模拟电子技术基础-第1章 二极管及其基本电路.ppt

第1章 二极管及其基本电路,二极管的主要参数 二极管参数是反映二极管性能质量的指标。必须根据二极管的参数来合理选用二 极管。二极管的主要参数有4项。 (1)最大整流电流ifm ifm是指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流值。工作时，管子通过 的电流不应超过这个数值，否则将导致管子过热而损坏。 (2) 最高反向工作电压urm urm是指二极管不击穿所允许加的最高反向电压。超过此值二极管就有被反向击 穿的危险。urm通常为反向击穿电压的1/22/3，以确保二极管安全工作。 (3) 最大反向电流irm irm是指二极管在常温下承受最高反向工作电压urm时的反向漏电流，一般很小， 但其受温度影响较大。 当温度升高时，irm显著增大。 (4)最高工作频率fm fm是指保持二极管单向导通性能时，外加电压允许的最高频率。二极管工作频率 与pn结的极间电容大小有关，容量越小，工作频率越高。,第1章 二极管及其基本电路,二极管的测试 (1).二极管极性的判定 将红、黑表笔分别接二极管的两个电极，若测得的电阻值很小（几千欧以下）， 则黑表笔所接电极为二极管正极，红表笔所接电极为二极管的负极；若测得的阻 值很大（几百千欧以上），则黑表笔所接电极为二极管负极，红表笔所接电极为 二极管的正极，如图2.17所示。,图2.17二极管极性的测试,(2).二极管好坏的判定 a.若测得的反向电阻很大（几百千欧以上），正向电阻很小（几千欧以下），表明二极管性能良好。 b.若测得的反向电阻和正向电阻都很小，表明二极管短路，已损坏。 c.若测得的反向电阻和正向电阻都很大，表明二极管断路，已损坏。,第1章 二极管及其基本电路,半导体二极管的应用 二极管是电子电路中最常用的半导体器件。利用其单向导电性及导通时 正向压降很小的特点，可用来进行整流、检波、钳位、限幅、开关以及 元件保护等各项工作。 (1).整流 整流电路（rectifying circuit）把交流电能转换为直流电能的电路。 大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动 机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流 电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路 多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于 滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变 压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网 与整流电路之间的电隔离。利用二极管的单向导电性可组成单相、三相 等各种形式的整流电路。,第1章 二极管及其基本电路,(a).半波整流电路 半波整流电路是一种最简单的整流电路。它由电源变压器b 、整流二极 管d和负载电阻rfz ，组成。变压器把市电电压（多为220v）变换为所需 要的交变电压e2，d再把交流电变换为脉动直流电。变压器砍级电压e2， 是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压，它的波形如图2.18(a)所 示。在0k时间内，e2为正半周即变压器上端为正下端为负。此时二极 管承受正向电压面导通，e2通过它加在负载电阻rfz上，在2 时间 内，e2为负半周，变压器次级下端为正，上端为负。这时d承受反向电 压，不导通，rfz，上无电压。在2时间内，重复0 时间的过 程，而在34时间内，又重复2时间的过程这样反复下去， 交流电的负半周就被“削”掉了，只有正半周通过rfz，在rfz上获得了 一个单一右向（上正下负）的电压，如图2.18(b)所示，达到了整流的目 的，但是，负载电压usc。以及负载电流的大小还随时间而变化，因此， 通常称它为脉动直流。这种除去半周、图下半周的整流方法，叫半波整 流。2.19为半波整流电路原理图。,第1章 二极管及其基本电路,图2.18 半波整流波形,图2.19 半波整流电路原理图,(b).全波整流电路 如果把整流电路的结构作一些调整，可以得到一种能充分利用电能的全波整流电路。图2.20是全波整流电路的电原理图。 全波整流电路，可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头，把次组线圈分成两个对称的绕组，从而引出大小相等但极性相反的两个电压e2a 、e2b ，构成e2a 、d1、rfz与e2b 、d2、rfz ，两个通电回路。 全波整流电路的工作原理，可用图2.21 所示的波形图说明。在0间内，e2a 对dl为正向电压，d1导通，在rfz上得到上正下负的电压；e2b对d2为反向电压，d2不导通。在-2时间内，e2b对d2为正向电压，d2导通，在rfz 上得到的仍然是上正下负的电压；e2a 对d1为反向电压，d1 不导通。,第1章 二极管及其基本电路,图2.20 全波整流电路原理图,图2.21 全波整流电路波形图,第1章 二极管及其基本电路,(c)桥式整流电路 桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。