模擬電子技術(shù)課件

主講人：元增民模擬電子技術(shù)電工與模數(shù)電技術(shù)第1章晶體管(2)1.2二極管種類及應(yīng)用PPT2作業(yè):39頁(yè)習(xí)題1.1.1,1.1.21.二極管種類及用途2.二極管技術(shù)參數(shù)3.溫度對(duì)二極管工作特性的影響4.二極管損壞原因5.二極管型號(hào)命名及常用二極管6.二極管管腳鑒別7.穩(wěn)壓二極管應(yīng)用電路8.發(fā)光二極管應(yīng)用電路9.光電池及光電二極管應(yīng)用電路10.二極管電路分析方法11.用熊仔爬山法計(jì)算電位本節(jié)要?jiǎng)?wù)二極管種類、應(yīng)用及分析計(jì)算方法1.普通二極管、穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、各種LED、光電池及光電二極管2.二極管應(yīng)用電路及其分析方法玻封、塑封二極管及無(wú)引線二極管各種LED螺栓型金封二極管壓裝型金封二極管及LED數(shù)碼管圖1.2.1負(fù)載pn結(jié)在光照下的表現(xiàn)-光電池工作原理內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)建電勢(shì)是太陽(yáng)能電池的阻力，另一方面內(nèi)電場(chǎng)又是電池動(dòng)力的源泉，因此太陽(yáng)能電池電動(dòng)勢(shì)E總比擴(kuò)散勢(shì)Ee小。通常硅pn結(jié)擴(kuò)散勢(shì)Ee約為0.7V，而單片硅太陽(yáng)能電池電動(dòng)勢(shì)Ee-Ub約為0.5V。日本教授因發(fā)明藍(lán)色LED獲諾獎(jiǎng)。

光照時(shí)pn結(jié)內(nèi)電場(chǎng)中產(chǎn)生的電子才在電場(chǎng)力作用下奔向正極，空穴奔向負(fù)極，內(nèi)電場(chǎng)及勢(shì)壘Ub都被削弱，打破擴(kuò)散勢(shì)Ee與Ub的平衡，差值Ee-Ub就是太陽(yáng)能電池電動(dòng)勢(shì)E。1.二極管種類及用途1)普通二極管整流,檢波,混頻

2)穩(wěn)壓二極管3)發(fā)光二極管(LED)及激光二極管4)光電池及光電二極管第1章晶體管(2)1.2晶體二極管種類及應(yīng)用從計(jì)算式E=Ee-Ub可看出，一方面5)變?nèi)荻O管6)肖特基二極管(SBD)圖1.2.27)隧道二極管2.二極管技術(shù)參數(shù)1)最大正向電流2)反向擊穿電壓。3)最高耗散功率4)最高工作頻率1)二極管正向壓降溫度系數(shù)≈-2mV/oC，

(2)穩(wěn)壓值<6V,=6V,>6V時(shí)溫度系數(shù)各為負(fù),零,正4.二極管損壞主要原因過流過熱超耗散功率5.二極管型號(hào)命名及常用二極管例：國(guó)產(chǎn)硅整流二極管2CZ11B日產(chǎn)二極管型號(hào)以1打頭，表示一個(gè)pn結(jié)例：1N4148玻封管:100mA,100V,1MHz1N4007塑封管:1A,1200V國(guó)產(chǎn)二極管型號(hào)由四部分組成。第一:電極數(shù)，數(shù)字2表示有2個(gè)電極第二:材料,A,B,C,D各表N型鍺、P型鍺、N型硅、P型硅第三:功能Z:整流管,K:開關(guān)管,C:變?nèi)莨艿谒?參數(shù)規(guī)格，以數(shù)字字母表示。3.溫度對(duì)二極管的影響6.二極管管腳鑒別有標(biāo)志的一端為負(fù)極7.穩(wěn)壓二極管應(yīng)用電路1)穩(wěn)壓二極管技術(shù)參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓Uz(2)最小穩(wěn)定電流Iz(min)，見圖1.1.10(3)最大穩(wěn)定電流Iz(max)或耗散功率Pmax(4)動(dòng)態(tài)內(nèi)阻rz(5)電壓溫度系數(shù)αz2)穩(wěn)壓二極管應(yīng)用電路圖1.2.3穩(wěn)壓二極管應(yīng)用電路已知負(fù)載電流IL，設(shè)計(jì)限流電阻Pmax=UzIz(max)

例1.2.1

已知穩(wěn)壓二極管輸入電壓U1=12V，穩(wěn)定電壓Uz=6V，最小穩(wěn)定電流Iz(min)=2mA，負(fù)載電流IL=10mA，試計(jì)算限流電阻R。實(shí)際取限流電阻R=390Ω即可。解已知負(fù)載電阻RL，設(shè)計(jì)限流電阻

