第二講二極管及應用

1、第二講 二極管及應用電壓源與電流源電壓源：無論接什么負載，端電壓不能變。1. 電壓源本質上要能提供極大的電流。2. 當負載阻抗很小時，也能通過加大電流來維持電壓不變。電流源：無論接什么負載，電流不能變。1. 電流源本質上要能產生極高的電壓。2. 當負載電阻很大（甚至斷開）時，電流源產生極高的電壓即使擊穿空氣，也要維持電流不變。2電壓源與電流源電子器件的本質1. 我們如果“強加”一個電壓在某個器件上，那么器件上“被迫”流過的電流就是不可控的，電流具體是多少，則是該器件的性質。2. 同理，我們如果“強行”讓一個電流流過某器件，那么該器件兩端“反抗”電壓是不可控的，電壓具體是多少，則是該器件的性質。

2、3重新認識電阻1.電阻：對電流起阻礙作用的元件。uRRiR 2.電阻依靠改變其端電壓來限制電流。4電容1.電容：維持電壓不變的元件2.電容依靠吸收或釋放足量的電流，來維持電壓不變。5duCdtiC C電感1.電感：維持電流不變的元件2.電感依靠產生足夠的高壓，來維持電流不變。6diLdtuL LD二極管1. 二極管：只能流過正向電流，反向阻斷如果流過正向電流，那么uD 0.7V2. 憑什么二極管增加電流卻不增加“阻礙”電流增長的電壓？7什么是PN結的電導調制效應？1. 電流好比是車輛，電壓好比是通行時間。2. 車流越大，必然通行時間越長。3. 由于車道數太多，導體不可控！891. 半導體好比是

3、受交通管制的1-100車道高速公路，先天犧牲了車道數，但是換來了可控。2. 當車流很小，只開1條車道，通行所花時間為0.7V。車流很大時，多開車道，反正保證通行花的時間是0.7V。3. 即使考慮電導調制，半導體的導電能力也遠不及導體，半導體是犧牲了導流性能換來了可控性！穩(wěn)壓二極管1.穩(wěn)壓二極管：正向特性等同普通二極管，導通后端電壓0.7V。反向可被擊穿導電，擊穿后，端電壓維持標定。DZ2.穩(wěn)壓二極管依靠改變流過自身的電流來達到端電壓穩(wěn)定。10Vo0VSiD1SiD2(1) E=10V(0)R1K二極管的應用正邏輯或門121112正邏輯與門VoSiD1SiD2(1)R1KE1=10V(0)E2=

4、0V12+E10V正弦波輸入、半波整流vitT2T0Vm一個周期vi Vm sint+vivo+RVmvi0tvoTT0VmVdc 0.318Vmt2半波整流電路的輸入電壓和輸出電壓波形131.半波整流是利用二極管的單向導電性進行整流的最常用的電路，常用來將交流電轉變?yōu)橹绷麟姟?. 半波整流利用二極管單向導通特性，在輸入為標準正弦波的情況下，輸出獲得正弦波的正半部分，負半部分則損失掉。3.這種除去半周、圖下半周的整流方法，叫半波整流。不難看出，半波整流是以“犧牲”一半交流為代價而換取整流效果的，電流利用率很低。因此常用在高電壓、小電流的場合，而在一般無線電裝置中很少采用。Vdc 0.318Vm

5、14154.峰值反偏電壓PIV(峰值倒轉電壓PRV)VmPIV額定值viT2T0Vm一個周期全波整流（橋電路）+vi+voRD1D2D3D4VmT2T0ttvivoT2Tt0VmVdc 0.636Vm全波整流電路的輸入電壓和輸出電壓波形16171.2.因電源的整個周期的電壓都得到使用，使得轉換效率獲得了大幅度的提高。峰值反偏電壓PIV(峰值倒轉電壓PRV)VmPIV額定值TT0t全波整流（中心抽頭變壓器）viVm2峰值反偏電壓PIV(峰值倒轉電壓PRV) 2VmPIV額定值1819限幅電路1.2.3.限幅電路是采用二極管去掉輸入信號的一部分波形而對剩余部分波形不做任何改變的電路串聯(lián)型限幅電路中

6、，二極管同負載是串聯(lián)的關系并聯(lián)型限幅電路中，允許多個二極管與負載并聯(lián)+20限幅電路（串聯(lián)型）2TT0tvi20VV=5Vvivo+R2TTtvi20V-5V-5Vt2TT0vo5Vvi 5V 20V 5V 25Vvo 0V 5V 5V21限幅電路（并聯(lián)型）23vi+R+Vvo4VT2T0tvi16V4 V轉換電壓vo16V4V0T2Tt鉗位電路1.2.3.4.充電或放電22鉗位電路：由一個二極管、一個電阻和一個電容組成的電路，它能使輸入波形發(fā)生某個數值的偏移，但是其形狀并不發(fā)生改變。如果在基本結構中引入直流電源，可產生附加偏移。電阻和電容必須滿足時間常量 RC足夠大，保證二極管截止時，電容器不

