模擬第1單元二極管ppt課件

1、模擬電子技術第第1單元單元 二極管及其應用二極管及其應用第第2單元單元 三極管及放大電路基礎三極管及放大電路基礎第第3單元單元 多級放大電路與反饋放大電路多級放大電路與反饋放大電路第第4單元單元 集成運算放大電路集成運算放大電路第第5單元單元 低頻功率放大電路低頻功率放大電路第第6單元單元 諧振放大電路和正弦振蕩電路諧振放大電路和正弦振蕩電路第第7單元單元 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源第1單元 二極管及其應用第第1 1節(jié)節(jié) 二極管二極管第第2 2節(jié)節(jié) 二極管的基本應用二極管的基本應用第第3 3節(jié)節(jié) 特殊二極管特殊二極管（1了解了解PN結、半導體二極管構造及單結、半導體二極管構造及單向導電性、伏安特

2、性、主要參數(shù)；向導電性、伏安特性、主要參數(shù)；（2會用萬用表判別二極管的管腳極性及會用萬用表判別二極管的管腳極性及質量；質量；（3掌握常用整流、濾波電路的結構、工掌握常用整流、濾波電路的結構、工作過程及其計算作過程及其計算 。第1節(jié) 二極管一、半導體基本知識一、半導體基本知識1 1、 物質按導電能力的不同可分為導體、半導體和絕緣物質按導電能力的不同可分為導體、半導體和絕緣體體3 3類。日常生活中接觸到的金、銀、銅、鋁等金屬都類。日常生活中接觸到的金、銀、銅、鋁等金屬都是良好的導體，而像塑料、云母、陶瓷等幾乎不導電是良好的導體，而像塑料、云母、陶瓷等幾乎不導電的物質稱為絕緣體，導電能力介于導體和絕

3、緣體之間的物質稱為絕緣體，導電能力介于導體和絕緣體之間的物質稱為半導體。自然界中屬于半導體的物質有很的物質稱為半導體。自然界中屬于半導體的物質有很多種類，目前用來制造半導體器件的材料大多是提純多種類，目前用來制造半導體器件的材料大多是提純后的單晶型半導體，主要有硅后的單晶型半導體，主要有硅(Si)(Si)、鍺、鍺(Ge)(Ge)和砷化鎵和砷化鎵GaAs)GaAs)等。等。 2、雜質半導體、雜質半導體 相對金屬導體而言，本征半導體中載流子相對金屬導體而言，本征半導體中載流子數(shù)目極少，因此導電能力仍然很低。如果數(shù)目極少，因此導電能力仍然很低。如果在其中摻入微量的雜質，將使半導體的導在其中摻入微量的

4、雜質，將使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化，我們把這些摻入雜電性能發(fā)生顯著變化，我們把這些摻入雜質的半導體稱為雜質半導體。質的半導體稱為雜質半導體。 雜質半導體可以分為雜質半導體可以分為N型和型和P型兩大類。型兩大類。 P型半導體：在硅或鍺晶體中摻入微型半導體：在硅或鍺晶體中摻入微量的三價元素雜質硼或其他）。量的三價元素雜質硼或其他）。 N型半導體：在純凈的硅或鍺中摻入型半導體：在純凈的硅或鍺中摻入微量的磷或砷等五價元素。微量的磷或砷等五價元素。3、PN結的形成結的形成 采用摻雜工藝，使半導體材料的一邊形采用摻雜工藝，使半導體材料的一邊形成成P型半導體區(qū)域，另一邊形成型半導體區(qū)域，另一邊形成N型半

5、導型半導體區(qū)域，在體區(qū)域，在P型與型與N型半導體的交界面會型半導體的交界面會形成一個具有特殊電性能的薄層，稱為形成一個具有特殊電性能的薄層，稱為PN結。結。單向導電性：單向導電性：PNPN結具有單向導電性，即電流只能從結具有單向導電性，即電流只能從P P端流向端流向N N端，端，而不能從而不能從N N端流向端流向P P端。端。二、二極管基本知識二、二極管基本知識1、二極管的結構和分類、二極管的結構和分類一個一個PN結加上相應的電極引線并用管殼封裝起來，結加上相應的電極引線并用管殼封裝起來，就構成了半導體二極管，簡稱二極管，接在就構成了半導體二極管，簡稱二極管，接在P型半導型半導體一側的引出線稱

