模擬電路與項(xiàng)目訓(xùn)練 課件 項(xiàng)目1 集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路的分析與制作

二極管的結(jié)構(gòu)和分類《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課目錄半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)01PN結(jié)02二極管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)03二極管的分類04半導(dǎo)體基本知識(shí)導(dǎo)體絕緣體半導(dǎo)體半導(dǎo)體——導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，常用硅(Si)、鍺(Ge)和砷化鎵(GaAs)等。半導(dǎo)體特性——熱敏性、光敏性、摻雜性半導(dǎo)體基本知識(shí)+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征激發(fā)現(xiàn)象產(chǎn)生電子空穴對(duì)這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。半導(dǎo)體基本知識(shí)

電子流(帶負(fù)電)空穴流(帶正電)由于本征激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)的數(shù)目很少，則本征半導(dǎo)體中載流子濃度很低，其導(dǎo)電能力很弱。

雜質(zhì)半導(dǎo)體1.N型雜質(zhì)半導(dǎo)體（電子型）多余電子磷原子砷等硅原子多數(shù)載流子——自由電子少數(shù)載流子——空穴++++++++++++N型半導(dǎo)體施主離子自由電子電子空穴對(duì)雜質(zhì)半導(dǎo)體2.P型雜質(zhì)半導(dǎo)體（空穴型）多余空穴硼原子硅原子多數(shù)載流子——空穴少數(shù)載流子——自由電子受主離子空穴電子空穴對(duì)－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)E多子擴(kuò)散電流少子漂移電流耗盡層動(dòng)態(tài)平衡：擴(kuò)散電流＝漂移電流總電流＝0PN結(jié)正向電流正向?qū)顟B(tài)PN結(jié)反向截止?fàn)顟B(tài)PN二極管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)外殼陽(yáng)極陰極陽(yáng)極引線陰極引線陽(yáng)極陰極VD二極管的分類（1）按封裝形式塑料封裝金屬封裝玻璃封裝二極管的分類（2）按結(jié)構(gòu)分類點(diǎn)接觸型面接觸型平面型二極管的分類（3）按作用場(chǎng)合分類整流管發(fā)光管穩(wěn)壓管光敏管貼片二級(jí)管謝謝《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課二極管伏安特性及主要參數(shù)《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課目錄二極管正向伏安特性01二極管反向伏安特性02溫度對(duì)特性曲線的影響03二極管的主要參數(shù)04二極管的正向伏安特性u(píng)EiVmA

硅：0.5V

鍺：0.1V導(dǎo)通壓降死區(qū)電壓鍺硅：0.7V鍺：0.3V硅二極管的反向伏安特性u(píng)EiVuA反向飽和電流擊穿電壓UBR硅鍺二極管的伏安特性

