《模拟电子技术基础》完整版ppt整本书课件全套教学教程最全电子讲义（最新).ppt

模拟电子技术基础 （第3版）,（高职高专教育）,高等教育出版社,自英国物理学家麦克斯韦（J.C.Maxwell）1865年发表了第一篇有关电磁场的论文和德国物理学家赫兹（H.R.Hertz）1887年用实验验证了电磁波的存在，一门新兴的学科无线电电子学（简称电子学）就诞生了。,在短短的一个多世纪内，电子学得到迅速发展，作为研究和应用电子学的电子技术也突飞猛进地发展。,一、电子技术的发展与应用概况,电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的科学技术。 电子技术以影响面广、渗透力强、发展速度快生命力强而引人注目，它的应用日益广泛。 人们熟知的通信、广播、电视、计算机、自动化设备、医疗电子设备、人造卫星、宇宙航行、新型武器及家用电器等都与电子技术紧密相连。,各种电子设备都是由电子线路构成的。 电子线路是由电子器件（又称有源器件，如电子管、半导体二极管、晶体管、集成电路等）和电子元件（又称无源器件，如电阻器、电容器、电感器、变压器等）组成的具有一定功能的电路。 电子器件是电子线路的核心。电子器件的发展促进了电子技术的发展；同时，生产力和科技进步对电子技术的新要求，又促进了电子器件的改进和新型器件的发明。,1904年电子管的发明，使电子技术进入了第一个电子时代电子管时代。从此，无线电通信、电视、广播、雷达、导航电子设备和计算机等开始问世，并得到迅速发展。,1948年贝尔（Bell）实验室发明晶体管后，使电子技术进入晶体管时代，拉开了人类社会步入信息时代的序幕。晶体管的广泛应用，开创了电子设备朝小型化、微型化发展的新局面。,1958年，德克萨斯仪器公司发明了集成电路，使电子技术进入集成电路时代。它的出现打破了由电子管、晶体管等独立电子器件和元件构成的分立元件电路的传统观念，使电子技术的发展与应用有了新的突破。,集成电路芯片是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片上，实现特定的电路或系统功能。它具有外部连线少、可靠性高、便于安装与调试等优点。,集成电路发明者:杰克基尔比,杰克基尔比在这本笔记本里记下了他关于第一块集成电路的成功构思。,集成电路的集成度以年增长率46%的速率持续发展，而产品价格却直线下降，因而应用范围迅速扩大。集成电路已从20世纪6070年代的小、中规模进入8090年代的大规模和超大规模集成电路。当前已进入系统集成芯片（SOC-System On Chip）的时代，可将整个系统或子系统集成在一个硅芯片上。,SoC：系统芯片,进一步发展，可以特种物理的、化学的和生物的敏感器（完成信息获取功能）和执行器与信息处理系统集成在一起，从而完成信息获取、处理、存贮、传输到执行的系统功能，这是一个更广义上的系统集成芯片。,可以认为这是电子技术又一次革命性变革。它已如同细胞组成人体一样，成为现代工农业、第三产业、国防装备和家庭耐用消费品的细胞。,2000年以集成电路为基础的电子信息产业已成为世界第一大产业。电子信息产业的发展在国民经济发展中具有十分重要的战略意义。,现代经济发展的数据表明，GDP每增长100元，需要10元左右电子工业产值和13元集成电路产值的支持。,几乎所有的传统产业只要与电子技术结合，用集成电路进行智能改造，就会使传统产业重新焕发青春，例如汽车的电子化导致汽车工业的革命，目前先进的现代化的汽车，电子装备已占其总成本的70%。,进入信息化社会，集成电路成为武器的一个组成单元，于是电子战、智能武器应运而生。雷达的精确定位和导航，战略导弹的减重增程，战术导弹的精确制导，巡航导弹的图形识别与匹配，以及各类卫星的有效载荷和寿命的提高等等，其核心技术都是微电子技术。,最近美国工程技术界评出20世纪世界最伟大工程技术成就的第5项电子技术时谈到，“从真空管到半导体、集成电路已成为各行各业智能工作的基石。”,由于集成电路的原料是硅，它改变着社会的生产方式和人们的生活方式，不仅成为现代产业和科学技术的基础，而且正在创造着代表着信息时代硅文化（Silicon Culture），因此有科学家认为人类继石器、青铜器、铁器时代之后进入硅石时代。,我国工业和信息化部2012年2月24日发布电子信息制造业“十二五”发展规划，2010年，我国规模以上电子信息制造业销售收入达63945亿元，较2005年（31010亿元）翻一番，五年间年均增速超过15%。 “十二五”期间，我国规模以上电子信息制造业销售收入年均增速保持在10%左右，2015年超过十万亿元。在集成电路、新型显示器件、关键元器件、重要电子材料及电子专用设备仪器等领域突破一批核心关键技术。集成电路产品满足国内市场需求近30%，芯片制造业规模生产技术达到12英寸、32/28纳米工艺；平板电视面板自给率80%以上。,我国目前属于集成电路消费大国，成为全球最大电子信息产品制造基地。2005年集成电路进口额为788.2亿美元，居贸易逆差的榜首，差额为650.7亿美元。到20202050年中国将成为集成电路产业强国，世界将成为中国集成电路的市场。,二、课程的性质和任务,本课程是高等职业教育电子信息类专业通用的技术基础课程，也是实践性较强的一门主干课程。在本专业人才培养过程中具有重要的地位和作用。,通过理论教学和实验、课程设计等实践教学，使学生获得电子元器件和功能电路及其应用的基本知识，掌握电子技术基本技能，培养学生创新意识和实践能力，以适应电子技术发展的形势,为后续课程的学习和形成职业能力打好基础。,通过教学使学生获得以下知识和能力：,（1）熟悉常用电子元器件的性能特点及其应用常识，具有查阅手册、合理选用、测试常用电子元器件的能力。,（2）掌握常见功能电路的组成、工作原理、性能特点及其分析计算方法，具有常见低频电路读图能力。,（3）熟悉常见电路的调试方法，具有电路简单故障分析、排除能力。,三、模拟电路组成,本课程是研究模拟电路（低频部分）及其应用的课程。,模拟信号是时间上和数值上都是连续的信号，它能模拟真实世界的物理量（如声音、温度、压力等等）的电压或电流，它的变化是连续的和平滑的。,模拟电路则是产生和处理模拟信号的电路。,相对应的在时间上和数值上都是断续的信号称为数字信号，数字电路则是产生和处理信号的电路。,数字电路的知识学习由数字电子技术课程完成。,电子产品大多是由一些模拟电路或者数字模拟电路混合组装而成的。,所谓模拟电子设备，一般是由低频电子电路组合而成的模拟系统。,日常接触到的许多电子设备和仪器，如扩音器、录音机、温度控制装置、示波器以及附录B中所介绍的模拟电子报警器等等，都是模拟电子设备。它们在国民经济、上层建筑直至人们的日常生活中，发挥着作用。,例如可燃气体报警器，当可燃气体浓度超过标准时，能发出声光报警，以采取措施，保证安全。虽然它们的性能、用途各有不同，但就其电子电路部分而言，可以说都是由一些基本单元电路组成的，其基本结构方面有着共同的特点。,一般来说，典型的模拟电子设备由3个组成部分：一是传感器件部分；二是信号放大和变换电路部分，三是执行机构部分。图0.1所示为典型模拟电子设备的方框图。,图0.1 模拟电子设备组成框图,1传感器件,传感器件主要用来把非电信息转换为电信号，例如话筒、磁头、热敏器件、气敏器件等。例如附录B中的可燃气体报警器、烟雾报警器中的传感器，红外报警器中的热释电传感器等。,2信号放大与变换,从传感器件送来的电信号，一般是比较微弱的，有的信号波形也不符合要求，往往不能直接推动执行机构正常工作，必须将这种信号加以放大或变换，再传送给执行结构。例如红外报警器的热释电传感器需经两级放大；可燃气体报警器需经过比较器、发光二极管驱动电路、振荡器等送往执行机构。,3执行机构,执行机构则是把电能转换成其他形式的能量，以便完成人们所需要的功能。例如报警器中的发光二极管、扬声器等。,四、课程学习注意事项,1. 提高对本课程重要性的认识，努力学习。 本课程在本专业人才培养过程中具有十分重要的地位和作用： 本课程要为后续课程的学习打好基础，要为学生走上工作岗位后 再学习能力的形成打好基础； 本课程是为培养学生的电子技术应用能力服务的，电子技术应用能力是电子信息专业人才的能力主线之一； 本课程所学的元器件和基本电路在工程技术实践中具有广泛的实用价值，学好它，直接为形成专业能力适应工作岗位要求服务； 本课程所学知识，是就业应聘面试或测验的主要内容之一。本课程是电类专业的主干课程，应提高认识，认真学习。,2. 理论联系实际，重视实践动手能力培养。 学习的目的在于应用，理论教学要为培养电子技术能力服务。 本课程是实践性很强的课程，强调理论联系实际显得尤为重要。 实践教学环节如电子线路实验、课程设计等是培养能力、实现知识向能力转化的重要途径。 能力的培养对学生十分重要，具有较强的实践动手能力是电子信息类高职人才在社会上立足的必备条件之一。,3. 