模拟电子技术课件

主讲人：元增民模拟电子技术电工与模数电技术第1章晶体管(2)1.2二极管种类及应用PPT2作业:39页习题1.1.1,1.1.21.二极管种类及用途2.二极管技术参数3.温度对二极管工作特性的影响4.二极管损坏原因5.二极管型号命名及常用二极管6.二极管管脚鉴别7.稳压二极管应用电路8.发光二极管应用电路9.光电池及光电二极管应用电路10.二极管电路分析方法11.用熊仔爬山法计算电位本节要务二极管种类、应用及分析计算方法1.普通二极管、稳压二极管、变容二极管、各种LED、光电池及光电二极管2.二极管应用电路及其分析方法玻封、塑封二极管及无引线二极管各种LED螺栓型金封二极管压装型金封二极管及LED数码管图1.2.1负载pn结在光照下的表现-光电池工作原理内电场内建电势是太阳能电池的阻力，另一方面内电场又是电池动力的源泉，因此太阳能电池电动势E总比扩散势Ee小。通常硅pn结扩散势Ee约为0.7V，而单片硅太阳能电池电动势Ee-Ub约为0.5V。日本教授因发明蓝色LED获诺奖。

光照时pn结内电场中产生的电子才在电场力作用下奔向正极，空穴奔向负极，内电场及势垒Ub都被削弱，打破扩散势Ee与Ub的平衡，差值Ee-Ub就是太阳能电池电动势E。1.二极管种类及用途1)普通二极管整流,检波,混频

2)稳压二极管3)发光二极管(LED)及激光二极管4)光电池及光电二极管第1章晶体管(2)1.2晶体二极管种类及应用从计算式E=Ee-Ub可看出，一方面5)变容二极管6)肖特基二极管(SBD)图1.2.27)隧道二极管2.二极管技术参数1)最大正向电流2)反向击穿电压。3)最高耗散功率4)最高工作频率1)二极管正向压降温度系数≈-2mV/ºC，

(2)稳压值<6V,=6V,>6V时温度系数各为负,零,正4.二极管损坏主要原因过流过热超耗散功率5.二极管型号命名及常用二极管例：国产硅整流二极管2CZ11B日产二极管型号以1打头，表示一个pn结例：1N4148玻封管:100mA,100V,1MHz1N4007塑封管:1A,1200V国产二极管型号由四部分组成。第一:电极数，数字2表示有2个电极第二:材料,A,B,C,D各表N型锗、P型锗、N型硅、P型硅第三:功能Z:整流管,K:开关管,C:变容管第四:参数规格，以数字字母表示。3.温度对二极管的影响6.二极管管脚鉴别有标志的一端为负极7.稳压二极管应用电路1)稳压二极管技术参数(1)稳定电压Uz(2)最小稳定电流Iz(min)，见图1.1.10(3)最大稳定电流Iz(max)或耗散功率Pmax(4)动态内阻rz(5)电压温度系数αz2)稳压二极管应用电路图1.2.3稳压二极管应用电路已知负载电流IL，设计限流电阻Pmax=UzIz(max)

例1.2.1

已知稳压二极管输入电压U1=12V，稳定电压Uz=6V，最小稳定电流Iz(min)=2mA，负载电流IL=10mA，试计算限流电阻R。实际取限流电阻R=390Ω即可。解已知负载电阻RL，设计限流电阻

例1.2.2

红色LED电源Ucc=5V，要求工作电流I=1mA，试计算限流电阻R。解实际取限流电阻R=3kΩ即可。图1.2.4发光二极管应用电路

8.发光二极管应用电路限流电阻LED管压降Uled范围在1.8V~3V，通常用pn结恒压降模型，可按红Uled=2V、绿Uled=2~3V、蓝、白Uled=3V计算。近距离小尺寸LED通常只要0.5mA电流，就可见发光.1)直流应用

二极管反向击穿后限流措施得当时能正常工作，是一个普遍原理。LED也可考虑直接在交流电路工作。红色LED与电阻或电容串联作220V交流电源指示灯，见图1.2.5。Φ3~5mmLED最大耗散功率50mW。考虑约2V正向压降及20V反向击穿电压，可计算470kΩ限流电阻功耗约0.1W，LED功耗P≈10mW，电阻及LED实际功耗均小于最大耗散功率。(a)R+LED(b)C+LED图1.2.5经典R+LED及C//R+LED交流电源指示电路

这种R+LED电路已经在交流电源插排、热得快、电热毯、电蚊拍等得到广泛应用，几乎是世界上用量最大的典型电路。图(b)是用电容代替电阻限流，更节能。断电后限流电容所存的一点点电荷经过并联电阻可以更快地释放掉，更有利于安全。2)交流应用图1.2.6电热毯加热功率LED指示电路

图1.2.7系一种电热毯LED加热功率指示电路，S为加热功率选择开关，红色LED1为半功率指示器，绿色LED2为全功率指示器。R1、R2为LED限流电阻，R3为100W电热丝。LED反向耐压5V~30V，D1为反向耐压1000V以上的整流二极管。图1.2.7光电池应用电路pn结是光电池的核心。多个pn结串联，可提高光生电动势，见图1.2.8。多个pn结并联，可以提高光生电流。图1.2.8光敏二极管应用电路光电池由硅等材料制成的pn结串并联组成。光电池是迄今为止最有前途的清洁能源之一。卫星上的光电池安装在翼板上以充分接受光照，俗称太阳翼。太阳翼的可靠性和寿命对整个卫星的影响非常大，它的寿命常常决定卫星的寿命。国产2CR型硅光电池在100mW/cm2的入射光强作用下，可得到开路电压(电动势)450～600mV，短路电流16～30mA。

