《极管及其应用》课件.ppt

主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 第2章二极管及其应用 通过本章的学习 你将掌握如下内容 1 二极管具有单向导电性 2 常用二极管的种类 3 二极管的应用 4 简易稳压电源的制作 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 1半导体二极管 概述 PN结是在杂质半导体的基础上形成的一种具有特殊性质的物理结构 它是常用的二极管 三极管结构的物理基础 二极管的单向导电性就是由它决定的 常用的二极管的类型很多 主要应用有 整流电路 钳位电路 限幅电路和元件保护电路等 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 1 1PN结形成 半导体的掺杂特性 杂质半导体有P型和N型两种P型和N型半导体通过一定的方法结合起来 会在两者的界面处形成具有特殊性质的物理结构 PN结PN结有着很特殊的性质 单向导电性 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 1 2二极管的基本结构和符号 在PN结二端加上引线并进行封装 就成为晶体二极管 简称二极管 二极管的文字符号在国际标准中用VD表示 在中国用D来表示 常见的二极管外形和符号如图2 2所示 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 1 3PN结的导电特性 1 外加正向电压使PN结导通2 外加加反向电压使PN结截止 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 1 4二极管的伏安特性 伏安特性就是指在二极管两端加电压时 通过二极管的电流与所加电压的关系 关系用曲线表示 则称为伏安特性曲线可以使用实验的手段 描绘出二极管的伏安特性曲线 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 1 正向特性当二极管外加正向很小时 正向电流很微弱 只有当正向电压超过某值后 正向电流明显增大 这一电压称为导通电压或门限电压 用UTH表示 在室温下 硅管的UTH 0 5 0 6V 锗管的UTH 0 1 0 2V 二极管导通后 随电压增大 电流将迅速增大 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 反向特性二极管两端加上反向电压时 只有极微弱反向电流通过 在温度一定情况下 反向电压值变化时 反向电流基本不变 所以 常称之为反向饱和电流 记作IS 小功率硅管的Is一般小于0 1 A 而锗管约几个微安 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 3 反向击穿特性当反向电压达到某值时 如图2 4中达到约 50V时 二极管进入反向击穿状态 此时 uD只要有一点点变化 电流值就会迅速变大 这种状态称为反击击穿状态 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 二极管的伏安特性曲线 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 1 3二极管的主要参数 1 最大整流电流IF二极管长期连续工作时 所允许通过电流的最大值2 最高反向工作电压URM二极管工作时 所能允许的最大的反向工作电压3 最高工作频率fMfM是二极管工作的上限截止频率 超过此值时 由于结电容的作用 二极管将不能很好地体现单向导电性 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 1 4二极管应用举例 1 整流 整流就是把交流电变为脉动直流电 利用二极管的单向导电性 可以实现整流 2 限幅 利用二极管导通后压降很小且基本不变的特性 可以构成限幅电路 使输出电压幅度限制在某一电压值内 3 保护 电子电路中 常利用二极管来保护其他元器件免受过高电压的损害 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 图2 7二极管保护电路 图2 6二极管限幅电路及波形 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 1 5特殊二极管 具有特殊用途的二极管1 稳压二极管 利用的是二极管在击穿时陡峭的反向击穿特性 实现电压稳定的 2 发光二极管 LED 与发光数字管 发光二极管是用特殊的半导体材料 如砷化镓等 制成的 材料不同所发出的光的颜色就不同 发光二极管特点是 正向工作电压为 1 5 3 0 V 比普通二极管的正向工作电压要高 工作电流小 10 30 mA 耗电省 寿命长等 常用于信号显示 快速光源 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 3 光电二极管 光电二极管是一种能将接收的光信号转换成电信号输出的半导体二极管 又称光敏二极管 其基本特性是在光的照射下能产生光电流 4 光电耦合器 是一种以光为媒介 用来传输电信号的光电器件 它通常由发光器 可见光LED或红外线LED 和受光器 光电半导体管 封装在同一管壳内组成 5 变容二极管 利用反向偏压来改变二极管电容量的一种特殊器件 已被广泛用于彩色电视机的电子调谐器 直接调频等电路中 通过控制直流电压改变其电容量 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 2简单直流稳压电源 直流稳压电源是把交流电整流变换成稳定的直流电的电子电路 通常包括整流 滤波和稳压三部分电路 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 2 1单相半波整流电路 单相半波整流电路 1 电路组成及工作原理 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 负载上直流电压与电流值的估算 设变压器副绕组的交流电压为U2 则负载两端的电压为半波脉动直流电压uL 其平均值为 负载中流过的电流是半波脉动直流 其平均值为 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 3 二极管的选择 选择半波整流二极管时 二极管的参数最大整流电流应满足 IF IL 0 45U2 RL反向工作电压应满足URM 