注重职业道德培养，养成良好职业习惯。 具有良好职业习惯和职业道德是具有较高综合素质的重要内涵，也是毕业生在工作岗位上和人才市场具有竞争里的重要条件之一。 电子技术工作是严、细、实的技术工作，必须具有良好的职业习惯，严谨、细致、求实的工作作风。 在电路设计、安装、调试过程中，要做到严密细致，考虑性能价格比和经济效益。同时还必须严格遵守实验规则和安全操作规程。否则，轻则损坏仪器设备，使实验结果错误或无法进行；重则发生设备和人身安全事故。,4. 加强创新意识和创新思维的培养 创新是时代的主旋律。创新教育是当今教育界的主题，高职培养的创新型高技能人才，就是在传统高技能人才基础上，具有更强的学习能力、创新能力和实践能力，同时又具有较强的好奇心和求知欲，能提出问题、分析问题、解决问题，既遵守规矩又敢于革新、富有个性又有团队精神，能较好地解决企业一线工艺技术难题的专门人才。,创新需要继承与积累，在本课程学习阶段要为培养创新能力打基础。为培养创新意识、创新思维、创新能力，要一学二仿三创。 一要学习前人经验，掌握基本电路原理，学会电子元器件、电子电路应用方法，同时前人在发明元器件、创建实用电路时，有许多“奥妙”之处，我们要学其精髓，激发创新思维； 二要开动脑筋，运用所学知识技能，仿照实例，解决课程教学任务提出来的问题；三要树立创新意识，在课程设计中应用所学知识，仿照示例，“创造性”地解决设计任务给出的以前未曾遇到过的问题，培养电子技术应用能力和创新能力。,1.1 半导体二极管 1.2 特种二极管 1.3 二极管整流电路 1.4 滤波电路,1.了解本征半导体、杂质半导体与PN结的基本知识。 2.了解二极管的结构，熟悉图形符号、单向导电性，理解二极管伏安特性、主要参数、掌握二极管应用，会用万用表检测二极管极性和质量优劣。 3. 熟悉稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管电路符号、工作特点及其应用；了解肖特基二极管、快速恢复二极管的功能、电路符号，了解SMT与微型二极管基本知识。,4.掌握单相整流电路组成及工作原理；会估算整流电路输出直流电压、选择整流二极管；掌握全波、桥式整流电路中二极管的正确装接方法；选学倍压整流电路组成、工作原理及应用。 5.理解电容滤波电路工作原理，会估算输出电压，会正确选用二极管和电解电容；了解LC滤波电路组成，熟悉RC滤波电路组成，会估算输出电压。,半导体二极管是最简单的电子器件，应用十分广泛。图1.0.1所示是一款照明、验钞功能“二合一”的充电式手电筒，在电路板上可以找到四种不同的二极管。 手电筒内部电路板如图1.0.2所示。它采用超高亮可聚光环保型LED灯，耗电低，照明时间长。手电筒内置充电免维护铅酸蓄电池，可循环充放电使用。,图1.0.1 手电筒外观 图1.0.2 手电筒内部电路板,1.1 半导体二极管,半导体二极管是最简单的电子器件，但应用十分广泛。其主要用于整流、限幅、开关等。,1.1.1 半导体与PN结、二极管基础知识,1半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。常用的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、硒（Se）和砷化镓（GaAs）等。,1.1 半导体二极管,2本征半导体： 纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体。,一、半导体与本征半导体,1.热敏特性,1.1 半导体二极管,它具有热敏特性，当温度升高，半导体材料的导电能力显著增强。这是由于价电子从热能中获得能量，挣脱共价键的束缚而成为自由电子（Free electron）。,二、半导体特性,图1.1.1 共价键结构与空穴产生示意图,1.1 半导体二极管,这时，在共价键结构中留下相同数量的空位，每个原子失去价电子后，变成带正电荷的离子，从等效观点来看，每个空位相当于带一个电子电荷量的正电荷，称之为空穴（Hole）。 在半导体中，空穴也参与导电。其导电实质是在电场作用下相邻共价键中的价电子填补了空穴而产生新的空穴，而新的空穴又被其相邻的价电子填补，这个过程持续下去，就相当于带正电荷的空穴在移动。共价键结构与空穴产生示意图如图1.1.1所示。热激发使电子、空穴成对产生。 当温度下降时，半导体材料的导电能力显著下降。利用半导体对温度十分敏感的特性，制成了工业自动控制装置中常用的热敏电阻。