模拟电路与项目训练 课件 项目1 集成开关稳压电路的分析与制作

二极管的结构和分类《模拟电路分析与实践》-系列微课目录半导体基础知识01PN结02二极管的结构及符号03二极管的分类04半导体基本知识导体绝缘体半导体半导体——导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，常用硅(Si)、锗(Ge)和砷化镓(GaAs)等。半导体特性——热敏性、光敏性、掺杂性半导体基本知识+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征激发现象产生电子空穴对这一现象称为本征激发，也称热激发。半导体基本知识

电子流(带负电)空穴流(带正电)由于本征激发产生的电子空穴对的数目很少，则本征半导体中载流子浓度很低，其导电能力很弱。

杂质半导体1.N型杂质半导体（电子型）多余电子磷原子砷等硅原子多数载流子——自由电子少数载流子——空穴++++++++++++N型半导体施主离子自由电子电子空穴对杂质半导体2.P型杂质半导体（空穴型）多余空穴硼原子硅原子多数载流子——空穴少数载流子——自由电子受主离子空穴电子空穴对－－－－－－－－－－－－P型半导体PN结内电场E多子扩散电流少子漂移电流耗尽层动态平衡：扩散电流＝漂移电流总电流＝0PN结正向电流正向导通状态PN结反向截止状态PN二极管的结构及符号外壳阳极阴极阳极引线阴极引线阳极阴极VD二极管的分类（1）按封装形式塑料封装金属封装玻璃封装二极管的分类（2）按结构分类点接触型面接触型平面型二极管的分类（3）按作用场合分类整流管发光管稳压管光敏管贴片二级管谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课二极管伏安特性及主要参数《模拟电路分析与实践》-系列微课目录二极管正向伏安特性01二极管反向伏安特性02温度对特性曲线的影响03二极管的主要参数04二极管的正向伏安特性uEiVmA

硅：0.5V

锗：0.1V导通压降死区电压锗硅：0.7V锗：0.3V硅二极管的反向伏安特性uEiVuA反向饱和电流击穿电压UBR硅锗二极管的伏安特性

1.正向特性

当正向电压较小时,正向电流极小（几乎为零）,这一部分称为

,相应的A(A′)点的电压称为

电压或门槛电压(也称阈值电压),硅管约为

V,锗管约为

V,如图中OA(OA′)段。当正向电压超过门槛电压时,正向电流就会急剧地增大,二极管呈现很

电阻而处于导通状态。这时硅管的正向导通压降约为

V,锗管约为

V,如图中AB(A′B′)段。

死区死区0.50.1小0.70.3二极管的伏安特性

2.反向特性

二极管两端加上反向电压时,在开始很大范围内,二极管相当于非常

的电阻,反向电流很

,且

反向电压而变化，此时的电流称之为

IR

,见图中OC（OC’）段。由伏安特性看出,当反向电压超过UBR

后稍有增加时,反向电流急剧增加,这种现象称为

，UBR称为

。大不随反向饱和电流

击穿电压反向击穿小温度对特性曲线的影响

3.温度对特性的影响左减小下温度升高时，二极管正向特性曲线向

移动,正向压降

;反向特性曲线向

移动,反向电流

。增大二极管的主要参数1.最大整流电流：二极管允许通过的最大正向平均电流。超过此电流,二极管将可能因过热而烧毁。

二极管的主要参数2.最大反向工作电压：二极管允许的最大工作电压。当反向电压超过此值时，二极管可能被击穿。二极管的主要参数3.反向饱和电流：二极管未击穿时的反向电流值。二极管的主要参数4.正向峰值浪涌电流：正向浪涌电流承受能力。谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课含二极管电路的分析《模拟电路分析与实践》-系列微课目录二极管等效模型01整流电路分析02单向限幅电路分析03电平选择电路分析04二极管等效模型理想模型恒压降模型折线模型整流电路分析单向限幅电路分析电平选择电路分析例题讲解例试分析下列几种情况下二极管的工作状态及输出端F的电位VF。设二极管正向压降为0.7V。（1）VA=VB=0V（2）VA=0V，VB=3V（3）VA=3V，VB=0V（4）VA=VB=3V

例题讲解解A点电位（V）B点电位（V）VD1二极管状态VD2二极管状态F点电位（V）00截止截止003截止

导通2.330

导通截止2.333导通导通2.3谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课特殊类型二极管—稳压二极管《模拟电路分析与实践》-系列微课目录稳压二极管特性曲线01稳压二极管主要参数02稳压二极管稳压原理03稳压二极管简介稳压二极管是利用PN结反向击穿后具有稳压特性经特殊制作的二极管。稳压二极管特性曲线正向反向稳压管正确工作条件之一：稳压管反向接于电路之中稳压二极管的正、反向特性曲线与普通二极管相似。区别仅在于击穿后，特性曲线更加陡峭，即电流在很大范围内变化时(IZmin<I<IZmax)，其两端电压几乎不变。稳压二极管主要参数1.稳定电压值UZ稳压二极管主要参数2.工作电流IZAB反向饱和区反向击穿区稳压管正确工作条件之二：IZmin<IZ<IZmax稳压二极管主要参数3.动态电阻rZ稳压二极管主要参数4.最大工作电流