7、會急劇放電。在整個分析過程中，假設電容在5個時間常量內完成23vivo+RCvivoVtTT2T22VTt0V054CVV+CVRvo+V+voR+vo24vitT2T0Vmvi+vi+vo+vo+RRvitT2T0Vm+vi+vi+vo+vo+vo+voRRRRVVVV+ +vi+ +vi+2526tT2T0viVm+vi+viRR+vo+vo27vitT2T0Vmvi+vi+vi+vi+vo+vo+vo+vo+RRRRV+VVV28tT2T0viVmvi+vo+V2+V1R31齊納二極管1. 確定二極管的工作狀態(tài)2. 用一個合適的模型代替原來的電路3. 求出其他未知量下圖為二極管在不同區(qū)域

8、的等效電路這些模型在轉折點采用直線近似0.7VVZVZ0V設計：當輸入為正值時，其輸出電壓的極限為20V，當輸入電壓為負值時，其輸出電壓為0V研究電路的工作過程，并畫出對應于輸入電壓的系統(tǒng)輸出電壓波形假設系統(tǒng)有很高的輸入電阻，不會影響到電路工作060Vt60Vvi系統(tǒng)viRSiVZ20Vvi 20.7VRRVZ0.7V20Vvo 20V vi 20.7Vvd vivo 0VID 0mA060Vt60Vvi系統(tǒng)viRSiVZ20V60V20V0vivoVi和R固定基本的齊納二極管穩(wěn)壓器1. 通過移除電路中的齊納二極管來判斷其工作狀態(tài)以及計算剩余電路的輸出電壓V VL RLViR RL如果 V V

9、z如果 V Vz齊納二極管導通，可以使用合適的齊納二極管等效模型齊納二極管將關閉，齊納二極管等效為開路VR V V2.VLRLIL IZ IR IL用合適的等效電路或值替代相關的未知量VL VZ通過齊納二極管的電流由基爾霍夫電流定律決定，即IR IZ IL其中IR i LR R齊納二極管的功耗P Z VZIZ注：必須遠小于器件手冊中所指定的P ZM注意：在繼續(xù)下面的分析之前，必須要認清一個問題：進行第1步只是為了確定齊納二極管的工作狀態(tài)如果齊納二極管處于導通狀態(tài)，則齊納二極管兩端的電壓并不是V伏特當系統(tǒng)開始工作，一旦齊納二極管兩端的電壓為VZ，齊納二極管將馬上導通隨后將其固定在這個電壓上而永遠

10、不會到達最高的V伏特例題：如圖所示的齊納二極管電路中a. 計算 VL,VR,IZ和P Zb. 令 RL 3k ，再計算（a）8.73V V RLVi 1.2k(16 V)R RL 1k1.2kVL V 8.73VVR Vi VL 16V-8.73V=7.27VIZ 0AP Z VZIZ VZ(0A) 0Wa. 12V 3.33mA 6mAV RLViR RL3k(16 V)1k3kVL Vz 10VVR Vi VL 16V-10V=6VIZ IR IL=6mA3.33mA=2.67mAP Z VZIZ (10V)(2.67mA) 26.7mWb.VRRIR 6V1kVLRLIL 10 V3k

11、RL LminVi固定，RL可變的情況VL VZ RLViRL RRLminRVZVi VZIL maxVL VZRVR Vi VZVRRIR IZ IR ILILmin IR IZMVZILminRLmax 例題：b. 計算齊納二極管的最大功耗時， RL和IL 的取值范圍a. 計算如圖所示電路中使得電阻 VRL 兩端電壓保持10V 250 40mA =RLminRVZVi VZ(1k)(10V) 10k50V10V 40VR Vi VZ 50V10V=40VVRRIR 40V1kILmin IR IZM 40mA-32mA=8mA10V8mARLmaxVZILmin=1.25ka.b.P max VZIZM (10V)(32mA) 320mWV因為 IL 固定在 VZ L ，而 IZ 的最大值為Vi變化，RL固定的情況最小的導通輸入電壓由下式決定：Vi iminVL VZ RLViRL RVimin(RL R)VZRLVi 的最大值由齊納二極管的最大電流決定IZM IR ILIRmax IZM ILIZMR所以 Vi 的最大值由下式決定：iVmax VRmax VZiVmax IRmaxRVZ 23.67V 16.67mA例題：計算 Vi 值的范圍，使圖中的齊納二