,某些半导体，受到光照时，半导体就像导体一样，导电能力很强；当没有光线照射时，就像绝缘体一样不导电，这种特性称为“光敏”特性。光照强度越强，半导体的导电性能越好。,1.1 半导体二极管,3.掺杂特性,2. 光敏特性,本征半导体的导电能力差，但是在本征半导体中掺入某种微量元素（杂质）后，它的导电能力可增加几十万甚至几百万倍。 人们正是通过掺入某些特定的杂质元素，精确地控制半导体的导电能力，制成各种性质、用途的半导体器件。,图1.1.2 掺杂半导体共价键结构示意图 (a)N型半导体 (b)P型半导体,图1.1.3 N型半导体和P型半导体简化结构示意图 (a)N型半导体简化结构示意图 (b)P型半导体简化结构示意图,N型半导体是否带负电？为什么？,三、PN结及其单向导电性 如果通过一定的生产工艺把半导体的P区和N区部分结合在一起，则它们的交界处就会形成一个很薄的空间电荷区，称为PN结（PN Juntion）。 PN结具有单向导电性，外加偏置电压，正偏导通，反偏截止。即P区电位高于N区，PN结通导，相当于开关闭合；P区电位低于N区电位，PN结截止，相当于开关断开。,1.1.2 半导体二极管的结构、类型、电路符号,一、半导体二极管的内部结构示意图,图1.1.4 二极管内部结构示意图、电路符号、实物图 (a)内部结构 (b)图形符号 （c）整流二极管实物图,以PN结为管芯，在P区和N区均接上电极引线，并以外壳封装，就制成了半导体二极管，简称二极管。 从P区接出的引线称为二极管的阳极（Anode）,从N区接出的引线称为阴极（Cathode）。,二、电路符号,二极管电路符号如图1.1.4 (b)所示。其中三角箭头表示二极管正向导通时电流的方向。,三、半导体二极管分类,半导体二极管按所用材料不同可分为硅管和锗管。按不同用途可分为整流、稳压、变容、发光、光电、开关二极管等。 国产半导体器件命名方法见本书附录表A1。例如：2AP9，查表可知为N型锗材料制成的普通二极管，序号为9；2CZ52K为N型硅材料制成的整流二极管，它的序号为52，规格号为K。,国产半导体器件命名方法。,2AP9，“2”表示电极数为2，“A”表示N型锗材料，“P”表示普通管，“9”表示序号。,1.1.3 二极管的伏安特性,一、二极管的单向导电性 图(a)中的开关闭合，灯亮，大电流；图(b)开关闭合，灯不亮，电流几乎为零。,图1.1.5 半导体二极管单向导电性实验 （a)二极管正向偏置 （b)二极管反向偏置,二极管阳极电位高于阴极电位，称为二极管(PN结)正向偏置，简称正偏(Forward bias)； 二极管阳极电位低于阴极电位，称为二极管(PN结)反向偏置，简称反偏(Reverse bias)。 二极管正偏导通，反偏截止的这种特性称为单向导电性(Onilateral conductivity)。,二、二极管的伏安特性(Volt-ampere characteristics),二极管的伏安特性曲线如图1.1.6所示，分为三部分： (a)正向特性 (b)反向特性 (c)反向击穿特性,图1.1.6 半导体二极管（硅管）伏安特性曲线,1.正向特性 当二极管正向偏置，硅管正偏电压u0.5V，锗管小于0.1V时，IF0，故称为死区，这个电压称为死区电压Uth(又称为阈值电压或门坎电压)，如图1.1.6中0A段所示。 当正偏电压大于阈值电压，随着外加电压的增加，正向电流逐渐增大。当正偏电压达到导通电压UD(on)（硅管约为0.7V，锗管约为0.2V）曲线陡直上升,u稍增大，IF显著增加（IF每增加十倍，U约增加60mV）。这一段称为“正向导通区”，曲线如图中BC段所示。其中曲线AB段称之为“缓冲带”。BC段对应的二极管两端电压称为二极管的正向管压降UF，硅二极管UF为0.70.8V,一般取0.7V，锗管UF为0.20.3V，通常取0.2V。这一段二极管正向管压降近似恒定。在实际使用中，二极管正偏导通就是指工作在这一段。,2.反向特性 二极管反向偏置时，二极管有微小电流通过，称为反向电流，如图1.1.6中OD段所示。由图可见，反向电流基本上不随反向偏置电压的变化而变化。这时，二极管呈现很高的反向电阻，处于截止状态，在电路中相当于开关处于关断状态。 二极管的反向电流越小，表明二极管的单向导电性越好。,3.反向击穿特性 在图1.1.6中，当由D点继续增加反偏电压时，反向电流在E处急剧上升，这种现象称之为反向击穿，二极管发生击穿时的电压称为反向击穿电压UBR。 