IZmax5.最大耗散功率

PZ稳压二极管能够允许通过的最大反向电流值。当反向电流通过稳压二极管，管子本身消耗功率的最大允许值就叫做额定功率。在实际使用时，不允许稳压二极管消耗的功率超过这个极限值。稳压二极管稳压原理(1)当输入电压变化时UiUZUoUoURIIZ稳压二极管稳压原理(2)当负载变化时RLUZUoUoURIIZ限流电阻的计算（1）当UImin，ILmax时，则IZ最小。由此可计算出限流电阻的一个极限值。即限流电阻的计算（2）当UImax，ILmin时，则IZ最大。由此可计算出限流电阻的另一个极限值。即稳压管正确工作条件之三：Rmin<R

<Rmax谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课特殊类型二极管—发光二极管《模拟电路分析与实践》-系列微课目录发光二极管简介01发光二极管分类02发光二极管工作条件03发光二极管简介发光二极管也称为LED，是一种将电能转换为光能的半导体器件，其应用极为广泛。发光二极管简介

早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。单色光双色光红外线发光二极管简介随着技术的不断进步，发光二极管用途也由初时作为指示灯、显示板等逐渐扩展至广泛应用于显示器、电视机采光装饰和照明。指示灯显示器照明发光二极管分类（1）按使用材料

可分为磷化镓（GaP）发光二极管、磷砷化镓（GaAsP）发光二极管、砷化镓（GaAs）发光二极管、磷铟砷化镓（GaAsInP）发光二极管和砷铝化镓（GaAIAs）发光二极管等多种。（2）按管体颜色

可分为红色、琥珀色、黄色、橙色、浅蓝色、绿色、黑色、白色、透明无色等多种。圆形发光二极管的外径为2~20mm，分为多种规格。发光二极管分类（3）按封装形式

可分为金属封装、陶瓷封装、塑料封装、树脂封装和无引线表面封装外，还可分为加色散射封装、无色散射封装、有色透明封装和无色透明封装。金属封装塑料封装无色透明封装发光二极管分类（4）按发光颜色

可分为有色光和红外光。有色光又分为红色光、黄色光、橙色光、绿色光等。红色光

黄色光

绿色光发光二极管分类

此外，发光二极管还可分为普通单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等。

高亮度发光

闪烁发光

变色发光发光二极管工作条件发光二极管正确工作条件之一：发光二极管正向接于电路之中发光二极管与普通二极管一样，都是由PN结构成，也具备单向导电性。当发光二极管正偏，注入到N区和P区的载流子被复合时，会发出可见光和不可见光。发光二极管工作条件例图示电路，已知发光二极管的导通电压为1.6V，正向电流为5~20mA时才能发光。试问：（1）开关处于何位置时发光二极管可能发光？（2）为使发光二极管发光，电路中R的取值范围是多少？解（1）开关断开时发光二极管可能发光。（2）发光二极管工作条件发光二极管正确工作条件之一：发光二极管正向接于电路之中发光二极管正确工作条件之二：发光二极管串联合适阻值电阻谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课特殊类型二极管—光敏二极管《模拟电路分析与实践》-系列微课目录光敏二极管简介01光敏二极管工作原理02光敏二极管典型应用03光敏二极管简介光敏二极管又称为光电二极管（photodiode），是一种能够根据使用方式，将光信号转换成电流或者电压信号的光探测器。光敏二极管工作条件光敏二极管结构与普通二极管相似，只是管壳上留有一个能入射光线的窗口。其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，工作时需加上反向电压。光敏二极管工作原理无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,

PN结中产生电子一空穴对，少数载流子密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加，形成光电流，它随入射光强度的变化而变化。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。光敏二极管典型应用感应式水龙头光敏二极管常常和发光器件（通常是发光二极管）被合并在一起组成一个模块，这个模块常被称为光电耦合元件。光敏二极管典型应用光敏二极管典型应用感应式水龙头安防对射管光敏二极管常常和发光器件（通常是发光二极管）被合并在一起组成一个模块，这个模块常被称为光电耦合元件。光敏二极管典型应用光敏二极管典型应用

光电式烟雾探测器红外线遥控光敏二极管典型应用

照相机测光器亮度自动调节路灯谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课低频整流电路及二极管选型《模拟电路分析与实践》-系列微课目录单向半波整流电路01单向桥式整流电路02二极管选型03单向半波整流电路