1.正向特性

當(dāng)正向電壓較小時(shí),正向電流極?。◣缀鯙榱悖?這一部分稱為

,相應(yīng)的A(A′)點(diǎn)的電壓稱為

電壓或門檻電壓(也稱閾值電壓),硅管約為

V,鍺管約為

V,如圖中OA(OA′)段。當(dāng)正向電壓超過(guò)門檻電壓時(shí),正向電流就會(huì)急劇地增大,二極管呈現(xiàn)很

電阻而處于導(dǎo)通狀態(tài)。這時(shí)硅管的正向?qū)▔航导s為

V,鍺管約為

V,如圖中AB(A′B′)段。

死區(qū)死區(qū)0.50.1小0.70.3二極管的伏安特性

2.反向特性

二極管兩端加上反向電壓時(shí),在開(kāi)始很大范圍內(nèi),二極管相當(dāng)于非常

的電阻,反向電流很

,且

反向電壓而變化，此時(shí)的電流稱之為

IR

,見(jiàn)圖中OC（OC’）段。由伏安特性看出,當(dāng)反向電壓超過(guò)UBR

后稍有增加時(shí),反向電流急劇增加,這種現(xiàn)象稱為

，UBR稱為

。大不隨反向飽和電流

擊穿電壓反向擊穿小溫度對(duì)特性曲線的影響

3.溫度對(duì)特性的影響左減小下溫度升高時(shí)，二極管正向特性曲線向

移動(dòng),正向壓降

;反向特性曲線向

移動(dòng),反向電流

。增大二極管的主要參數(shù)1.最大整流電流：二極管允許通過(guò)的最大正向平均電流。超過(guò)此電流,二極管將可能因過(guò)熱而燒毀。

二極管的主要參數(shù)2.最大反向工作電壓：二極管允許的最大工作電壓。當(dāng)反向電壓超過(guò)此值時(shí)，二極管可能被擊穿。二極管的主要參數(shù)3.反向飽和電流：二極管未擊穿時(shí)的反向電流值。二極管的主要參數(shù)4.正向峰值浪涌電流：正向浪涌電流承受能力。謝謝《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課含二極管電路的分析《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課目錄二極管等效模型01整流電路分析02單向限幅電路分析03電平選擇電路分析04二極管等效模型理想模型恒壓降模型折線模型整流電路分析單向限幅電路分析電平選擇電路分析例題講解例試分析下列幾種情況下二極管的工作狀態(tài)及輸出端F的電位VF。設(shè)二極管正向壓降為0.7V。（1）VA=VB=0V（2）VA=0V，VB=3V（3）VA=3V，VB=0V（4）VA=VB=3V

例題講解解A點(diǎn)電位（V）B點(diǎn)電位（V）VD1二極管狀態(tài)VD2二極管狀態(tài)F點(diǎn)電位（V）00截止截止003截止

導(dǎo)通2.330

導(dǎo)通截止2.333導(dǎo)通導(dǎo)通2.3謝謝《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課特殊類型二極管—穩(wěn)壓二極管《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課目錄穩(wěn)壓二極管特性曲線01穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)02穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓原理03穩(wěn)壓二極管簡(jiǎn)介穩(wěn)壓二極管是利用PN結(jié)反向擊穿后具有穩(wěn)壓特性經(jīng)特殊制作的二極管。穩(wěn)壓二極管特性曲線正向反向穩(wěn)壓管正確工作條件之一：穩(wěn)壓管反向接于電路之中穩(wěn)壓二極管的正、反向特性曲線與普通二極管相似。區(qū)別僅在于擊穿后，特性曲線更加陡峭，即電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)(IZmin<I<IZmax)，其兩端電壓幾乎不變。穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓值UZ穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)2.工作電流IZAB反向飽和區(qū)反向擊穿區(qū)穩(wěn)壓管正確工作條件之二：IZmin<IZ<IZmax穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)3.動(dòng)態(tài)電阻rZ穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)4.最大工作電流

IZmax5.最大耗散功率

PZ穩(wěn)壓二極管能夠允許通過(guò)的最大反向電流值。當(dāng)反向電流通過(guò)穩(wěn)壓二極管，管子本身消耗功率的最大允許值就叫做額定功率。在實(shí)際使用時(shí)，不允許穩(wěn)壓二極管消耗的功率超過(guò)這個(gè)極限值。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓原理(1)當(dāng)輸入電壓變化時(shí)UiUZUoUoURIIZ穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓原理(2)當(dāng)負(fù)載變化時(shí)RLUZUoUoURIIZ限流電阻的計(jì)算（1）當(dāng)UImin，ILmax時(shí)，則IZ最小。由此可計(jì)算出限流電阻的一個(gè)極限值。即限流電阻的計(jì)算（2）當(dāng)UImax，ILmin時(shí)，則IZ最大。由此可計(jì)算出限流電阻的另一個(gè)極限值。即穩(wěn)壓管正確工作條件之三：Rmin<R

