光：可见光：红、黄、绿红、黄、绿显示类型：显示类型： 普通普通 LED ，不可见光：不可见光：红外光红外光点阵点阵 LED七段七段 LED ,L E DLED 的类型的类型按形状分：字段式、点式、光柱式、点阵式按形状分：字段式、点式、光柱式、点阵式按发光颜色分：红、橙、黄、绿、双色、三色按发光颜色分：红、橙、黄、绿、双色、三色按发光强度分：普通亮度、高亮度按发光强度分：普通亮度、高亮度特性特性u /Vi /mAO2工作条件：工作条件：正向偏置正向偏置工作电流工作电流 : 几几mA 几十几十 mA导通电压导通电压 : ( 1.5 3) VLED 的特性和参数的特性和参数几种红色发光二极管的参数几种红色发光二极管的参数 极 限 参 数 电 参 数 光 参 数 型 号最大功率PM (mW) 最大正向 电流 (mA) 反向击 穿电压 (V)正向电流 IF (mA)正向电压 UF (V)反向电流 IR (A)结电容 (PF)发光主波波长(A)带 宽 (A)光强分布角 (度)FG112001 100 50 10FG112102 100 50 5 20 2 100 100 6500 200 15FG112104 30 20 5FG112105 100 70 10从外观判别极性从外观判别极性通电判别极性和好坏通电判别极性和好坏用万用表挡测量用万用表挡测量LED极性和好坏极性和好坏5VLED 极性的判别和检测极性的判别和检测将测量挡切换到将测量挡切换到 R 10k, 用用万用表的万用表的LED的正、反的正、反向电阻，阻值偏小的的一向电阻，阻值偏小的的一次，黑表笔所接触的为正次，黑表笔所接触的为正极。若两次测量的阻值均极。若两次测量的阻值均为为 ，则该，则该LED已坏。已坏。Whats wrong？good！沪产沪产LED灯将使奥运期间的灯将使奥运期间的“水立方水立方”变幻出飞龙、游鱼。昨天，从上变幻出飞龙、游鱼。昨天，从上海市科委传出消息，来自上海广茂达的近海市科委传出消息，来自上海广茂达的近50万颗万颗LED灯已被安装在奥运场馆灯已被安装在奥运场馆“水立方水立方”上。这些奇异的上海小灯将使上。这些奇异的上海小灯将使“水立方水立方”的原本晶莹剔透的蓝色的原本晶莹剔透的蓝色“气泡气泡”展示另一种美丽，变幻出不同色彩和图案。展示另一种美丽，变幻出不同色彩和图案。LED灯的中文名字叫灯的中文名字叫“半导体照明半导体照明”，是不需要钨丝和灯管的颗粒状发光，是不需要钨丝和灯管的颗粒状发光器件。器件。相比白炽灯和荧光灯，相比白炽灯和荧光灯，LED灯不但节能，寿命超长，没有污染，而且还灯不但节能，寿命超长，没有污染，而且还能实现智能化控制，展现出全光谱的绚丽色彩。能实现智能化控制，展现出全光谱的绚丽色彩。奥运期间，奥运期间，“水立方水立方”景观灯景观灯将演绎各种主题的图案。将演绎各种主题的图案。疑问：升起的五环怎么能瞬间出现疑问：升起的五环怎么能瞬间出现?侯军祥总监告诉记者：侯军祥总监告诉记者：“其实这个五环是由其实这个五环是由LED灯组成，灯组成，也就是可发光二极管，总共用了也就是可发光二极管，总共用了4万多个高级二极管，组万多个高级二极管，组成了这样一个成了这样一个3612.5米的巨型五环。实际上它提早升上米的巨型五环。实际上它提早升上了半空，并在瞬间通过感应元件点亮。于是在两边的观众了半空，并在瞬间通过感应元件点亮。于是在两边的观众就以为，五环是瞬间出现的，其实是灯光的效果。到最后就以为，五环是瞬间出现的，其实是灯光的效果。到最后五环突然立起来了，也是这样的原理。五环突然立起来了，也是这样的原理。” 疑问疑问:巨型画卷是怎么转动的巨型画卷是怎么转动的? 温庆林总监介绍：温庆林总监介绍：“一张纸、一个大屏幕、一个五环、一张纸、一个大屏幕、一个五环、一个地球是开幕式的四大重点，这四个重点由两个画轴串一个地球是开幕式的四大重点，这四个重点由两个画轴串联成，必须把他们有机融合在一起才能串起整场开幕式。