例1.2.2

紅色LED電源Ucc=5V，要求工作電流I=1mA，試計(jì)算限流電阻R。解實(shí)際取限流電阻R=3kΩ即可。圖1.2.4發(fā)光二極管應(yīng)用電路

8.發(fā)光二極管應(yīng)用電路限流電阻LED管壓降Uled范圍在1.8V~3V，通常用pn結(jié)恒壓降模型，可按紅Uled=2V、綠Uled=2~3V、藍(lán)、白Uled=3V計(jì)算。近距離小尺寸LED通常只要0.5mA電流，就可見發(fā)光.1)直流應(yīng)用

二極管反向擊穿后限流措施得當(dāng)時(shí)能正常工作，是一個(gè)普遍原理。LED也可考慮直接在交流電路工作。紅色LED與電阻或電容串聯(lián)作220V交流電源指示燈，見圖1.2.5。Φ3~5mmLED最大耗散功率50mW?？紤]約2V正向壓降及20V反向擊穿電壓，可計(jì)算470kΩ限流電阻功耗約0.1W，LED功耗P≈10mW，電阻及LED實(shí)際功耗均小于最大耗散功率。(a)R+LED(b)C+LED圖1.2.5經(jīng)典R+LED及C//R+LED交流電源指示電路

這種R+LED電路已經(jīng)在交流電源插排、熱得快、電熱毯、電蚊拍等得到廣泛應(yīng)用，幾乎是世界上用量最大的典型電路。圖(b)是用電容代替電阻限流，更節(jié)能。斷電后限流電容所存的一點(diǎn)點(diǎn)電荷經(jīng)過并聯(lián)電阻可以更快地釋放掉，更有利于安全。2)交流應(yīng)用圖1.2.6電熱毯加熱功率LED指示電路

圖1.2.7系一種電熱毯LED加熱功率指示電路，S為加熱功率選擇開關(guān)，紅色LED1為半功率指示器，綠色LED2為全功率指示器。R1、R2為L(zhǎng)ED限流電阻，R3為100W電熱絲。LED反向耐壓5V~30V，D1為反向耐壓1000V以上的整流二極管。圖1.2.7光電池應(yīng)用電路pn結(jié)是光電池的核心。多個(gè)pn結(jié)串聯(lián)，可提高光生電動(dòng)勢(shì)，見圖1.2.8。多個(gè)pn結(jié)并聯(lián)，可以提高光生電流。圖1.2.8光敏二極管應(yīng)用電路光電池由硅等材料制成的pn結(jié)串并聯(lián)組成。光電池是迄今為止最有前途的清潔能源之一。衛(wèi)星上的光電池安裝在翼板上以充分接受光照，俗稱太陽(yáng)翼。太陽(yáng)翼的可靠性和壽命對(duì)整個(gè)衛(wèi)星的影響非常大，它的壽命常常決定衛(wèi)星的壽命。國(guó)產(chǎn)2CR型硅光電池在100mW/cm2的入射光強(qiáng)作用下，可得到開路電壓(電動(dòng)勢(shì))450～600mV，短路電流16～30mA。

明白光電二極管結(jié)構(gòu)與光電池大同小異，就知道，外接電源為0時(shí)，光電二極管只是靈敏度降低，但是還能輸出微弱傳感信號(hào)。外接電源E只是錦上添花。9.光電池及光電二極管應(yīng)用電路10、二極管電路分析方法二極管正向電流從擴(kuò)散勢(shì)Ee正極流向負(fù)極。若把二極管看做電池，則正向?qū)ǖ亩O管恰似充電電池。二極管正向電流相當(dāng)于電子連續(xù)不斷地從高能級(jí)跌落在低能級(jí)，多余能量以熱能或光能形式隨即釋放，正向?qū)ǖ亩O管可認(rèn)為是一塊永遠(yuǎn)也充不滿的電池。1)在線電流分析法把二極管當(dāng)成一塊只能充電但永遠(yuǎn)也充不滿的電池，硅二極管當(dāng)成0.7V電池，鍺二極管當(dāng)成0.2V電池，理想二極管當(dāng)成0V電池，計(jì)算某管電流若為正向，則判斷該管導(dǎo)通，結(jié)果成立；計(jì)算某管電流若為反向，則判斷該管截止，結(jié)果不成立，實(shí)際電流應(yīng)為0，應(yīng)將該管斷開后重新計(jì)算。2)開路電壓分析法斷開所有二極管計(jì)算各開路電壓。若最大的開路電壓大于管子正向壓降，則判斷那只管子導(dǎo)通。然后逐只斷開其它管子計(jì)算其開路電壓，若大于其正向壓降，則判斷該管導(dǎo)通。[1]熊仔爬山法就是假設(shè)讀者像一個(gè)可愛的小熊仔一樣，從零電位點(diǎn)爬起來，一直爬到指定點(diǎn)。一步步累加的電壓升就是該點(diǎn)的電位。逆著電流爬過電阻，遇到的乘積RI是電壓升。從電壓源負(fù)極爬到正極遇到的電動(dòng)勢(shì)E是電壓升。熊仔爬山電位計(jì)算法

