《极管及其应用》课件.ppt

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1、模拟电子技术模拟电子技术第第2 2章章 二极管及其应用二极管及其应用 v通过本章的学习，你将掌握如下内容：通过本章的学习，你将掌握如下内容：1.二极管具有单向导电性二极管具有单向导电性；2.常用二极管的种类常用二极管的种类；3.二极管的应用二极管的应用；4.简易稳压电源的制作简易稳压电源的制作。模拟电子技术模拟电子技术2 21 1 半导体二极管半导体二极管概述：概述：vPN结结是在杂质半导体的基础上形成的一种具是在杂质半导体的基础上形成的一种具有特殊性质的物理结构，它是常用的二极管、有特殊性质的物理结构，它是常用的二极管、三极管结构的物理基础，二极管的单向导电三极管结构的物理基础，二极管的单向

2、导电性就是由它决定的。性就是由它决定的。v常用的二极管的类型很多，主要应用有：整常用的二极管的类型很多，主要应用有：整流电路，钳位电路，限幅电路和元件保护电流电路，钳位电路，限幅电路和元件保护电路等路等。模拟电子技术模拟电子技术2.1.1 PN结形成v半导体的掺杂特性半导体的掺杂特性:v杂质半导体有杂质半导体有P P型和型和N N型两种型两种 vP P型和型和N N型半导体通过一定的方法结合起来，型半导体通过一定的方法结合起来，会在两者的界面处形成具有特殊性质的物理会在两者的界面处形成具有特殊性质的物理结构结构PNPN结结 vPNPN结有着很特殊的性质结有着很特殊的性质单向导电性单向导电性。模

3、拟电子技术模拟电子技术2.1.2 2.1.2 二极管的基本结构和符号二极管的基本结构和符号v在在PNPN结二端加上引线并进行封装，就成为晶结二端加上引线并进行封装，就成为晶体二极管，简称二极管。体二极管，简称二极管。v二极管的文字符号在国际标准中用二极管的文字符号在国际标准中用VDVD表示，表示，在中国用在中国用D D来表示。常见的二极管外形和符号来表示。常见的二极管外形和符号如图所示。如图所示。模拟电子技术模拟电子技术2 21 13 PN3 PN结的导电特性结的导电特性v1.1.外加正向电压使外加正向电压使PNPN结导通结导通v2.2.外加加反向电压使外加加反向电压使PNPN结截止结截止模拟

4、电子技术模拟电子技术2 21 14 4 二极管的伏安特性二极管的伏安特性v伏安特性伏安特性就是指在二极管两端加电压时，通就是指在二极管两端加电压时，通过二极管的电流与所加电压的关系过二极管的电流与所加电压的关系.v关系用曲线表示，则称为关系用曲线表示，则称为伏安特性曲线伏安特性曲线 可以使用实验的手段，描绘出二极管的伏安可以使用实验的手段，描绘出二极管的伏安特性曲线特性曲线 模拟电子技术模拟电子技术v1 1正向特性正向特性 当二极管外加正向很小时，正向电流很微弱。当二极管外加正向很小时，正向电流很微弱。只有当正向电压超过某值后，正向电流明显只有当正向电压超过某值后，正向电流明显增大，这一电压称

5、为导通电压或门限电压，增大，这一电压称为导通电压或门限电压，用用U UTHTH表示。在室温下，硅管的表示。在室温下，硅管的U UTHTH=0=05 50 06V6V。锗管的。锗管的U UTHTH0 01 10 02V2V。二极管导通后，。二极管导通后，随电压增大，电流将迅速增大随电压增大，电流将迅速增大 模拟电子技术模拟电子技术v2 2反向特性反向特性 二二极极管管两两端端加加上上反反向向电电压压时时，只只有有极极微微弱弱反反向向电电流流通通过过。在在温温度度一一定定情情况况下下，反反向向电电压压值值变变化化时时，反反向向电电流流基基本本不不变变，所所以以，常常称称之之为为反反向向饱饱和和电电