6、為陽極；接在體一側的引出線稱為陽極；接在N型半導體一側的型半導體一側的引出線稱為陰極。引出線稱為陰極。 半導體二極管從制作材料來分，有硅二極管和鍺二極管。半導體二極管從制作材料來分，有硅二極管和鍺二極管。 半導體二極管按其結構不同可分為點接觸型、面接觸型和半導體二極管按其結構不同可分為點接觸型、面接觸型和開關型三類。開關型三類。點接觸型二極管：點接觸型二極管：PN結面積很小，因而結電容小，用于結面積很小，因而結電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。檢波和變頻等高頻電路。面接觸型二極管：面接觸型二極管：PN結面積大，用于工頻大電流整流電結面積大，用于工頻大電流整流電路。路。 開關型二極管：適用于在數(shù)

7、字邏輯電路中作為開關管。開關型二極管：適用于在數(shù)字邏輯電路中作為開關管。三、二極管的單向導電性三、二極管的單向導電性1 1） 加正向電壓導通加正向電壓導通二極管正極接電源正極，負極接電源負極，稱為給二極管加正二極管正極接電源正極，負極接電源負極，稱為給二極管加正向電壓，也稱二極管正偏。此時二極管有正極流向負極的電流向電壓，也稱二極管正偏。此時二極管有正極流向負極的電流流過，稱正向導通，正向電阻很小。流過，稱正向導通，正向電阻很小。 2 2加反向電壓截止加反向電壓截止二極管正極接電源負極，負極接電源正極，成為給二極管加反二極管正極接電源負極，負極接電源正極，成為給二極管加反向電壓，也稱二極管反偏

8、。此時流過二極管的電流幾乎為零，向電壓，也稱二極管反偏。此時流過二極管的電流幾乎為零，稱二極管的這種狀態(tài)為反向截止，反向電阻很大。稱二極管的這種狀態(tài)為反向截止，反向電阻很大。綜上所述，二極管正向偏置時導通，反向偏置時截止。綜上所述，二極管正向偏置時導通，反向偏置時截止。四、二極管的伏安特性四、二極管的伏安特性1、定義：二極管兩端電壓、定義：二極管兩端電壓uD與流過的電流與流過的電流iD間間的關系稱為伏安特性。的關系稱為伏安特性。可用函數(shù)式可用函數(shù)式iD=f （uD ）來表示，也可用）來表示，也可用iD與與uD之間的曲線來表示。之間的曲線來表示。 二極管外加正向電壓較小時，二極管外加正向電壓較小

9、時，外電場不足以克服內電場對多子擴外電場不足以克服內電場對多子擴散的阻力，散的阻力，PNPN結仍處于截止狀態(tài)結仍處于截止狀態(tài) 。 正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流正向電流 隨著正向電壓增大迅速隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V0.5V，鍺管約為，鍺管約為0.2V0.2V。導通后二極管的正向壓降變化不導通后二極管的正向壓降變化不大，硅管約為大，硅管約為0.60.60.8V0.8V，鍺管約，鍺管約為為0.20.20.3V0.3V。溫度上升，死區(qū)電。溫度上升，死區(qū)電壓和正向壓降均相應降低。壓和正向壓降均相應降低。 死區(qū)死區(qū)電壓電壓

10、 反向電壓大于擊穿電壓時，反向電流急劇增加。這種現(xiàn)象稱為擊穿，UBR稱為反向擊穿電壓。 顯然二極管的伏安特性不是顯然二極管的伏安特性不是直線，因此屬于非線性電阻直線，因此屬于非線性電阻元件。元件。反向反向擊穿擊穿電壓電壓五、二極管的主要參數(shù)五、二極管的主要參數(shù)1最大整流電流最大整流電流IF：指管子長期運行時，允許通過的最大：指管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。此數(shù)值由二極管面積和散熱條件所決定。正向平均電流。此數(shù)值由二極管面積和散熱條件所決定。2最高反向工作電壓最高反向工作電壓UR：二極管不被擊穿時所允許的最：二極管不被擊穿時所允許的最大反向電壓。通常將擊穿電壓大反向電壓。通常將擊穿