0ωt

0ωt

0

ωt

电路的组成及工作原理：+–u2正半周时:D导通，A→D→RL→B，uO=u2_+_+

0

ωtu2负半周时:D截止，承受方向电压，为u2；

uO=0单向半波整流电路

电路的参数计算：1）负载上的直流电压和直流电流直流电压是指一个周期内脉动电压的平均值

流过负载RL上的直流电流为0ωt

0

ωt

IO=UORL≈0.45U2RL单向半波整流电路

电路的参数计算：2）二极管的选择uD

20tURMID=IO≈0.45U2RLURM=

考虑到电网电压波动范围为±10%，二极管的极限参数应满足：UR>

IF>0.45U2RL

单向桥式整流电路+–组成：由四个二极管组成桥路ABuO单向桥式整流电路ωt

ωtu2正半周时:D1

、D3导通，D2、D4截止A→D1→RL→D3→B，uO=u2+–ABuO单向桥式整流电路_+ABuO单向桥式整流电路ωt

ωtU2负半周时:D2、D4导通、D1

、D3截止

B→D2→RL→D4

→A，uO=-u2_+ABuO单向桥式整流电路电路的参数计算：输出电压平均值：UO

≈

0.9U2输出电流平均值:IO

≈

0.9U2/RL

1）负载上的直流电压和直流电流0

ωt

0ωt

单向桥式整流电路00ωtiD

0

ωt

ωt0ωt

iD1,

iD3iD2,iD4uD2,uD4uD1,uD3ABuO单向桥式整流电路流过二极管的平均电流：二极管承受的最大反向电压：2）二极管的选择

ID=IO/2=0.45U2/RL

000

ωtωt

0ωtiD

ωtiD1,

iD3iD2,iD4uD2,uD4uD1,uD3UR>

IF>0.45U2RL

与半波整流电路对二极管的要求相同二极管选型例：试设计一台输出电压为24V，输出电流为2A的直流电源，电路形式可以采用半波整流或桥式整流，然后试确定两种电路形式的变压器副边电压有效值，并选定相应的整流二极管。解：1）当采用半波整流电路时U2=UO0.45=240.45=53.5VURM=

=1.41╳53.5V=75.2V

IO

ID==2A型号：2CZ12B、3A、200V二极管选型例：试设计一台输出电压为24V，输出电流为2A的直流电源，电路形式可以采用半波整流或桥式整流，然后试确定两种电路形式的变压器副边电压有效值，并选定相应的整流二极管。2）当采用桥式整流电路时U2=UO0.9=240.9=26.7VURM=

=1.41╳26.7V=37.6V

IO

ID==0.5A型号：2CZ12B、3A、200V12谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课滤波电路《模拟电路分析与实践》-系列微课目录电容滤波电路01电感滤波电路02复合滤波电路03电容滤波电路

UO=UL=

1）工作原理（1）空载（RL=∞）时：u2tuLtuc=uLro电容器的充电时间常数：τ1

=

roC≈0电容滤波电路

UO=UL=

τ充电=

(ro//RL)C≈roC≈

0τ放电=RLC（2）接入RL（且RLC较大）时电容滤波电路

ωt

放电速度与正弦波下降速度相似UO=UL=

abc充电d0π滤波后，输出电压脉动减小，平均值增加滤波的效果与放电时间常数τ的大小有关（2）接入RL（且RLC较大）时电容滤波电路

2）负载上的电压、电流

一般取UO

≈

1.2U21）放电时间常数选择RL

C≥（3~5）T23）参数计算UO

≈

（1.1-1.4）U2IO=UO/RL≈1.2U2/RL

电容滤波电路

ωt二极管中的电流UO=UL=

3）二极管中的电流ωt

ID

≈0.6U2/RL

4）二极管耐压值

结论：电容滤波仅适用于负载电流较小且变化不大的场合电感滤波电路

对谐波分量:

f

越高，XL

越大，电压大部分降在电感上对直流分量:

XL=0相当于短路，电压大部分降在RL上UL=0.9U2复合滤波电路

LC滤波电路RCπ型滤波电路谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课输出固定的线性

集成稳压电路《模拟电路分析与实践》-系列微课目录

基本电路应用电路01

提高输出电压的电路02

扩大输出电流的电路03

输出正、负电压的电路04集成稳压器定义

UO=UL=将稳压电路的主要元件甚至全部元件制作在一块硅基片上的集成电路。三端稳压器固定式三端稳压器可调式三端稳压器固定式三端稳压器三端固定式集成稳压器外形

三端固定式集成稳压器产品

W7800系列W7900系列稳定正电压稳定负电压W78L05W78M09W7812W7815W79L05W79M09W7912W7915输出-5V输出-9V输出-12V输出-15V

输出+5V输出+9V输出+12V输出+15V

三端固定式集成稳压器产品

W7800系列W7900系列稳定正电压稳定负电压W78L05W78M09W7812W7815输出0.1AW79L05W79M09W7912W7915输出0.5A输出1.5A输出1.5A输出0.1A输出0.5A输出1.5A输出1.5A三端固定式集成稳压器产品

W7800123输入输出公共W7900321输入输出公共基本电路应用电路

++W78003C221C1Ui＋＋UOD保护集成稳压器消除高频噪声消除自激

振荡注意：输入电压Ui一般应比输出电压端Uo高3V以上。提高输出电压的电路

UO≈（1+