6、流流，记记作作I IS S。小小功功率率硅硅管管的的IsIs一般小于一般小于0 01A1A，而锗管约几个微安。，而锗管约几个微安。模拟电子技术模拟电子技术v3 3反向击穿特性反向击穿特性 当反向电压达到某值时，如图中达到约当反向电压达到某值时，如图中达到约50V50V时，二极管进入反向击穿状态。此时，时，二极管进入反向击穿状态。此时，u uD D只只要有一点点变化，电流值就会迅速变大。这要有一点点变化，电流值就会迅速变大。这种状态称为反击击穿状态。种状态称为反击击穿状态。模拟电子技术模拟电子技术 二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线模拟电子技术模拟电子技术 2 21 13 3 二极管的主要

7、参数二极管的主要参数v1.1.最大整流电流最大整流电流I IF F二极管长期连续工作时，所允许通过电流的最大值二极管长期连续工作时，所允许通过电流的最大值v2.2.最高反向工作电压最高反向工作电压U URMRM 二极管工作时，所能允许的最大的反向工作电压二极管工作时，所能允许的最大的反向工作电压 v3.3.最高工作频率最高工作频率f fM Mf fM M是二极管工作的上限截止频率。超过此值时，由于是二极管工作的上限截止频率。超过此值时，由于结电容的作用，二极管将不能很好地体现单向导电结电容的作用，二极管将不能很好地体现单向导电性性。模拟电子技术模拟电子技术2.1.4 二极管应用举例二极管应用举

8、例v1.1.整流整流：整流就是把交流电变为脉动直流电。：整流就是把交流电变为脉动直流电。利用二极管的单向导电性，可以实现整流。利用二极管的单向导电性，可以实现整流。v2.2.限幅限幅：利用二极管导通后压降很小且基本：利用二极管导通后压降很小且基本不变的特性，可以构成限幅电路，使输出电不变的特性，可以构成限幅电路，使输出电压幅度限制在某一电压值内。压幅度限制在某一电压值内。v3.3.保护保护：电子电路中，常利用二极管来保护：电子电路中，常利用二极管来保护其他元器件免受过高电压的损害其他元器件免受过高电压的损害 。模拟电子技术模拟电子技术图图2.7 二极管保护电路二极管保护电路图图2.6 二极管限

9、幅电路及波形二极管限幅电路及波形模拟电子技术模拟电子技术2 21 15 5 特殊二极管特殊二极管具有特殊用途的二极管具有特殊用途的二极管 1.稳压二极管稳压二极管：利用的是二极管在击穿时陡峭的反向：利用的是二极管在击穿时陡峭的反向击穿特性，实现电压稳定的。击穿特性，实现电压稳定的。2.发光二极管（发光二极管（LEDLED）与发光数字管）与发光数字管：发光二极管是用特殊的半导体材料（如砷化镓等）制发光二极管是用特殊的半导体材料（如砷化镓等）制成的。材料不同所发出的光的颜色就不同。成的。材料不同所发出的光的颜色就不同。发光二极管特点发光二极管特点是：正向工作电压为（）是：正向工作电压为（）V，比普

10、通，比普通二极管的正向工作电压要高，工作电流小二极管的正向工作电压要高，工作电流小（1030）mA、耗电省、寿命长等，常用于信号、耗电省、寿命长等，常用于信号显示、快速光源。显示、快速光源。模拟电子技术模拟电子技术3光电二极管光电二极管：光电二极管是一种能将接收的：光电二极管是一种能将接收的光信号转换成电信号输出的半导体二极管，光信号转换成电信号输出的半导体二极管，又称光敏二极管，其基本特性是在光的照射又称光敏二极管，其基本特性是在光的照射下能产生光电流。下能产生光电流。4光电耦合器光电耦合器：是一种以光为媒介，用来传输：是一种以光为媒介，用来传输电信号的光电器件。它通常由发光器电信号的光电器

11、件。它通常由发光器(可见光可见光LED或红外线或红外线LED)和受光器和受光器(光电半导体管光电半导体管)封装在同一管壳内组成。封装在同一管壳内组成。5变容二极管变容二极管：利用反向偏压来改变二极管电：利用反向偏压来改变二极管电容量的一种特殊器件，已被广泛用于彩色电容量的一种特殊器件，已被广泛用于彩色电视机的电子调谐器、直接调频等电路中，通视机的电子调谐器、直接调频等电路中，通过控制直流电压改变其电容量过控制直流电压改变其电容量 模拟电子技术模拟电子技术2 22 2 简单直流稳压电源简单直流稳压电源v直流稳压电源直流稳压电源是把交流电整流变换成稳定的是把交流电整流变换成稳定的直流电的电子电路。