各类二极管的反向击穿电压大小各不相同。普通二极管、整流二极管等不允许反向击穿情况发生，因二极管反向击穿后，电流不加限制，会使二极管PN结过热而损坏。,1.1.4 温度对二极管特性的影响,1、温度升高1，硅和锗二极管导通时的正向压降UF将减小2.5mv左右。 2、温度每升高10，反向电流增加约一倍。 3、温度升高时，二极管反向击穿电压UBR会有所下降。,1.1.5 二极管主要参数,1最大整流电流IF IF为指二极管长期运行时允许通过的最大正向直流电流。 IF与PN结的材料、面积及散热条件有关。 大功率二极管使用时，一般要加散热片。 在实际使用时，流过二极管最大平均电流不能超过IF，否则二极管会因过热而损坏。,1.1.5 二极管主要参数,2最高反向工作电压URM（反向峰值电压） URM为二极管在使用时允许外加的最大反向电压。URM=UBR。 实际使用时，二极管所承受的最大反向电压值不应超过URM，以免二极管发生反向击穿。,3反向电流IR IR是指在室温下，二极管未击穿时的反向电流值。 4最高工作频率 二极管的工作频率若超过一定值，就可能失去单向导电性，这一频率称为最高工作频率。主要由PN结的结电容的大小来决定。 点接触型二极管结电容较小，可达几百兆赫兹。 面接触型二极管结电容较大，只能达到几十兆赫兹。,必须注意的是，手册上给出的参数是在一定测试条件下测得的数值。如果条件发生变化，相应参数也会发生变化。因此，在选择使用二极管时注意留有裕量。,在下列情况下，哪种情况会使二极管损坏？为什么？ 正向电流大于最大整流电流IF； 反向电压大于最高反向工作电压URM； 工作频率大于最高工作频率fM。,1.1.6 二极管管脚识别及性能简易测试,二极管阳极、阴极一般在二极管管壳上都注有识别标记，有的印有二极管电路符号，对于玻璃或塑料封装外壳的二极管，有色点或黑环的一端为阴极。 一、用万用表检测二极管极性和质量优劣 对于极性不明的二极管，可用万用表电阻档测二极管正、反向电阻，加以判断。,1.1.6 二极管管脚识别及性能简易测试,可使用万用表电阻档通过测量二极管的正、反向电阻值，来判别其阳极、阴极。 可用万用表R1k、R100档对二极管性能进行简易测试。,(a) (b) 图1.1.7 二极管极性识别及性能简易测试 (a)正向测试 (b)反向测试,1.1.6 二极管管脚识别及性能简易测试,用万用表红表笔接二极管阴极，黑表笔接二极管阳极测得电阻称为正向电阻，将黑、红表笔对调测得电阻为反向电阻。 对于小功率锗管，若测得正向电阻为1001000，小功率硅管为几百欧姆至几千欧姆之间，反向电阻阻值在几十千欧(锗管)至几百千欧(硅管)以上，说明二极管的性能是正常的 。 若二极管正向电阻增大、反向电阻减小，二极管性能变劣。若正向电阻、反向电阻均趋于零，二极管短路；正向电阻、反向电阻均趋于无穷大，二极管开路。,1.1.6 二极管管脚识别及性能简易测试,在用万用表测二极管极性和性能时，要注意以下问题。 （1）小功率二极管测试不能用R10、R1档，以防过电流损坏二极管；不能用R10k档，以防过电压使二极管击穿。 （2）根据二极管功率大小和种类的不同，选择不同倍率的电阻档。小功率二极管用R1k、R100档，中大功率二极管一般选用R10档或R1档。 （3）同一二极管选用万用表的型号不同或同一万用表的档位不同，所测得阻值会有所不同，这是由于万用表的内电压、内电阻不同及二极管的非线性所致。,二、用数字万用表测量二极管,1.极性判别 把数字万用表置于二极管测量档，表笔分别接二极管的两引脚，若数字万用表显示屏显示“1”以下数字时，说明二极管正向导通，红表笔所接为正极，黑表笔所接为负极。此时显示数字为二极管的正向压降，单位为V。若显示数字为“1”，说明二极管反向偏置，处于截止状态，红表笔所接为负极，黑表笔所接为正极。 2.判别硅管、锗管 把数字万用表置于二极管测量档，红表笔接二极管正极，黑表笔接二极管负极，使二极管处于正向导通状态，若显示屏显示导通电压为0.50.7V，说明被测管为硅管；若显示屏显示导通电压为0.10.3V，说明被测管为锗管。,1.1.7 二极管的应用,半导体二极管应用十分广泛。工程上它可用来当作开关，当二极管正偏时，二极管导通，相当于开关闭合，二极管两端的电压为导通电压UD(on)。反偏时，二极管截止，相当于开关关断。在数字电路中，可用二极管组成分立元件与门、或门电路。在低频电路中主要用于组成整流电路、限幅和小电压稳压电路等。