模擬電子技術課件

主講人：元增民模擬電子技術電工與模數(shù)電技術第1章晶體管(2)1.2二極管種類及應用PPT2作業(yè):39頁習題1.1.1,1.1.21.二極管種類及用途2.二極管技術參數(shù)3.溫度對二極管工作特性的影響4.二極管損壞原因5.二極管型號命名及常用二極管6.二極管管腳鑒別7.穩(wěn)壓二極管應用電路8.發(fā)光二極管應用電路9.光電池及光電二極管應用電路10.二極管電路分析方法11.用熊仔爬山法計算電位本節(jié)要務二極管種類、應用及分析計算方法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2.二極管應用電路及其分析方法玻封、塑封二極管及無引線二極管各種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負載pn結在光照下的表現(xiàn)-光電池工作原理內(nèi)電場內(nèi)建電勢是太陽能電池的阻力，另一方面內(nèi)電場又是電池動力的源泉，因此太陽能電池電動勢E總比擴散勢Ee小。通常硅pn結擴散勢Ee約為0.7V，而單片硅太陽能電池電動勢Ee-Ub約為0.5V。日本教授因發(fā)明藍色LED獲諾獎。

光照時pn結內(nèi)電場中產(chǎn)生的電子才在電場力作用下奔向正極，空穴奔向負極，內(nèi)電場及勢壘Ub都被削弱，打破擴散勢Ee與Ub的平衡，差值Ee-Ub就是太陽能電池電動勢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用從計算式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時溫度系數(shù)各為負,零,正4.二極管損壞主要原因過流過熱超耗散功率5.二極管型號命名及常用二極管例：國產(chǎn)硅整流二極管2CZ11B日產(chǎn)二極管型號以1打頭，表示一個pn結例：1N4148玻封管:100mA,100V,1MHz1N4007塑封管:1A,1200V國產(chǎn)二極管型號由四部分組成。第一:電極數(shù)，數(shù)字2表示有2個電極第二: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.溫度對二極管的影響6.二極管管腳鑒別有標志的一端為負極7.穩(wěn)壓二極管應用電路1)穩(wěn)壓二極管技術參數(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)動態(tài)內(nèi)阻rz(5)電壓溫度系數(shù)αz2)穩(wěn)壓二極管應用電路圖1.2.3穩(wěn)壓二極管應用電路已知負載電流IL，設計限流電阻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，負載電流IL=10mA，試計算限流電阻R。實際取限流電阻R=390Ω即可。解已知負載電阻RL，設計限流電阻

例1.2.2

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

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

二極管反向擊穿后限流措施得當時能正常工作，是一個普遍原理。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，可計算470kΩ限流電阻功耗約0.1W，LED功耗P≈10mW，電阻及LED實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點電荷經(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，紅色LED1為半功率指示器，綠色LED2為全功率指示器。R1、R2為LED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光電池應用電路pn結是光電池的核心。多個pn結串聯(lián)，可提高光生電動勢，見圖1.2.8。多個pn結并聯(lián)，可以提高光生電流。圖1.2.8光敏二極管應用電路光電池由硅等材料制成的pn結串并聯(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，俗稱太陽翼。太陽翼的可靠性和壽命對整個衛(wèi)星的影響非常大，它的壽命常常決定衛(wèi)星的壽命。國產(chǎn)2CR型硅光電池在100mW/cm2的入射光強作用下，可得到開路電壓(電動勢)450～600mV，短路電流16～30mA。

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

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

解

A用節(jié)點電壓法開關位置E1/VE2/VI1/mAI2/mAI3/mA理論實驗理論實驗理論實驗上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點順時針爬到A計算R2左端相對右端的電壓U2=E2-0.7V+U=12V-0.7V+(-0.628V)=10.67VI2=U2/R2=10.67V/1kΩ=10.67mA>0，所有計算結果都成立圖1.2.9二極管電路(二極管暫時斷開)

解

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

二極管導通，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承受正偏電壓而導通

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

電路見圖1.2.10，Ud=0.7V，判斷二極管導通還是截止，并求Uo

(b)僅二極管D2開路2012年注冊電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試專業(yè)基礎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承受正偏電壓而導通

(2)只摘開二極管D2，因D1導通，用熊仔爬山法從K2點逆時針方向爬到A點計算開路電壓Uak2=-100V+25V+200k/(100k+200k)×(150V-25V)=8.3V>0，再判斷D2也導通。(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年注冊電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試專業(yè)基礎27題

解(1)斷開D1、D2，用熊仔爬山法計算開路電壓

Uak1=10V

Uak2=15V+10V=25V

Uak2>Uak1，且Uak2>0.7V，故首先判斷D1承受正偏電壓而導通

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

答案選B圖示電理發(fā)剪采用直流電動機，由曲柄滑塊機構帶動剪刀片左右往復運動。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)開關向電動機供電，LED指示燈隨之熄滅。故障：工作時突然之間電動機就轉(zhuǎn)的很慢，甚至走不動，連一個頭也理不下來。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)一個奇怪現(xiàn)象：拔掉充電器，指示燈還要亮一陣才慢慢熄滅。