联成，必须把他们有机融合在一起才能串起整场开幕式。从观众的角度看这两个画轴在美丽地转动着，实际并不是从观众的角度看这两个画轴在美丽地转动着，实际并不是这样的，它们根本没有旋转，只是平移，像两扇门一样。这样的，它们根本没有旋转，只是平移，像两扇门一样。为了造成旋转的效果，技术人员通过不同线束在不同状态为了造成旋转的效果，技术人员通过不同线束在不同状态下发光的原理，用下发光的原理，用LED灯渐次熄灭和点亮的原理，制造成灯渐次熄灭和点亮的原理，制造成旋转的效果。同时，为了达到更加逼真的效果，画轴里面旋转的效果。同时，为了达到更加逼真的效果，画轴里面的木芯确实是在转的，这就减轻了负载的重量。的木芯确实是在转的，这就减轻了负载的重量。” 一、判断下列说法是否正确，用一、判断下列说法是否正确，用“”和和“”表表示判断结果填入空内。示判断结果填入空内。(1)在在N 型半导体中如果掺入足够量的三价元素，型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为可将其改型为P 型半导体。型半导体。( ) (2)因为因为N 型半导体的多子是自由电子，所以它型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。带负电。( ) (3)PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为结在无光照、无外加电压时，结电流为零。零。( ) 二、选择正确答案填入空内。二、选择正确答案填入空内。(l) PN 结加正向电压时，空间电荷区将结加正向电压时，空间电荷区将 。 A.变窄变窄 B.基本不变基本不变 C.变宽变宽(2)稳压管的稳压区是其工作在稳压管的稳压区是其工作在 。A.正向导通正向导通 B.反向截止反向截止 C.反向击穿反向击穿三、写出图图Tl.3 所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压UD=0.7V。解：解：UO1=1.3V, UO2=0V, UO3=-1.3V, UO4=2V, UO5=1.3V, UO6=-2V。四、已知稳压管的稳压值UZ=6V，稳定电流的最小值IZmin=5mA。求图图Tl.4 所示电路中UO1和UO2各为多少伏。1.1选择合适答案填入空内。(l)在本征半导体中加入( )元素可形成N 型半导体，加入( )元素可形成P 型半导体。 A.五价 B.四价 C.三价(2)当温度升高时，二极管的反向饱和电流将( ) 。 A.增大 B.不变 C.减小10siniutiuou1.2电路如图图P1.2 所示，已知(V)，与的波形。设二极管导通电压可忽略不计。试画出tuisin5iuou1.3电路如图图P1.3所示，已知 (V)，二极管导通电压UD=0.7V。试画出与 的波形图，并标出幅值。mVUT26iu1.4电路如图图P1.4所示, 二极管导通电压UD=0.7V,常温下，电容C对交流信号可视为短路；为正弦波，有效值为10mV。试问二极管中流过的交流电流的有效值为多少？1.5现有两只稳压管，稳压值分别是6V和8V，正向导通电压为0.7V。试问：(1)若将它们串联相接，则可得到几种稳压值？各为多少？(2)若将它们并联相接，则又可得到几种稳压值？各为多少？6ZUVmin5ZImAmax25ZImAIUOU35IUV1.6 已知图图Pl.6 所示电路中稳压管的稳定电压 ,最小稳定电流，最大稳定电流(1)分别计算 为10V 、15V 、35V 三种情况下输出电压的值；(2)若时 负载开路，则会出现什么现象？ 为什么？1.7 在图图Pl.7 所示电路中，发光二极管导通电压UD =1.5V ，正向电流在515mA 时才能正常工作。试问：(1)开关S 在什么位置时发光二极管才能发光？(2)R的取值范围是多少？