,一、二极管限幅电路 限幅电路（Limiting Circuit）又称削波电路，是用来限制输入信号电压范围的电路。,1.1.7 二极管的应用,1.单向限幅电路,图1.1.8 单向限幅电路 (a)电路图 (b)波形图,1.1.7 二极管的应用,2.双向限幅电路,图1.1.9 双向限幅电路 (a)电路图 ( b)波形图,1.1.7 二极管的应用,二、低电压稳压电路 利用半导体二极管在正偏导通时导通电压基本不变的特性可组成低电压稳压电路，电路如图1.1.10所示。图中R为限流电阻，防止二极管过流而损坏。若VD1、VD2为硅管，UO=1.4V。,图1.1.10 低电压稳压电路,1.半导体由哪两种载流子参与导电？它们有什么不同？ 2.PN结有什么特性？ 3.二极管国产型号的命名由哪几部分组成？各表示什么含义？,二极管的种类很多，利用PN结的单向导电性制成的二极管有整流二极管、检波二极管、开关二极管等。 此外，PN结还有一些其他特性，采用适当工艺方法可制成特种功能用途的二极管，如稳压二极管（Voltage regulator diode）、变容二极管、肖特基二极管、快速恢复二极管、发光二极管、光电二极管等。,1.2 特种二极管,1.2.1 稳压二极管（Voltage regulator diode）,一、稳压二极管及其伏安特性 反向击穿时流过二极管的电流在很大范围内变化，而管子两端电压几乎不变，这一特性称之为PN结的稳压特性。稳压二极管就是通过半导体特殊工艺处理后，使其具有很陡峭的反向击穿特性的二极管。 稳压二极管又称齐纳二极管（Zener diode）,简称稳压管。它的电路符号与典型稳压二极管的伏安特性如图1.2.1所示。常用稳压二极管又2CW和2DW系列。,1.2 特种二极管,1.2 特种二极管,图1.2.1 稳压二极管电路符号、伏安特性、实物图 (a)电路符号 (b)稳压二极管伏安特性 （c）实物图,稳压二极管实物图,二、稳压二极管主要参数,1. 稳定电压UZ 它是指稳压管中电流为规定值IZ时的反向击穿电压。 2. 动态内阻rZ 它是指稳压管两端电压变化量UZ与相应电流变化量IZ之比值。它反映管子的稳压性能，rZ越小，稳压性能越好。 3. 稳定电流IZ 它是指保持稳定电压UZ时的电流。也就是管子的最小稳定电流IZminIZ。当反向击穿电流小于IZmin时，管子不能稳压或效果不好。,4. 最大耗散功率PM和最大工作电流IZM PM为稳压管所允许的最大功率，IZM为稳压管允许流过的最大工作电流，超过PM或IZM时，管子因温度过高而损坏。 PMUZ IZM,通常UZ5V的稳压管具有负温度系数，UZ8V的稳压管具有正温度系数，而UZ在6V左右时稳压管（如2DW7型）的温度系数最小。,5. 稳定电压的温度系数CTV 稳压管中流过的电流为IZ时，环境温度每变化1，稳定电压相对变化量（用百分数表示）称为稳定电压的温度系数。它表示温度变化对稳定电压UZ的影响程度。,三、使用注意事项 稳压二极管使用时应注意以下问题： 稳压二极管正常使用时应反向偏置。 从元器件手册上查得稳定电流IZ为最小稳压电流，为使稳压二极管正常稳压且不过流损坏，应加接限流电阻，使工作电流IZ满足以下条件 IZminIZIZM。 式中，IZmin在元器件手册中是用IZ来表征的，不要和本式的IZ混淆。,1. 稳压二极管正向偏置，能稳压吗？此时输出电压为多大？ 2.从附录表A.3查得2CW57的工作电流IZ为5mA，最大电流IZM为26mA，在实际使用中工作电流应怎么选？,1.2.2 变容二极管,1变容二极管原理、电路符号 变容二极管是利用PN结反偏时结电容大小随外加电压而变化的特性制成的。,2用途 它主要在高频电路中用作自动调谐、调频、调相等，例如在电视接收机的调谐回路中作可变电容等。,图1.2.2 变容二极管电路符号、C-U曲线、实物图,1.2.3 肖特基二极管,肖特基二极管是利用金属和N型或P型半导体接触形成具有单向导电性的二极管，因此也称金属半导体二极管。其图形符号如图1.2.3所示。,图1.2.3 肖特基二极管电路符号,它在数字集成电路中与晶体三极管做在一起，形成肖特基晶体管，以提高开关速度。还可用作高频检波和续流二极管等。,1.2.4 快速恢复二极管,快速恢复二极管图形符号如图1.2.4所示，它与普通二极管相似，但制造工艺与普通二极管有所不同，在靠近PN结的掺杂浓度很低，以此获得较高开关速度和较低的正向压降。它的反向恢复时间为200750nS，高速的可达10nS，与肖特基二极管相比，其耐压值要高得多。 