模擬第1單元二極管課件

模擬電子技術(shù)第1單元二極管及其應(yīng)用第2單元三極管及放大電路基礎(chǔ)第3單元多級放大電路與反饋放大電路第4單元集成運(yùn)算放大電路第5單元低頻功率放大電路第6單元諧振放大電路和正弦振蕩電路第7單元直流穩(wěn)壓電源第1單元二極管及其應(yīng)用第1節(jié)二極管第2節(jié)二極管的基本應(yīng)用第3節(jié)特殊二極管第1節(jié)二極管一、半導(dǎo)體基本知識1、物質(zhì)按導(dǎo)電能力的不同可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體3類。日常生活中接觸到的金、銀、銅、鋁等金屬都是良好的導(dǎo)體，而像塑料、云母、陶瓷等幾乎不導(dǎo)電的物質(zhì)稱為絕緣體，導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。自然界中屬于半導(dǎo)體的物質(zhì)有很多種類，目前用來制造半導(dǎo)體器件的材料大多是提純后的單晶型半導(dǎo)體，主要有硅(Si)、鍺(Ge)和砷化鎵（GaAs)等。2、雜質(zhì)半導(dǎo)體

相對金屬導(dǎo)體而言，本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少，因此導(dǎo)電能力仍然很低。如果在其中摻入微量的雜質(zhì)，將使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化，我們把這些摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體可以分為N型和P型兩大類。

P型半導(dǎo)體：在硅（或鍺）晶體中摻入微量的三價元素雜質(zhì)硼（或其他）。

N型半導(dǎo)體：在純凈的硅（或鍺）中摻入微量的磷或砷等五價元素。3、PN結(jié)的形成

采用摻雜工藝，使半導(dǎo)體材料的一邊形成P型半導(dǎo)體區(qū)域，另一邊形成N型半導(dǎo)體區(qū)域，在P型與N型半導(dǎo)體的交界面會形成一個具有特殊電性能的薄層，稱為PN結(jié)。二、二極管基本知識1、二極管的結(jié)構(gòu)和分類一個PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管，接在P型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陽極；接在N型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陰極。

半導(dǎo)體二極管從制作材料來分，有硅二極管和鍺二極管。半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點(diǎn)接觸型、面接觸型和開關(guān)型三類。點(diǎn)接觸型二極管：PN結(jié)面積很小，因而結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。面接觸型二極管：PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。開關(guān)型二極管：適用于在數(shù)字邏輯電路中作為開關(guān)管。1）加正向電壓導(dǎo)通二極管正極接電源正極，負(fù)極接電源負(fù)極，稱為給二極管加正向電壓，也稱二極管正偏。此時二極管有正極流向負(fù)極的電流流過，稱正向?qū)?，正向電阻很小?/p>

2）加反向電壓截止二極管正極接電源負(fù)極，負(fù)極接電源正極，成為給二極管加反向電壓，也稱二極管反偏。此時流過二極管的電流幾乎為零，稱二極管的這種狀態(tài)為反向截止，反向電阻很大。綜上所述，二極管正向偏置時導(dǎo)通，反向偏置時截止。四、二極管的伏安特性1、定義：二極管兩端電壓uD與流過的電流iD間的關(guān)系稱為伏安特性?？捎煤瘮?shù)式iD=f（uD

）來表示，也可用iD與uD之間的曲線來表示。

反向電壓大于擊穿電壓時，反向電流急劇增加。這種現(xiàn)象稱為擊穿，UBR稱為反向擊穿電壓。（2）反向特性外加反向電壓時，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流很??；稱為反向飽和電流。用Is表示。

顯然二極管的伏安特性不是直線，因此屬于非線性電阻元件。反向擊穿電壓五、二極管的主要參數(shù)1）最大整流電流IF：指管子長期運(yùn)行時，允許通過的最大正向平均電流。此數(shù)值由二極管面積和散熱條件所決定。2）最高反向工作電壓UR：二極管不被擊穿時所允許的最大反向電壓。通常將擊穿電壓UBR的一半定為最高反向工作電壓UR。3）反向電流IR

：指室溫下，管子加反向電壓時的反向電流值，此值越小，二極管的單向?qū)щ娦杂?。受溫度的影響很大?）最高工作頻率fM：主要決定于PN結(jié)結(jié)電容的大小。結(jié)電容越大，則二極管允許的最高工作頻率越低。第2節(jié)二極管的基本應(yīng)用一、整流電路利用二極管的單向?qū)щ娞匦?，可以將交流電變換為單向脈動直流電，完成整流作用。完成整流功能的電路稱為整流電路。根據(jù)交流電路的相數(shù)可分為單相整流和三相整流。以電路形式區(qū)分，有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流電路。其中單相橋式整流電路在小型電子設(shè)備或小功率電路中使用較為廣泛。單相半波整流電路如下圖所示：