11、電壓UBR的一半定為最高反向工的一半定為最高反向工作電壓作電壓UR。3反向電流反向電流IR ：指室溫下，管子加反向電壓時的反向電：指室溫下，管子加反向電壓時的反向電流值，此值越小，二極管的單向導電性愈好。受溫度的影流值，此值越小，二極管的單向導電性愈好。受溫度的影響很大。響很大。4最高工作頻率最高工作頻率fM：主要決定于：主要決定于PN結結電容的大小。結結結電容的大小。結電容越大，則二極管允許的最高工作頻率越低。電容越大，則二極管允許的最高工作頻率越低。第第2節(jié)節(jié) 二極管的基本應用二極管的基本應用一、整流電路一、整流電路利用二極管的單向導電特性，可以將交流電變換為單向脈動利用二極管的單向導電特

12、性，可以將交流電變換為單向脈動直流電，完成整流作用。直流電，完成整流作用。完成整流功能的電路稱為整流電路。完成整流功能的電路稱為整流電路。根據(jù)交流電路的相數(shù)可分為單相整流和三相整流。根據(jù)交流電路的相數(shù)可分為單相整流和三相整流。以電路形式區(qū)分，有半波整流電路、全波整流電路和橋式整以電路形式區(qū)分，有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流電路。流電路。其中單相橋式整流電路在小型電子設備或小功率電路中使用其中單相橋式整流電路在小型電子設備或小功率電路中使用較為廣泛。較為廣泛。單相半波整流電路如下圖所示：單相半波整流電路如下圖所示： 半波整流電路半波整流電路 當當u2u2為正半周時，為正半周時，a a端電

13、壓為正，端電壓為正，b b端端為負，二極管為負，二極管VDVD承受正向電壓而導通，承受正向電壓而導通，此時有電流流過負載和電流流過二極此時有電流流過負載和電流流過二極管，并且二者相等。設二極管為理想管，并且二者相等。設二極管為理想元件，則負載兩端輸出電壓等于變壓元件，則負載兩端輸出電壓等于變壓器副邊電壓的正半波。器副邊電壓的正半波。 單相半波整流電路如下圖所示：單相半波整流電路如下圖所示： 半波整流電路半波整流電路 當當u2u2為正半周時，為正半周時，a a端電壓為正，端電壓為正，b b端為負，端為負，二極管二極管VDVD承受正向電壓而導通，此時有電承受正向電壓而導通，此時有電流流過負載和電流

14、流過二極管，并且二者流流過負載和電流流過二極管，并且二者相等。設二極管為理想元件，則負載兩端相等。設二極管為理想元件，則負載兩端輸出電壓等于變壓器副邊電壓的正半波。輸出電壓等于變壓器副邊電壓的正半波。 當當u2u2為負半周時，為負半周時，b b端電壓為正，端電壓為正，a a端端為負，二極管為負，二極管VDVD反向截止，負載上無電流反向截止，負載上無電流通過，輸出電壓，變壓器二次側電壓全部通過，輸出電壓，變壓器二次側電壓全部加在二極管加在二極管VDVD上。上?？梢?，由于二極管的單向導電性，可見，由于二極管的單向導電性，負載電阻上的電壓為交流電的正負載電阻上的電壓為交流電的正半波，稱為半波整流電路

15、。半波，稱為半波整流電路。設變壓器二次側電壓為設變壓器二次側電壓為單相半波整流電路負載電壓的平均值為單相半波整流電路負載電壓的平均值為 o2220122sind()0.452UUttUU流過負載電阻流過負載電阻RLRL的電流平均值為的電流平均值為tUusin222L2OD45.0RURUIILO二極管承受的最高反向電壓為的最大值，即二極管承受的最高反向電壓為的最大值，即22UURM 單相橋式整流電路單相橋式整流電路 工作原理：當工作原理：當u2u2為正半周時，為正半周時，a a端端電壓為正，電壓為正，b b端為負，二極管端為負，二極管VD1VD1和和VD3VD3承受正向電壓而導通，而二承受正向