它主要用作高速整流元件，在开关电源和逆变电源中作整流二极管，以降低关断损耗，提高效率和减小噪声。,图1.2.4 快速恢复二极管电路符号,1.2.5 发光二极管,发光二极管（Light emitting diode，缩写LED）是最常见的电-光转换器件。,一、发光二极管的分类,(1)按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。单个发光二极管只能发出单一颜色，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片，成为双色或三色发光二极管。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管常用来做指示灯。 (2)按掺或不掺散射剂、有色还是无色划分：有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种。其中，散射型发光二极管常用来做指示灯。,(3)按发光管出光面特征划分为：圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。其中，圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等，且外形尺寸以3mm、5mm最为常见。 国外通常把3mm的发光二极管记作T-1；把5mm的记作T-1（3/4）；把4.4mm的记作T-1（1/4）。,(4)按发光强度划分：普通亮度的LED（发光强度100mcd）；高亮度的LED(发光强度在10100mcd间)。,(5)按工作电流划分：一般LED(工作电流在十几毫安至几十毫安)；低电流LED(工作电流在2mA以下，其亮度与普通发光管相同）。,除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。,二、发光二极管的符号及特性,发光二极管的外形封装、图形符号、伏安特性曲线如图7.1.1所示。当所施加正向电压（UF）未达开启电压时，正向电流IF几乎为零，但电压一旦超过开启电压时，电流急剧上升，电流、电压几乎成线性关系，即发光二极管呈欧姆导通特性。,发光二极管图片,三、发光二极管主要参数,最大工作电流IFM 它是指发光二极管长期工作时，所允许通过的最大电流。 正向压降UF 它是指通过规定正向电流时，发光二极管两端产生的正向电压。 正常工作电流IF 它是指发光二极管两端加上规定正向电压时，发光二极管的正向电流。 反向电流IR 它是指发光二极管两端加上规定反向电压时，发光二极管内的反向电流。该电流又称反向漏电流。 发光强度IV 它是表示发光二极管亮度大小的参数，其值为通过规定电流时，其管心垂直方向上单位面积所通过的光通量，单位为mcd。 发光二极管的发光颜色是由发光波长决定的。故发光波长也是主要参数之一。,四、发光二极管使用注意事项,对于全塑形封装的LED，正、负极引脚靠环氧树脂固定，为避免管芯受热损坏和因环氧树脂受热软化致使引脚移动时内引线断开，装配焊接时要注意： 第一，印制电路板上LED安装孔应与管子两引脚间距相同，使引脚与环氧树脂管帽不产生应力； 第二，焊接所用电烙铁应选25W 以下，焊接点应离管帽4mm以上； 第三，焊接时电烙铁接触时间不要超过4s，最好用镊子夹住管脚进行散热。 要合理选择LED的驱动电流，不能超过允许值，以免PN结结温过高，缩短管子寿命。,四、发光二极管使用注意事项,普通发光二极管属电流控制器，使用时必须加限流电阻R，图1.2.5中电阻即为限流电阻。R对保证LED正常工作起决定作用。 一旦R值选定，电源VCC值就不能改变，否则将会造成LED发光强度的变化，严重时会损坏LED。 电压型发光二极管，外形与普通二极管无区别，其内部除普通二极管外，还集成有一个限流电阻，该电阻与发光二极管串联，引出二引脚。使用时加上额定电压，它便会正常发光。,发光二极管的反向电压一般选多少伏？,五、极性判别与性能初测,发光二极管可用数字万用表进行极性判别与性能初测，方法与普通二极管类似。 将数字万用表置于二极管测量档，正反两次测量电压数值应一大一小，大的显示“1”(超量程)，发光二极管不发光；小的一次的数值为正向压降，发光二极管微弱发光，此时红表笔所连接的引脚为正极；且发光二极管性能正常。如果正反两次测得均为“1”(超量程)，或均为较小电压数值，表明发光二极管已损坏。