<Rmax謝謝《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課特殊類型二極管—發(fā)光二極管《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課目錄發(fā)光二極管簡(jiǎn)介01發(fā)光二極管分類02發(fā)光二極管工作條件03發(fā)光二極管簡(jiǎn)介發(fā)光二極管也稱為L(zhǎng)ED，是一種將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體器件，其應(yīng)用極為廣泛。發(fā)光二極管簡(jiǎn)介

早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，時(shí)至今日能發(fā)出的光已遍及可見(jiàn)光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當(dāng)?shù)墓舛?。單色光雙色光紅外線發(fā)光二極管簡(jiǎn)介隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)光二極管用途也由初時(shí)作為指示燈、顯示板等逐漸擴(kuò)展至廣泛應(yīng)用于顯示器、電視機(jī)采光裝飾和照明。指示燈顯示器照明發(fā)光二極管分類（1）按使用材料

可分為磷化鎵（GaP）發(fā)光二極管、磷砷化鎵（GaAsP）發(fā)光二極管、砷化鎵（GaAs）發(fā)光二極管、磷銦砷化鎵（GaAsInP）發(fā)光二極管和砷鋁化鎵（GaAIAs）發(fā)光二極管等多種。（2）按管體顏色

可分為紅色、琥珀色、黃色、橙色、淺藍(lán)色、綠色、黑色、白色、透明無(wú)色等多種。圓形發(fā)光二極管的外徑為2~20mm，分為多種規(guī)格。發(fā)光二極管分類（3）按封裝形式

可分為金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝、樹(shù)脂封裝和無(wú)引線表面封裝外，還可分為加色散射封裝、無(wú)色散射封裝、有色透明封裝和無(wú)色透明封裝。金屬封裝塑料封裝無(wú)色透明封裝發(fā)光二極管分類（4）按發(fā)光顏色

可分為有色光和紅外光。有色光又分為紅色光、黃色光、橙色光、綠色光等。紅色光

黃色光

綠色光發(fā)光二極管分類

此外，發(fā)光二極管還可分為普通單色發(fā)光二極管、高亮度發(fā)光二極管、超高亮度發(fā)光二極管、變色發(fā)光二極管、閃爍發(fā)光二極管、電壓控制型發(fā)光二極管、紅外發(fā)光二極管和負(fù)阻發(fā)光二極管等。

高亮度發(fā)光

閃爍發(fā)光

變色發(fā)光發(fā)光二極管工作條件發(fā)光二極管正確工作條件之一：發(fā)光二極管正向接于電路之中發(fā)光二極管與普通二極管一樣，都是由PN結(jié)構(gòu)成，也具備單向?qū)щ娦浴．?dāng)發(fā)光二極管正偏，注入到N區(qū)和P區(qū)的載流子被復(fù)合時(shí)，會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光。發(fā)光二極管工作條件例圖示電路，已知發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓為1.6V，正向電流為5~20mA時(shí)才能發(fā)光。試問(wèn)：（1）開(kāi)關(guān)處于何位置時(shí)發(fā)光二極管可能發(fā)光？（2）為使發(fā)光二極管發(fā)光，電路中R的取值范圍是多少？解（1）開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)發(fā)光二極管可能發(fā)光。（2）發(fā)光二極管工作條件發(fā)光二極管正確工作條件之一：發(fā)光二極管正向接于電路之中發(fā)光二極管正確工作條件之二：發(fā)光二極管串聯(lián)合適阻值電阻謝謝《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課特殊類型二極管—光敏二極管《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課目錄光敏二極管簡(jiǎn)介01光敏二極管工作原理02光敏二極管典型應(yīng)用03光敏二極管簡(jiǎn)介光敏二極管又稱為光電二極管（photodiode），是一種能夠根據(jù)使用方式，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流或者電壓信號(hào)的光探測(cè)器。光敏二極管工作條件光敏二極管結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，只是管殼上留有一個(gè)能入射光線的窗口。其管芯是一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，工作時(shí)需加上反向電壓。光敏二極管工作原理無(wú)光照時(shí)，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流，此時(shí)光敏二極管截止。當(dāng)受到光照時(shí),

PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，少數(shù)載流子密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加，形成光電流，它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。因此可以利用光照強(qiáng)弱來(lái)改變電路中的電流。光敏二極管典型應(yīng)用感應(yīng)式水龍頭光敏二極管常常和發(fā)光器件（通常是發(fā)光二極管）被合并在一起組成一個(gè)模塊，這個(gè)模塊常被稱為光電耦合元件。光敏二極管典型應(yīng)用光敏二極管典型應(yīng)用感應(yīng)式水龍頭安防對(duì)射管光敏二極管常常和發(fā)光器件（通常是發(fā)光二極管）被合并在一起組成一個(gè)模塊，這個(gè)模塊常被稱為光電耦合元件。光敏二極管典型應(yīng)用光敏二極管典型應(yīng)用

光電式煙霧探測(cè)器紅外線遙控光敏二極管典型應(yīng)用

照相機(jī)測(cè)光器亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)路燈謝謝《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課低頻整流電路及二極管選型《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課目錄單向半波整流電路01單向橋式整流電路02二極管選型03單向半波整流電路

0ωt

0ωt

0

ωt

電路的組成及工作原理：+–u2正半周時(shí):D導(dǎo)通，A→D→RL→B，uO=u2_+_+

0

ωtu2負(fù)半周時(shí):D截止，承受方向電壓，為u2；

uO=0單向半波整流電路

電路的參數(shù)計(jì)算：1）負(fù)載上的直流電壓和直流電流直流電壓是指一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)電壓的平均值

流過(guò)負(fù)載RL上的直流電流為0ωt

0

ωt

IO=UORL≈0.45U2RL單向半波整流電路

電路的參數(shù)計(jì)算：2）二極管的選擇uD

20tURMID=IO≈0.45U2RLURM=

考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為±10%，二極管的極限參數(shù)應(yīng)滿足：UR>

IF>0.45U2RL

單向橋式整流電路+–組成：由四個(gè)二極管組成橋路ABuO單向橋式整流電路ωt

ωtu2正半周時(shí):D1

、D3導(dǎo)通，D2、D4截止A→D1→RL→D3→B，uO=u2+–ABuO單向橋式整流電路_+ABuO單向橋式整流電路ωt

ωtU2負(fù)半周時(shí):D2、D4導(dǎo)通、D1

、D3截止

B→D2→RL→D4

→A，uO=-u2_+ABuO單向橋式整流電路電路的參數(shù)計(jì)算：輸出電壓平均值：UO

≈

0.9U2輸出電流平均值:IO

≈

0.9U2/RL

1）負(fù)載上的直流電壓和直流電流0

ωt

0ωt

單向橋式整流電路00ωtiD

0

ωt

ωt0ωt

iD1,

iD3iD2,iD4uD2,uD4uD1,uD3ABuO單向橋式整流電路流過(guò)二極管的平均電流：二極管承受的最大反向電壓：2）二極管的選擇

ID=IO/2=0.45U2/RL

000

ωtωt

0ωtiD

ωtiD1,

iD3iD2,iD4uD2,uD4uD1,uD3UR>

IF>0.45U2RL

與半波整流電路對(duì)二極管的要求相同二極管選型例：試設(shè)計(jì)一臺(tái)輸出電壓為24V，輸出電流為2A的直流電源，電路形式可以采用半波整流或橋式整流，然后試確定兩種電路形式的變壓器副邊電壓有效值，并選定相應(yīng)的整流二極管。解：1）當(dāng)采用半波整流電路時(shí)U2=UO0.45=240.45=53.5VURM=