16、電壓而導通，而二極管極管VD2VD2和和VD4VD4承受反向電壓而截承受反向電壓而截止。此時電流沿止。此時電流沿aVD1RLVD3baVD1RLVD3b的路徑形成的路徑形成回路，負載壓降為上正下負?；芈罚撦d壓降為上正下負。當當u2u2為負半周時，為負半周時，a a端電壓為負，端電壓為負，b b端為正，二極管端為正，二極管VD1VD1和和VD3VD3承受反承受反向電壓而截止，而二極管向電壓而截止，而二極管VD2VD2和和VD4VD4承受正向電壓而導通。此時電承受正向電壓而導通。此時電流沿流沿bVD2RL VD4abVD2RL VD4a的路徑的路徑形成回路，負載壓降仍然為上正形成回路，負載壓降仍

17、然為上正下負。下負。 流過負載電阻流過負載電阻RLRL的電流平均值為的電流平均值為 o2oLL0.9UUIRR 流經(jīng)每個二極管的電流平均值為負載電流的一半，即流經(jīng)每個二極管的電流平均值為負載電流的一半，即 2DoL10 .4 52UIIR每個二極管在截止時承受的最高反向電壓為每個二極管在截止時承受的最高反向電壓為u2u2的最大值，即的最大值，即 2D2UURM橋式整流電路負載電壓平均值為：橋式整流電路負載電壓平均值為：設變壓器二次側電壓為：設變壓器二次側電壓為：tUusin2222202AV9 . 022sin21UUttdUUO）（二、濾波電路濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的波紋。一般由儲能

18、的電抗元件組成。如并聯(lián)電容器或與負載串聯(lián)電感器。工作過程：工作過程：當輸入當輸入u2 u2 為正半周且由零到峰值逐為正半周且由零到峰值逐漸增大時，漸增大時，VD1VD1和和VD3VD3導通導通 ，電源，電源u2u2在向負載在向負載RLRL供電的同時又對電供電的同時又對電容容C C充電。如果忽略二極管正向壓充電。如果忽略二極管正向壓降，電容電壓降，電容電壓ucuc隨隨u2u2按正弦規(guī)律按正弦規(guī)律上升至的最大值上升至的最大值 。22U當當u2u2從峰值開始下降，其值從峰值開始下降，其值ucuc小于小于 時，四個二極管都受反向電壓而時，四個二極管都受反向電壓而截至，電容截至，電容C C通過負載通過負

19、載RLRL放電。當放電。當ucuc降至小于降至小于u2u2時，二極管時，二極管VD2VD2和和VD4VD4又導通，又導通，電容電容C C再次充電再次充電。如此循環(huán)下去，負載上能夠得到較平滑的直流電壓。如此循環(huán)下去，負載上能夠得到較平滑的直流電壓。22U2、電容濾波電路的外特性及主要參數(shù)估計、電容濾波電路的外特性及主要參數(shù)估計（1電容濾波電路的外特性電容濾波電路的外特性輸出電壓輸出電壓UO隨輸出電流隨輸出電流IO的變化規(guī)律稱為外特性。的變化規(guī)律稱為外特性。 Uo 1.4Uo 0.9Uo 0 Io （2輸出電壓平均值輸出電壓平均值工程上，電容的放電時間常數(shù)為工程上，電容的放電時間常數(shù)為RLC（1.