12、通常包括整流、滤波和直流电的电子电路。通常包括整流、滤波和稳压三部分电路。稳压三部分电路。模拟电子技术模拟电子技术2.2.1 2.2.1 单相半波整流电路单相半波整流电路v单相半波整流电路：1电路组成及工作原理电路组成及工作原理模拟电子技术模拟电子技术2 2负载上直流电压与电流值的估算负载上直流电压与电流值的估算v设变压器副绕组的交流电压为设变压器副绕组的交流电压为U2，则，则v负负载载两两端端的的电电压压为为半半波波脉脉动动直直流流电电压压uL，其其平均值为：平均值为：v负负载载中中流流过过的的电电流流是是半半波波脉脉动动直直流流，其其平平均均值为：值为：模拟电子技术模拟电子技术3 3二极管

13、的选择二极管的选择v选择半波整流二极管时：选择半波整流二极管时：二极管的参数二极管的参数最大整流电流最大整流电流应满足应满足:IFIL2/RL 反向工作电压反向工作电压应满足应满足 URM 。模拟电子技术模拟电子技术2.2.2 2.2.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路v1电路组成及工作原理电路组成及工作原理组成：可可以以用用四四只只分分立立的的二二极极管管，也也可可以以使使用用一一个个内内部有四个二极管的桥堆部有四个二极管的桥堆。模拟电子技术模拟电子技术工作原理：vU2的正半周，的正半周，D1、D2被正向偏置导通，被正向偏置导通，D2、D4因因被反向偏置而截止。电流的流向为被反向偏置而截止

14、。电流的流向为AD1RLD3B，uO=u2。在。在RL上形成了上正上形成了上正下负的输出电压。下负的输出电压。vU2的负半周，的负半周，D1、D2被反向偏置截止，被反向偏置截止，D2、D4因因正反向偏置而导通。电流的流向为正反向偏置而导通。电流的流向为 BD2RLD4 A，uO=-u2。同样在。同样在RL上形成上形成了上正下负的了上正下负的UO。模拟电子技术模拟电子技术2 2负载上直流电压与电流值的估算负载上直流电压与电流值的估算v负载两端的直流电压由下式计算：负载两端的直流电压由下式计算：UOLv输出电流为输出电流为IO：IOO/RL 模拟电子技术模拟电子技术3 3 二极管的选择二极管的选择

15、v管子的最大整流电流为管子的最大整流电流为 IF IO /2v最高反向工作电压为最高反向工作电压为 URM U2 模拟电子技术模拟电子技术2.2.3 2.2.3 滤波电路滤波电路v作用作用：滤除整流后电流的交流成分，从而得到较滤除整流后电流的交流成分，从而得到较为平滑的直流电。为平滑的直流电。1.电容滤波电路电容滤波电路工作原理工作原理：当当S接在接在1端时，没有电容的端时，没有电容的滤波作用，为半波整流输出滤波作用，为半波整流输出波形；波形；当当S接在接在2或或3端时，有电容端时，有电容接入电路，通过电容器的充、接入电路，通过电容器的充、放电作用，使电容两端，也放电作用，使电容两端，也就是负

16、载两端，即输出端得就是负载两端，即输出端得到了较为平滑的直流电。到了较为平滑的直流电。模拟电子技术模拟电子技术（2 2）输出直流电压的估算输出直流电压的估算vUO 11.1 U2 （半波整流电路）（半波整流电路）（）（）vUO 11.2 U2（桥式）（桥式）（）（）（3 3）整流二极管与滤波电容的选择）整流二极管与滤波电容的选择最大整流电流最大整流电流IF参数留有充分的余量，以保证二极管参数留有充分的余量，以保证二极管的安全，满足：的安全，满足：IFIO （）最高反向工作电压最高反向工作电压URM满足满足 （）（若是桥式电路，满足（若是桥式电路，满足 即可）即可）模拟电子技术模拟电子技术滤波电