=1.41╳53.5V=75.2V

IO

ID==2A型號(hào)：2CZ12B、3A、200V二極管選型例：試設(shè)計(jì)一臺(tái)輸出電壓為24V，輸出電流為2A的直流電源，電路形式可以采用半波整流或橋式整流，然后試確定兩種電路形式的變壓器副邊電壓有效值，并選定相應(yīng)的整流二極管。2）當(dāng)采用橋式整流電路時(shí)U2=UO0.9=240.9=26.7VURM=

=1.41╳26.7V=37.6V

IO

ID==0.5A型號(hào)：2CZ12B、3A、200V12謝謝《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課濾波電路《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課目錄電容濾波電路01電感濾波電路02復(fù)合濾波電路03電容濾波電路

UO=UL=

1）工作原理（1）空載（RL=∞）時(shí)：u2tuLtuc=uLro電容器的充電時(shí)間常數(shù)：τ1

=

roC≈0電容濾波電路

UO=UL=

τ充電=

(ro//RL)C≈roC≈

0τ放電=RLC（2）接入RL（且RLC較大）時(shí)電容濾波電路

ωt

放電速度與正弦波下降速度相似UO=UL=

abc充電d0π濾波后，輸出電壓脈動(dòng)減小，平均值增加濾波的效果與放電時(shí)間常數(shù)τ的大小有關(guān)（2）接入RL（且RLC較大）時(shí)電容濾波電路

2）負(fù)載上的電壓、電流

一般取UO

≈

1.2U21）放電時(shí)間常數(shù)選擇RL

C≥（3~5）T23）參數(shù)計(jì)算UO

≈

（1.1-1.4）U2IO=UO/RL≈1.2U2/RL

電容濾波電路

ωt二極管中的電流UO=UL=

3）二極管中的電流ωt

ID

≈0.6U2/RL

4）二極管耐壓值

結(jié)論：電容濾波僅適用于負(fù)載電流較小且變化不大的場(chǎng)合電感濾波電路

對(duì)諧波分量:

f

越高，XL

越大，電壓大部分降在電感上對(duì)直流分量:

XL=0相當(dāng)于短路，電壓大部分降在RL上UL=0.9U2復(fù)合濾波電路

LC濾波電路RCπ型濾波電路謝謝《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課輸出固定的線性

集成穩(wěn)壓電路《模擬電路分析與實(shí)踐》-系列微課目錄

基本電路應(yīng)用電路01

提高輸出電壓的電路02

擴(kuò)大輸出電流的電路03

輸出正、負(fù)電壓的電路04集成穩(wěn)壓器定義

UO=UL=將穩(wěn)壓電路的主要元件甚至全部元件制作在一塊硅基片上的集成電路。三端穩(wěn)壓器固定式三端穩(wěn)壓器可調(diào)式三端穩(wěn)壓器固定式三端穩(wěn)壓器三端固定式集成穩(wěn)壓器外形

三端固定式集成穩(wěn)壓器產(chǎn)品

W7800系列W7900系列穩(wěn)定正電壓穩(wěn)定負(fù)電壓W78L05W78M09W7812W7815W79L05W79M09W7912W7915輸出-5V輸出-9V輸出-12V輸出-15V

輸出+5V輸出+9V輸出+12V輸出+15V

三端固定式集成穩(wěn)壓器產(chǎn)品

W7800系列W7900系列穩(wěn)定正電壓穩(wěn)定負(fù)電壓W78L05W78M09W7812W7815輸出0.1AW79L05W79M09W7912W7915輸出0.5A輸出1.5A輸出1.5A輸出0.1A輸出0.5A輸出1.5A輸出1.5A三端固定式集成穩(wěn)壓器產(chǎn)品

W7800123輸入輸出公共W7900321輸入輸出公共基本電路應(yīng)用電路

++W78003C221C1Ui＋＋UOD保護(hù)集成穩(wěn)壓器消除高頻噪聲消除自激

振蕩注意：輸入電壓Ui一般應(yīng)比輸出電壓端Uo高3V以上。提高輸出電壓的電路

UO≈（1+