,六、发光二极管的驱动,发光二极管是一种电流控制器件。正向偏置，且IF在正向工作电流所规定的范围之内，就能发光。其供电电源既可以是直流的也可以是交流的。,1、直流电源驱动,发光二极管LED的直流电源驱动电路如图1.2.6所示。限流电阻R的估算式为,式中，UF为LED正向电压，一般取12V，IF为正向工作电流， UF与IF可从产品手册中查得。,图1.2.6 发光二极管直流电源驱动电路,本章引言案例充电式手电筒中的LED就是直流电源驱动的。详情见“本章引言案例分析”LED充电式手电筒电路分析。,发光二极管输出的光强度在很宽的电流范围内与流过它的PN结的正向电流成正比，故可利用交流驱动对LED的发光强度作线性调制，且常用于光通信及光耦合隔离电路中。,2、交流驱动,为使LED输出较大的光功率，必须采用交流电流源来驱动。,交流驱动电路如图1.2.7所示，图(a)中的VD对LED起反向保护作用，图(b)的接法可提高电源的利用率。,图1.2.7 LED的交流驱动电路 （a）二极管反向保护电路 （b）双发光二极管电路,(2)限流电阻估算,限流电阻R可由下式估算,式中,US为交流电源电压的有效值，UF为LED正向工作电压，IF为LED正常工作电流。,3.晶体管驱动 发光二极管的晶体管驱动参阅本书2.3.1节。,4.数字电路与比较器驱动 数字电路与比较器驱动是指当数字电路或比较器输出低电平或高电平时，LED正偏导通发光。附录B图B.2所示可燃气体报警器电路中，VD6黄色LED、VD7红色LED就是比较器进行驱动的。,比较器A2输出低电平(UL0.77V)，VD6黄色LED发光。黄色LED选用2EF841，查手册，其导通电压为2V，IF=10mA，最大工作电流IFM=30mA，限流电阻R5=220，工作电流,IFI<IFM，符合要求。,1.2.6 光电二极管及其应用,光电二极管亦称光敏二极管（Photodiode，缩写PD），为了提高它的工作性能，人们研制出许多性能优良的新品种，如Si光敏二极管、PIN光电二极管、雪崩光敏二极管、肖特基光电敏二极管、HgCdTe光伏二极管等等。它们的结构及制作工艺不同，而工作原理基本相同，限于篇幅，下面以Si光电二极管为例进行介绍,1.2.6 光电二极管及其应用,一、光电二极管图形符号、工作原理及主要参数 半导体光电器件的基本工作原理是半导体中的光生伏特效应。由于PN结存在内建电场，在受到光照时，便有光电流流过外接电路，即使没有外加偏压，PN结也会产生光生电动势，这种光电效应（Photogalvanic effect）通常称为光生伏特效应。 光电二极管有光伏和光电导两种工作模式。光伏模式不加偏置电压，而光电导模式则要加反向偏置电压。光电二极管图形符号如图1.2.8所示。 光电二极管按衬底材料的导电类型不同，有2CU和2DU两大系列。其中2CU系列以型硅为衬底，2DU系列为型硅材料为衬底。它们的结构和电路符号如图1.2.9所示。,1.2.6 光电二极管及其应用,1.2.6 光电二极管及其应用,由图1.2.9可见，2CU系列光电二极管只有两条引出线，而2DU系列光电二极管有三条引出线。从高掺杂型硅区引出电极称为环极。2DU型管加环极的目的是为了减小因表面漏电流而产生的暗电流和噪声。 如使用时环极悬空，除暗电流和噪声较大外，其他性能均不受影响。2型管反偏时，不会产生表面漏电流，故不需加环极。 光电二极管实物图如图1.2.10所示。,图1.2.10 光电二极管实物图,1.2.6 光电二极管及其应用,三、光电二极管主要参数 光电二极管主要电参数有暗电流、光电流IR、最高工作电压。最高工作电压是指电流不超过允许值的最大反向电压。 光电二极管的主要特性参数有： （1）灵敏度 它是给定的入射光的光电流与光照功率（或光照强度）的比值，该值愈大愈好，其典型值为0.1A/Ix数量级。 （2）光谱范围 指光电二极管入射光允许波长范围一般在0.41.1m之间。 （3）峰值波长(Peak wave length) 指光电二极管灵敏度最高时入射光的波长。锗管的峰值波长为1.465m，硅管的峰值波长为0.9m。 （4）响应时间 指光电二极管将光信号转换成电信号所需要的时间。,1.2.6 光电二极管及其应用,四、光电二极管应用 光电二极管一般用作光电检测器件，把光信号转换成电信号。 光电二极管简单应用电路如图1.2.11所示。图1.2.11（a）为无偏置电路，适用于光伏模式光电二极管，输出电压Uo=IRRL