17、容滤波电容C C的数值，通常按下面公式选择的数值，通常按下面公式选择 vRLC（35）T（半波）（半波）（）（）vRLC（35）T/2（桥式整流电路时）（桥式整流电路时）（）（）电容器的耐压值为：电容器的耐压值为：UC 2 U2 （）（4）电容滤波电路的特点）电容滤波电路的特点电路结构简单，输出电压相比未加电容滤波时有所电路结构简单，输出电压相比未加电容滤波时有所提高，输出电压的脉动成分减少。可用于负载电流提高，输出电压的脉动成分减少。可用于负载电流较小的场合。较小的场合。模拟电子技术模拟电子技术2.电感滤波电路电感滤波电路v工工作原理作原理是：电感元是：电感元件的直流电阻很小，件的直流电阻很

18、小，而对交流呈现出很大而对交流呈现出很大的阻抗。整流后的脉的阻抗。整流后的脉动直流中的直流成分动直流中的直流成分经过电感基本上没有经过电感基本上没有损失，而交流成分却损失，而交流成分却大部分降在电感上，大部分降在电感上，这样负载这样负载RL上便得到上便得到较为平滑的直流电压。较为平滑的直流电压。模拟电子技术模拟电子技术输出电压的估算：输出电压的估算：v在忽略电感在忽略电感L上的直流压降时，上的直流压降时，RL的直流电压为的直流电压为 UO 2 （）（）优点优点是：外特性（是：外特性（UO与与IO的关系）比较平坦，在负载的关系）比较平坦，在负载电流较大的场合，脉动反而较小，故这种电路适用于电流较

19、大的场合，脉动反而较小，故这种电路适用于电压低，负载电流较大的场合。电压低，负载电流较大的场合。缺点缺点是，体积大、成本高、存在电磁干扰。是，体积大、成本高、存在电磁干扰。模拟电子技术模拟电子技术1.复式滤波电路复式滤波电路v电路中，电感与负载串联衰减交流成分，电容与负载并联对电路中，电感与负载串联衰减交流成分，电容与负载并联对交流成分进行滤波。从而使负载交流成分进行滤波。从而使负载RL上得到更加平滑的直流上得到更加平滑的直流电。电。模拟电子技术模拟电子技术 2.2.4 2.2.4 稳压管稳压电路稳压管稳压电路v实用的直流稳压电路实用的直流稳压电路：采用了桥式整流、电容滤波和稳压管稳压电路。输

20、出电压采用了桥式整流、电容滤波和稳压管稳压电路。输出电压Uo的数值决定于稳压管的稳压值。的数值决定于稳压管的稳压值。模拟电子技术模拟电子技术第二章第二章 学习指导学习指导 v1.二极管是由二极管是由PN结构成的，结构成的，PN结的单向导电性决结的单向导电性决定了二极管的单向导电性。给二极管外加正向电压定了二极管的单向导电性。给二极管外加正向电压且等于或大于导通电压且等于或大于导通电压Vth时，二极管导通；当给二时，二极管导通；当给二极管外加反向电压时，二极管截止。极管外加反向电压时，二极管截止。v2.二极管的伏安特性是二极管的电流与电压关系曲二极管的伏安特性是二极管的电流与电压关系曲线，总体上

21、反映了二极管的特性。正向特性区域的线，总体上反映了二极管的特性。正向特性区域的非线性和近似线性关系是很重要的，不同用途的二非线性和近似线性关系是很重要的，不同用途的二极管所使用的线段不同。反向特性区域分为反向截极管所使用的线段不同。反向特性区域分为反向截止段和反向击穿段。稳压二极管工作在击穿段。止段和反向击穿段。稳压二极管工作在击穿段。v3.二极管的主要参数在整流电路中最关注的有：最二极管的主要参数在整流电路中最关注的有：最大整流电流大整流电流IF和最高反向工作电压和最高反向工作电压URM。模拟电子技术模拟电子技术v4.普通二极管的用途有：整流、限幅等。普通二极管的用途有：整流、限幅等。v特殊