明白光电二极管结构与光电池大同小异，就知道，外接电源为0时，光电二极管只是灵敏度降低，但是还能输出微弱传感信号。外接电源E只是锦上添花。9.光电池及光电二极管应用电路10、二极管电路分析方法二极管正向电流从扩散势Ee正极流向负极。若把二极管看做电池，则正向导通的二极管恰似充电电池。二极管正向电流相当于电子连续不断地从高能级跌落在低能级，多余能量以热能或光能形式随即释放，正向导通的二极管可认为是一块永远也充不满的电池。1)在线电流分析法把二极管当成一块只能充电但永远也充不满的电池，硅二极管当成0.7V电池，锗二极管当成0.2V电池，理想二极管当成0V电池，计算某管电流若为正向，则判断该管导通，结果成立；计算某管电流若为反向，则判断该管截止，结果不成立，实际电流应为0，应将该管断开后重新计算。2)开路电压分析法断开所有二极管计算各开路电压。若最大的开路电压大于管子正向压降，则判断那只管子导通。然后逐只断开其它管子计算其开路电压，若大于其正向压降，则判断该管导通。[1]熊仔爬山法就是假设读者像一个可爱的小熊仔一样，从零电位点爬起来，一直爬到指定点。一步步累加的电压升就是该点的电位。逆着电流爬过电阻，遇到的乘积RI是电压升。从电压源负极爬到正极遇到的电动势E是电压升。熊仔爬山电位计算法

例1.2.3电路如图1.2.9，E1=9V，E2=-12V，试分析二极管是否导通，若导通则计算其电流。

解

A用节点电压法开关位置E1/VE2/VI1/mAI2/mAI3/mA理论实验理论实验理论实验上12-126.254.7911.04下9129.44-10.67-1.23下12-107.8407.84图1.2.9二极管电路再用熊仔爬山法从B点顺时针爬到A计算R2左端相对右端的电压U2=E2-0.7V+U=12V-0.7V+(-0.628V)=10.67VI2=U2/R2=10.67V/1kΩ=10.67mA>0，所有计算结果都成立图1.2.9二极管电路(二极管暂时断开)

解

B用等效电源法断开二极管，则E1与R1,R3组成简单闭合回路。AD电压由三个510Ω电阻对E1串联分压形成，9V分压为3V。用熊仔爬山法计算以D点为零电位点的开路电压Uo=E1/3+E2=3V+12V=15Vrs=(2×510Ω)//510Ω+1kΩ=1.34kΩUo>0.7V

二极管导通，其电流I2=(Uo-Ee)/rs=(15V-0.7)/1.34kΩ=10.67mA图1.2.10双二极管电路(a)所有二极管都开路

解(1)断开D1、D2，见图(a)，用熊仔爬山法计算开路电压

Uak1=E1=12V

Uak2=E1-E2=12V-6V=6V

Uak1>Uak2，且Uak1>0.7V，故D1承受正偏电压而导通

(2)只断开D2，见图(b)，计算Uak2=0.7V-6V=-5.3V，D2承受负压而截止。(3)通过D1回路，或通过E1和R支路，都能计算Uo=-0.7V。例1.2.4

电路见图1.2.10，Ud=0.7V，判断二极管导通还是截止，并求Uo

(b)仅二极管D2开路2012年注册电气工程师执业资格考试专业基础29题(a)原图(b)所有二极管都开路

解(1)断开D1、D2，见图(b)，用熊仔爬山法计算开路电压

Uak1=U1-E3=150V-25V=125VUak2=U1-E2=150V-100V=50V

Uak1>Uak2，且Uak1>0.7V，故D1承受正偏电压而导通

(2)只摘开二极管D2，因D1导通，用熊仔爬山法从K2点逆时针方向爬到A点计算开路电压Uak2=-100V+25V+200k/(100k+200k)×(150V-25V)=8.3V>0，再判断D2也导通。(3)从原电路可看出来，100V电压源直接通向输出端，故Uo=100V，选答案C(c)只断开二极管D2

2010年注册电气工程师执业资格考试专业基础27题

解(1)断开D1、D2，用熊仔爬山法计算开路电压

Uak1=10V

Uak2=15V+10V=25V

Uak2>Uak1，且Uak2>0.7V，故首先判断D1承受正偏电压而导通

(2)只断开D1，计算Uak1=-15V，D1承受负压而截止。(3)通过D2回路，或通过E1和R支路，都能计算Uo=-15V。

答案选B图示电理发剪采用直流电动机，由曲柄滑块机构带动剪刀片左右往复运动。LED指示灯亮，指示正在为蓄电池充电。4007二极管用于防止不充电时电池电流向指示灯倒灌。充满电拔掉充电器，电池只能经开关向电动机供电，LED指示灯随之熄灭。故障：工作时突然之间电动机就转的很慢，甚至走不动，连一个头也理不下来。停下来充一阵电，情况有所改善，但是再用还是不行。并且发现一个奇怪现象：拔掉充电器，指示灯还要亮一阵才慢慢熄灭。