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 2 2单相桥式整流电路 1 电路组成及工作原理组成 可以用四只分立的二极管 也可以使用一个内部有四个二极管的桥堆 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 工作原理 U2的正半周 D1 D2被正向偏置导通 D2 D4因被反向偏置而截止 电流的流向为A D1 RL D3 B uO u2 在RL上形成了上正下负的输出电压 U2的负半周 D1 D2被反向偏置截止 D2 D4因正反向偏置而导通 电流的流向为B D2 RL D4 A uO u2 同样在RL上形成了上正下负的UO 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 负载上直流电压与电流值的估算 负载两端的直流电压由下式计算 UO 0 9UL输出电流为IO IO 0 9UO RL 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 3 二极管的选择 管子的最大整流电流为IF IO 2最高反向工作电压为URM U2 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 2 3滤波电路 作用 滤除整流后电流的交流成分 从而得到较为平滑的直流电 1 电容滤波电路工作原理 当S接在1端时 没有电容的滤波作用 为半波整流输出波形 当S接在2或3端时 有电容接入电路 通过电容器的充 放电作用 使电容两端 也就是负载两端 即输出端得到了较为平滑的直流电 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 输出直流电压的估算 UO 1 1 1U2 半波整流电路 2 11 UO 1 1 2U2 桥式 2 12 3 整流二极管与滤波电容的选择 最大整流电流IF参数留有充分的余量 以保证二极管的安全 满足 IF IO 2 13 最高反向工作电压URM满足 2 14 若是桥式电路 满足即可 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 滤波电容C的数值 通常按下面公式选择 RLC 3 5 T 半波 2 15 RLC 3 5 T 2 桥式整流电路时 2 16 电容器的耐压值为 UC 2U2 2 17 4 电容滤波电路的特点电路结构简单 输出电压相比未加电容滤波时有所提高 输出电压的脉动成分减少 可用于负载电流较小的场合 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 电感滤波电路 工作原理是 电感元件的直流电阻很小 而对交流呈现出很大的阻抗 整流后的脉动直流中的直流成分经过电感基本上没有损失 而交流成分却大部分降在电感上 这样负载RL上便得到较为平滑的直流电压 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 输出电压的估算 在忽略电感L上的直流压降时 RL的直流电压为UO 0 9U2 2 18 优点是 外特性 UO与IO的关系 比较平坦 在负载电流较大的场合 脉动反而较小 故这种电路适用于电压低 负载电流较大的场合 缺点是 体积大 成本高 存在电磁干扰 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 复式滤波电路 电路中 电感与负载串联衰减交流成分 电容与负载并联对交流成分进行滤波 从而使负载RL上得到更加平滑的直流电 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 2 2 4稳压管稳压电路 实用的直流稳压电路 采用了桥式整流 电容滤波和稳压管稳压电路 输出电压Uo的数值决定于稳压管的稳压值 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 第二章学习指导 1 二极管是由PN结构成的 PN结的单向导电性决定了二极管的单向导电性 给二极管外加正向电压且等于或大于导通电压Vth时 二极管导通 当给二极管外加反向电压时 二极管截止 2 二极管的伏安特性是二极管的电流与电压关系曲线 总体上反映了二极管的特性 正向特性区域的非线性和近似线性关系是很重要的 不同用途的二极管所使用的线段不同 反向特性区域分为反向截止段和反向击穿段 稳压二极管工作在击穿段 3 二极管的主要参数在整流电路中最关注的有 最大整流电流IF和最高反向工作电压URM 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 4 普通二极管的用途有 整流 限幅等 特殊二极管指的是具有特殊用途的二极管 稳压二极管用于稳压电路 发光二极管用作指示电路 其LED组件是数字电路中常用的显示器件 光电二极管是重要的光电转换器件 光电耦合器是常用的 电 光 电 转换器件 它的使用让不便连接而又需要传递信号的两部分电路的连接变的十分简单 变容二极管是利用PN结的电容量随外加电压变化的特性制成的二极管 常用作高频调谐电路 很多场合都要用到 5 简单的直流稳压电路是由变压器 整流电路 滤波电路和稳压管稳压电路构成 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 实验二二极管的测试和简单直流稳压电源的安装与调试 一 实验目的让学生接触和实际应用二极管和稳压二极管等元器件 掌握普通二极管和稳压二极管的简单测试方法 增强学生的实际动手能力 提高学习兴趣 二 实验器材万能线路板1块 二极管1N4001 4只 稳压二极管2CW14 或其它型号 稳压值在6V左右 1只 各色发光二极管多只 1 2W510 限流电阻1只 1 4W2k 可变电阻器1只作负载用 100 F50V电解电容一只 万用表1只 实验电源 能提供0 15V 1A交流电源 1台 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 三 实验原理输入的50Hz交流信号经D1 D4构成的桥式整流后成为脉动直流信号 经电容C滤波后 经限流电阻R输出到负载 在输出端并联了稳压二极管Vz 只要输出电压不要太大或太小 则输出电压基本保持在稳压二极管的稳压值 图2 22稳压电源电路图 主编 徐丽香副主编 黎旺星张正兰小海电子工业出版社 四 实验内容和步骤 1 元器件的检测 1 普通二极管的检测 2 稳压二极管的检测 3 发光二极管的检测2 实验电路板安装 1 按图2 22在万能实验板上安装连接好电路 2 测