22、二极管指的是具有特殊用途的二极管：稳压二特殊二极管指的是具有特殊用途的二极管：稳压二极管用于稳压电路，发光二极管用作指示电路，其极管用于稳压电路，发光二极管用作指示电路，其LED组件是数字电路中常用的显示器件，光电二极组件是数字电路中常用的显示器件，光电二极管是重要的光电转换器件，光电耦合器是常用的管是重要的光电转换器件，光电耦合器是常用的“电光电光电电”转换器件，它的使用让不便连接而又转换器件，它的使用让不便连接而又需要传递信号的两部分电路的连接变的十分简单。需要传递信号的两部分电路的连接变的十分简单。变容二极管是利用变容二极管是利用PN结的电容量随外加电压变化的结的电容量随外加电压变化的特

23、性制成的二极管，常用作高频调谐电路，很多场特性制成的二极管，常用作高频调谐电路，很多场合都要用到。合都要用到。v5.简单的直流稳压电路是由变压器、整流电路、滤简单的直流稳压电路是由变压器、整流电路、滤波电路和稳压管稳压电路构成。波电路和稳压管稳压电路构成。模拟电子技术模拟电子技术实验二实验二 二极管的测试和简单直流二极管的测试和简单直流稳压电源的安装与调试稳压电源的安装与调试一、实验目的一、实验目的让学生接触和实际应用二极管和稳压二极管等元器件。让学生接触和实际应用二极管和稳压二极管等元器件。掌握普通二极管和稳压二极管的简单测试方法。掌握普通二极管和稳压二极管的简单测试方法。增强学生的实际动手

24、能力，提高学习兴趣。增强学生的实际动手能力，提高学习兴趣。二、二、实验器材实验器材 万能线路板万能线路板1块、二极管块、二极管1N4001 4只、稳压二极管只、稳压二极管2CW14（或其它（或其它型号，稳压值在型号，稳压值在6V左右）左右）1只、各色发光二极管多只、只、各色发光二极管多只、1/2W 510限限流电阻流电阻1只、只、1/4W 2k可变电阻器可变电阻器 1只只 作负载用，作负载用，100F 50V电解电电解电容一只、万用表容一只、万用表1只、实验电源（能提供只、实验电源（能提供015V，1A交流电源）交流电源）1台台。模拟电子技术模拟电子技术v三、实验原理三、实验原理v输入的输入的

25、50Hz交流信号经交流信号经D1D4构成的桥式整流后成为脉动构成的桥式整流后成为脉动直流信号，经电容直流信号，经电容C滤波后，经限流电阻滤波后，经限流电阻R输出到负载。在输出到负载。在输出端并联了稳压二极管输出端并联了稳压二极管Vz。只要输出电压不要太大或太小，。只要输出电压不要太大或太小，则输出电压基本保持在稳压二极管的稳压值则输出电压基本保持在稳压二极管的稳压值。图图2.22 稳压电源电路图稳压电源电路图模拟电子技术模拟电子技术v四、实验内容和步骤四、实验内容和步骤1.元器件的检测元器件的检测（1）普通二极管的检测、）普通二极管的检测、（2）稳压二极管的检测）稳压二极管的检测（3）发光二极

26、管的检测）发光二极管的检测 2.实验电路板安装实验电路板安装（1）按图在万能实验板上安装连接好电路。）按图在万能实验板上安装连接好电路。（2）测试安装好的电路输入端电阻，各实验小组互相检查有否短路和连接错）测试安装好的电路输入端电阻，各实验小组互相检查有否短路和连接错误。误。3.通电测试通电测试（1）通电测试：输入电压调整为）通电测试：输入电压调整为13V、测量输出电压值、在负载电阻调整在、测量输出电压值、在负载电阻调整在1k时的负载电流值。时的负载电流值。（2）稳压性能的简易测试：在输入电压分别调整为）稳压性能的简易测试：在输入电压分别调整为11V、12V、14V、15V和和5V时，负载电阻为时，负载电阻为1k时，测量输出电压值。时，测量输出电压值。模拟电子技术模拟电子技术v五、实训报告要求五、实训报告要求v（1）画出实训电路图，简单描述其工作原理。）画出实训电路图，简单描述其工作原理。v（2）写出实训步骤，记录实验的测量数据）写出实训步骤，记录实验的测量数据v（3）对记录的数据作简单的分析，根据相关）对记录的数据作简单的分析，根据相关数据判断该电路的稳压性能。数据判断该电路的稳压性能。