桥式整流电路的工作原理 如下：e2为正半周时，对d1、d3和方向电压，dl，d3导通；对d2、d4加 反向电压，d2、d4截止。电路中构成e2、dl、rfz 、d3通电回路，在 rfz ，上形成上正下负的半波整洗电压，e2为负半周时，对d2、d4加 正向电压，d2、d4导通；对d1、d3加反向电压，d1、d3截止。电路中构 成e2、d2、rfz 、d4通电回路，同样在rfz 上形成上正下负的另外半波 的整流电压。 如此重复下去，结果在rfz ，上便得到全波整流电压。其 波形图和全波整流波形图是一样的。 桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大 值，比全波整洗电路小一半。,第1章 二极管及其基本电路,第1章 二极管及其基本电路,(2).钳位 利用二极管正向导通时压降很小的特性，可组成钳位电路，如图2.23所 示。若a点ua=0，二极管vd可正向导通，其压降很小， f点的电位也被钳 制在0v左右，即uf0。,2.23 二极管钳位电路,第1章 二极管及其基本电路,限幅 利用二极管正向导通后其两端电压很小且基本不变的特性，可以构成 各种限幅电路，使输出电压幅度限制在某一电压值以内。二极管限幅用 途可由分析图2.24来说明。设输入电压ui=10sint(v), us1=us2=5v。 当-us2us1时，vd1处于正向偏置而导通，使输出电压保持在us1。当ui- us1时，vd2处于正向偏置而导通，输出电压保持在-us2。由于输出电压uo 被限制在+us1与-us2之间，即|uo|5v, 好像将输入信号的高峰和低谷部 分削掉一样, 因此这种电路又称为削波电路。,第1章 二极管及其基本电路,第1章 二极管及其基本电路,(4).元件保护。在电子线路中，常用二极管来保护其他元器件免受过高 电压的损害。图2.25为一种二极管元件保护电路。在开关s接通时，电源 e给线圈供电，l中有电流流过， 储存了磁场能量。在开关s由接通到断 开的瞬时，电流突然中断，l中将产生一个高于电源电压很多倍的自感电 动势el，el与e叠加作用在开关s的端子上，在s的端子上产生电火花放 电， 这将影响设备的正常工作，使开关s寿命缩短。接入二极管vd后 ，el通过二极管vd产生放电电流i, 使l中储存的能量不经过开关s放掉， 从而保护了开关s。,图2.25 二极管保护电路,第1章 二极管及其基本电路,特种二极管 特殊二极管包括了发光二极管、稳压二极管、光电二极管、变容二极管、 激光二极管等。下面分别对这几种二极管作以简要的描述。 发光二极管 (1).发光二极管的符号及特性 发光二极管是一种将电能直接转换成光能的固体器件，简称led。发光二 极管和普通二极管相似，也由一个pn结组成。发光二极管在正向导通 时，由于空穴和电子的复合而发出能量，发出一定波长的可见光。光的 波长不同，颜色也不同。常见的led有红、绿、黄等颜色。发光二极管的 驱动电压低、工作电流小，具有很强的抗振动和抗冲击能力。由于发光 二极管体积小、可靠性高、耗电省、寿命长，被广泛用于信号指示等电 路中。图为发光二极管的符号及伏安特性曲线。,第1章 二极管及其基本电路,(2).发光二极管的应用 电源通断指示发光二极管作为电源通断指示通常称为指示灯，在实际应 用中给人提供很大的方便。发光二极管的供电电源既可以是直流的也可 以是交流的，但必须注意的是，发光二极管是一种电流控制器件，应 用中只要保证发光二极管的正向工作电流在所规定的范围之内，它就可 以正常发光。数码管是电子技术中应用的主要显示器件，是用发光二极 管经过一定的排列组成的。,第1章 二极管及其基本电路,稳压二极管 硅稳压二极管简称稳压管，是一种特殊的二极管，它与电阻配合具有稳 定电压的特点。 稳压管的伏安特性 稳压管正向偏压时，其特性和普通二极管一样；反向偏压时，开始一段 和二极管一样，当反向电压达到一定数值以后，反向电流突然上升， 而 且电流在一定范围内增长时，管两端电压只有少许增加，变化很小，具 有稳压性能。这种“反向击穿”是可恢复的，只要外电路限流电阻保障 电流在限定范围内，就不致引起热击穿而损坏稳压管。 图为稳压二极管伏安特性和符号。,第1章 二极管及其基本电路,(2) 稳压管的主要参数 a. 稳定电压值uvdz: 稳压管在正常工作时管子的端电压, 一般为325v，高的可达200 v。 b. 稳定电流ivdz: 稳压管正常工作时的参考电流。开始稳压时对应的电流最小，为最小稳压电流ivdzmin；对应额定功耗时的稳压电流为最大稳压电流ivdzmax。 c. 动态电阻rvdz:稳压管端电压的变化量uvdz与对应电流变化量ivdz之比 d. 稳定电压的温度系数: 当温度变化1时稳压管的稳压值uvdz的相对变化量。 e. 稳压管额定功耗pvdzm: 保证稳压管安全工作所允许的最大功耗 pvdzm=uvdzivdzmax,第1章 二极管及其基本电路,(3) 稳压二极管的应用及注意事项 ui是不稳定的可变直流电压，希望得到稳定的电压uo，故在两者之间加 稳压电路。它由限流电阻r和稳压管vdz构成，rl是负载电阻。,第1章 二极管及其基本电路,其他特殊二极管 (1).光电二极管又称为光敏二极管，它是一种光接受器件，其pn结工作 在反偏状态，可以将