20、52.5T,其中其中T為交為交流電網(wǎng)電源的周期。流電網(wǎng)電源的周期。則輸出電壓平均值為則輸出電壓平均值為UOAV）=（1.11.4U2 一一 般取般取1.2倍。倍。（3輸出電流平均值輸出電流平均值LLLAVOAVORURURUI22)()(2 . 1)4 . 11 . 1 (（4整流二極管的平均電流整流二極管的平均電流橋式整流電容濾波電路域橋式整流電路相比較，流過二極管的橋式整流電容濾波電路域橋式整流電路相比較，流過二極管的平均電流增加了，同時，二極管導通時間縮短了不少，因平均電流增加了，同時，二極管導通時間縮短了不少，因此，二極管導通時，就會出現(xiàn)一個比較大的沖擊電流。放此，二極管導通時，就會出

21、現(xiàn)一個比較大的沖擊電流。放電時間常數(shù)越大，二極管的導電角越小，沖擊電流就越大。電時間常數(shù)越大，二極管的導電角越小，沖擊電流就越大。在選用二極管時，其額定整流電流應留有充分的裕量，最好采在選用二極管時，其額定整流電流應留有充分的裕量，最好采用硅管。用硅管。（5整流二極管的最高反向電壓整流二極管的最高反向電壓222UURM3、檢波電路、檢波電路在通信、廣播、電視及測量儀器中，常用二極管檢波。在通信、廣播、電視及測量儀器中，常用二極管檢波。4、限幅電路、限幅電路利用二極管的單向導電特性和導通后兩端電壓基本不變的特點，利用二極管的單向導電特性和導通后兩端電壓基本不變的特點，組成限幅電路，用來限制輸出電

22、壓的幅度。組成限幅電路，用來限制輸出電壓的幅度。第3節(jié) 特殊二極管一、穩(wěn)壓二極管一、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型硅二極管，其工作在反向擊穿區(qū)。穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型硅二極管，其工作在反向擊穿區(qū)。 陽極 陰極 1、穩(wěn)壓二極管參數(shù)、穩(wěn)壓二極管參數(shù)（1穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ：穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時的穩(wěn)定工作電壓。：穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時的穩(wěn)定工作電壓。不同型號的穩(wěn)壓管，其穩(wěn)定電壓的值不同。同一型號的管子，其不同型號的穩(wěn)壓管，其穩(wěn)定電壓的值不同。同一型號的管子，其穩(wěn)壓值也會有些差別。穩(wěn)壓值也會有些差別。（2穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ：穩(wěn)壓管的工作電壓等于穩(wěn)定電壓時通過管子：穩(wěn)壓管的工作

23、電壓等于穩(wěn)定電壓時通過管子所需的最小電流。低于此值，無穩(wěn)壓效果；高于此值時，只要不所需的最小電流。低于此值，無穩(wěn)壓效果；高于此值時，只要不超過最大工作電流都可以，電流愈大，穩(wěn)壓效果愈好。超過最大工作電流都可以，電流愈大，穩(wěn)壓效果愈好。（3動態(tài)內阻動態(tài)內阻rZ穩(wěn)壓管兩端電壓和穩(wěn)壓管中電流的變化量之比，即穩(wěn)壓管兩端電壓和穩(wěn)壓管中電流的變化量之比，即穩(wěn)壓管的反向特性曲線愈陡，則動態(tài)內阻愈小，穩(wěn)壓性能愈好。穩(wěn)壓管的反向特性曲線愈陡，則動態(tài)內阻愈小，穩(wěn)壓性能愈好。（4） 電壓的溫度系數(shù)電壓的溫度系數(shù)表示當穩(wěn)壓管的電流保持不變時，環(huán)境溫度每變化一度能引起的穩(wěn)表示當穩(wěn)壓管的電流保持不變時，環(huán)境溫度每變化一度能引起的穩(wěn)定電壓變化的百分比。一般來說，穩(wěn)定電壓大于定電壓變化的百分比。一般來說，穩(wěn)定電壓大于6V的穩(wěn)壓管此的穩(wěn)壓管此值為正值；穩(wěn)定電壓小于值為正值；穩(wěn)定電壓小于4V的穩(wěn)壓管為負值；穩(wěn)定電壓在的穩(wěn)壓管為負值；穩(wěn)定電壓在4V-6V之間的穩(wěn)壓管的溫度穩(wěn)定性較好。之間的穩(wěn)壓管的溫度穩(wěn)定性較好。（5最大工作電流最大工作電流IZM和最大耗散功率和最大耗散功率PC