例1.2.3電路如圖1.2.9，E1=9V，E2=-12V，試分析二極管是否導(dǎo)通，若導(dǎo)通則計(jì)算其電流。

解

A用節(jié)點(diǎn)電壓法開關(guān)位置E1/VE2/VI1/mAI2/mAI3/mA理論實(shí)驗(yàn)理論實(shí)驗(yàn)理論實(shí)驗(yàn)上12-126.254.7911.04下9129.44-10.67-1.23下12-107.8407.84圖1.2.9二極管電路再用熊仔爬山法從B點(diǎn)順時(shí)針爬到A計(jì)算R2左端相對(duì)右端的電壓U2=E2-0.7V+U=12V-0.7V+(-0.628V)=10.67VI2=U2/R2=10.67V/1kΩ=10.67mA>0，所有計(jì)算結(jié)果都成立圖1.2.9二極管電路(二極管暫時(shí)斷開)

解

B用等效電源法斷開二極管，則E1與R1,R3組成簡(jiǎn)單閉合回路。AD電壓由三個(gè)510Ω電阻對(duì)E1串聯(lián)分壓形成，9V分壓為3V。用熊仔爬山法計(jì)算以D點(diǎn)為零電位點(diǎn)的開路電壓Uo=E1/3+E2=3V+12V=15Vrs=(2×510Ω)//510Ω+1kΩ=1.34kΩUo>0.7V

二極管導(dǎo)通，其電流I2=(Uo-Ee)/rs=(15V-0.7)/1.34kΩ=10.67mA圖1.2.10雙二極管電路(a)所有二極管都開路

解(1)斷開D1、D2，見圖(a)，用熊仔爬山法計(jì)算開路電壓

Uak1=E1=12V

Uak2=E1-E2=12V-6V=6V

Uak1>Uak2，且Uak1>0.7V，故D1承受正偏電壓而導(dǎo)通

(2)只斷開D2，見圖(b)，計(jì)算Uak2=0.7V-6V=-5.3V，D2承受負(fù)壓而截止。(3)通過D1回路，或通過E1和R支路，都能計(jì)算Uo=-0.7V。例1.2.4

電路見圖1.2.10，Ud=0.7V，判斷二極管導(dǎo)通還是截止，并求Uo

(b)僅二極管D2開路2012年注冊(cè)電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試專業(yè)基礎(chǔ)29題(a)原圖(b)所有二極管都開路

解(1)斷開D1、D2，見圖(b)，用熊仔爬山法計(jì)算開路電壓

Uak1=U1-E3=150V-25V=125VUak2=U1-E2=150V-100V=50V

Uak1>Uak2，且Uak1>0.7V，故D1承受正偏電壓而導(dǎo)通

(2)只摘開二極管D2，因D1導(dǎo)通，用熊仔爬山法從K2點(diǎn)逆時(shí)針方向爬到A點(diǎn)計(jì)算開路電壓Uak2=-100V+25V+200k/(100k+200k)×(150V-25V)=8.3V>0，再判斷D2也導(dǎo)通。(3)從原電路可看出來，100V電壓源直接通向輸出端，故Uo=100V，選答案C(c)只斷開二極管D2

2010年注冊(cè)電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試專業(yè)基礎(chǔ)27題

解(1)斷開D1、D2，用熊仔爬山法計(jì)算開路電壓

Uak1=10V

Uak2=15V+10V=25V

Uak2>Uak1，且Uak2>0.7V，故首先判斷D1承受正偏電壓而導(dǎo)通

(2)只斷開D1，計(jì)算Uak1=-15V，D1承受負(fù)壓而截止。(3)通過D2回路，或通過E1和R支路，都能計(jì)算Uo=-15V。

答案選B圖示電理發(fā)剪采用直流電動(dòng)機(jī)，由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)剪刀片左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)。LED指示燈亮，指示正在為蓄電池充電。4007二極管用于防止不充電時(shí)電池電流向指示燈倒灌。充滿電拔掉充電器，電池只能經(jīng)開關(guān)向電動(dòng)機(jī)供電，LED指示燈隨之熄滅。故障：工作時(shí)突然之間電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)的很慢，甚至走不動(dòng)，連一個(gè)頭也理不下來。停下來充一陣電，情況有所改善，但是再用還是不行。并且發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪現(xiàn)象：拔掉充電器，指示燈還要亮一陣才慢慢熄滅。