半波整流電路

當(dāng)u2為正半周時，a端電壓為正，b端為負(fù)，二極管VD承受正向電壓而導(dǎo)通，此時有電流流過負(fù)載和電流流過二極管，并且二者相等。設(shè)二極管為理想元件，則負(fù)載兩端輸出電壓等于變壓器副邊電壓的正半波。當(dāng)u2為負(fù)半周時，b端電壓為正，a端為負(fù)，二極管VD反向截止，負(fù)載上無電流通過，輸出電壓，變壓器二次側(cè)電壓全部加在二極管VD上?？梢?，由于二極管的單向?qū)щ娦?，?fù)載電阻上的電壓為交流電的正半波，稱為半波整流電路。+-設(shè)變壓器二次側(cè)電壓為單相半波整流電路負(fù)載電壓的平均值為流過負(fù)載電阻RL的電流平均值為二極管承受的最高反向電壓為的最大值，即

流過負(fù)載電阻RL的電流平均值為

流經(jīng)每個二極管的電流平均值為負(fù)載電流的一半，即每個二極管在截止時承受的最高反向電壓為u2的最大值，即

橋式整流電路負(fù)載電壓平均值為：設(shè)變壓器二次側(cè)電壓為：2、電容濾波電路的外特性及主要參數(shù)估計(jì)（1）電容濾波電路的外特性輸出電壓UO隨輸出電流IO的變化規(guī)律稱為外特性。（2）輸出電壓平均值工程上，電容的放電時間常數(shù)為RLC≥（1.5—2.5）T,其中T為交流電網(wǎng)電源的周期。則輸出電壓平均值為UO（AV）=（1.1—1.4）U2一般取1.2倍。（3）輸出電流平均值（4）整流二極管的平均電流橋式整流電容濾波電路域橋式整流電路相比較，流過二極管的平均電流增加了，同時，二極管導(dǎo)通時間縮短了不少，因此，二極管導(dǎo)通時，就會出現(xiàn)一個比較大的沖擊電流。放電時間常數(shù)越大，二極管的導(dǎo)電角越小，沖擊電流就越大。在選用二極管時，其額定整流電流應(yīng)留有充分的裕量，最好采用硅管。（5）整流二極管的最高反向電壓3、檢波電路在通信、廣播、電視及測量儀器中，常用二極管檢波。4、限幅電路利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蛯?dǎo)通后兩端電壓基本不變的特點(diǎn)，組成限幅電路，用來限制輸出電壓的幅度。第3節(jié)特殊二極管一、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型硅二極管，其工作在反向擊穿區(qū)。1、穩(wěn)壓二極管參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓UZ：穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時的穩(wěn)定工作電壓。不同型號的穩(wěn)壓管，其穩(wěn)定電壓的值不同。同一型號的管子，其穩(wěn)壓值也會有些差別。（2）穩(wěn)定電流IZ：穩(wěn)壓管的工作電壓等于穩(wěn)定電壓時通過管子所需的最小電流。低于此值，無穩(wěn)壓效果；高于此值時，只要不超過最大工作電流都可以，電流愈大，穩(wěn)壓效果愈好。（3）動態(tài)內(nèi)阻rZ穩(wěn)壓管兩端電壓和穩(wěn)壓管中電流的變化量之比，即穩(wěn)壓管的反向特性曲線愈陡，則動態(tài)內(nèi)阻愈小，穩(wěn)壓性能愈好。（4）

電壓的溫度系數(shù)表示當(dāng)穩(wěn)壓管的電流保持不變時，環(huán)境溫度每變化一度能引起的穩(wěn)定電壓變化的百分比。一般來說，穩(wěn)定電壓大于6V的穩(wěn)壓管此值為正值；穩(wěn)定電壓小于4V的穩(wěn)壓管為負(fù)值；穩(wěn)定電壓在4V-6V之間的穩(wěn)壓管的溫度穩(wěn)定性較好。（5）最大工作電流IZM和最大耗散功率PCMIZM指管子允許通過的最大電流。

PCM等于IZM和它對應(yīng)的穩(wěn)定電壓UZ得乘積。

這兩個是為了保證管子不發(fā)生熱擊穿而規(guī)定的最大極限參數(shù)。2、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路：（1）工作原理1)電網(wǎng)電壓變化時的穩(wěn)壓過程

2)負(fù)載變化時穩(wěn)壓過程

二、變?nèi)荻O管利用PN結(jié)具有電容特性的原理制成的特殊二極管。在電路中作為可變電容器。主要用于高頻調(diào)諧。三、發(fā)光二極管（LED）是一種將電能