《晶体二极管》课件.ppt

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1、电子线路（线性部份）,1.1 半导体物理基础知识,1.3 晶体二极管电路分析方法,1.2 PN结,1.4 晶体二极管的应用,1.0 概述,第一章 晶体二极管,电子线路：指包含电子器件、并能对电信号实现某种处理的功能电路。,第一章 晶体二极管概述,电路组成：电子器件+外围电路。,电子器件：二极管、三极管、场效应管、集成电路。,外围电路：直流电(压)源、电阻、电容、电流源等。,模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。处理模拟信号的电子电路,称模拟电子线路（线性、非线性）。,任务：不失真地传递信号(信息),或对信号进行处理。,半导体二极管的结构,(1)点接触型二极管,1.0 概述,PN结面积小，结电

2、容小，用于检波和变频等高频电路。,在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分三大类:点接触型、面接触型和平面型。,(3)平面型二极管,往往用于集成电路制造艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。,(2)面接触型二极管,PN结面积大，用于工频大电流整流电路。,(b)面接触型,(4)二极管的代表符号,构成:实质上就是一个PN结。,PN结+引线+管壳,半导体二极管（简称二极管）,+,-,阳极,阴极,二极管的几种外形,特性：单向导电性。,半导体二极管图片,半导体二极管图片,半导体二极管图片,半导体二极管图片,点接触型,面接触型,平面型,1.0 概述,晶体二极管结构及电路符

3、号：,PN结正偏（P接+、N接-），D导通。,晶体二极管的主要特性：单方向导电特性,PN结反偏（N接+、P接-），D截止。,即,主要用途：用于整流、开关、检波电路中。,（按电导率分）,导体：低价元素（如Cu铜、AI铝等）,导电性能好;,绝缘体：高价元素（如惰性气体）,或高分子物质（如云母、橡胶）,导电性能极差;,半导体：四价元素(如Si、Ge等)。,导体:电阻率?低于10-3cm的物质。绝缘体:电阻率?高于109cm的物质。,1.1 半导体物理基础知识,半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。,1、硅(Si)、2、锗(Ge)原子结构及简化模型：,3、砷化镓GaAs等。,Ge,Si,一、硅和

4、锗的单晶称为本征半导体。它们是制造半导体器件的基本材料。,硅和锗共价键结构示意图：,1.1.1 本征半导体,化学成分纯净的、在物理结构上呈单晶体形态。,电子空穴对,因共价键具有很强的结合力，当T=0K和无外界影响时，无自由移动的电子，即没有载流子？，不导电。,这种现象称为,注意：空穴的出现是半导体区别于导体的重要特征。,本征激发。,二、本征激发和复合,载流子：在电场下，能运载电荷形成电流的带电粒子。如自由电子。,在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，同时，在原来共价键的相应位置留下一个空位(空穴)的过程。,当原子中的价电子激发为自由电子时，原子中留下空位，同时原子因失去

5、价电子而带正电。,当邻近原子中的价电子不断填补这些空位时，形成一种运动，可等效看作是空穴的运动。见后图。,注意：空穴运动方向与价电子填补方向相反。,自由电子 带负电,半导体中有两种导电的载流子,空穴的运动,空 穴 带正电,复合:自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。,空穴的移动,空穴,自由电子,温度一定时：激发与复合在某一热平衡值上达到动态平衡。,三、热平衡载流子浓度,热平衡载流子浓度：,(1-1-1),一、N型（电子型）半导体：,1.1.2 杂质半导体,本征半导体掺入少量五价元素（如磷、砷、锑等）构成,多余的一个价电子处于共价键之外，束缚力较弱而成为自由电子。,特点：有两种载流子

6、；主要靠自由电子导电。,二、P型（空穴型）半导体,本征半导体中掺入少量三价（铝、硼、锢）元素构成。,这种杂质原子能吸收电子，称为“受主杂质”。,P型半导体的特点：,有两种载流子，即自由电子和空穴。空穴是多子，自由电子是少子；,主要靠空穴导电。,注意,P 型半导体和N型半导体仍呈电中性，只起电阻作用。,三、杂质半导体中（多子和少子）热平衡载流子 浓度？,P6,例3：杂质补偿：掺入不同的杂质（相反性质），可改变导电类型。电子型，空穴型。五价（磷、砷、锑等）。,(1-1-2),(1-1-3),(1-1-4),(1-1-5),掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下:例13。,以

7、上三个浓度基本上依次相差106/cm3。,杂质对半导体导电性的影响,例3：硅，五价，N型；再三价（浓度更高），P型。杂质补偿。,1.1.3 两种导电机理漂移和扩散,载流子在电场作用下的运动,称为漂移运动，所形成的电流，称为漂移电流。看书P1-1-6图。P、N。,总漂移电流密度：,漂移与漂移电流,外加电场，(少子)定向运动。,注意:,(1-1-6),(1-1-7),(1-1-8),电导率：,半导体的电导率,电阻：,电压：V=E l,电流：I=S Jt,(1-1-9),载流子在浓度差作用下的运动，称为扩散运动，所形成的电流，称为扩散电流。P、N。P10,导/半区别,有/无电场=有/无 电荷量差。浓

8、度差。,扩散电流密度:,扩散与扩散电流,光照或恒温，浓度差，(多子)定向运动。,注意:,(1-1-10),(1-1-11),0,0,1.2 P+N结,P6例3,用掺杂工艺，把P型、N型半导体在原子级上紧密有机结合，P区与N区的交界面就形成了PN结。,N型,It,Id,1.2.1 动态平衡下的P+N结,阻止多子扩散,利于少子漂移,一、(PN结)阻挡层形成的物理过程,空间电荷区（一定宽度）,即P+N结,杂质离子,PN结的电位差为VB,(N区,P区）,P11 对称结与不对称结,空间电荷区，缺少多子，所以也称耗尽层。,注意：掺杂浓度（Na、Nd）越大，内建电位差 VB 越大，阻挡层宽度 l0 越小（1

9、-2-5）。Xn、Xp,二、内建电位差：,三、阻挡层宽度：,(1-2-3),(1-2-2),(1-2-5),(1-2-1),温度的电压当量,本征半导体、杂质半导体。,复习：本节中的有关概念,自由电子、空穴。,N型半导体、P型半导体。,多数载流子、少数载流子。,施主杂质、受主杂质。,1.2.2 PN结的伏安特性（单向导电性）,一、PN结正偏伏安特性：,I,正向接法或正向偏置,P14,I,P N补充失去的。,二、PN结反偏伏安特性：,IR,结论：PN结具有单方向导电特性。,反向接法或反向偏置,P14,IR,N P，书0补充失去的。,P15 IR=IS,R,三、PN结伏安特性方程式,PN结正、反向特

10、性，可用理想的指数函数来描述：,其中：,IS为反向饱和电流，其值与外加电压近似无关，但受温度影响很大(见后)。,正偏时：,反偏时：,(1-2-3),(1-2-6),(1-2-7),P17 IS,PN结伏安特性曲线,V 0？,V 0？,开启电压：VD(on),四、PN结温度特性,温度每升高1，VD(on)约减小2.5mV。公式？,温度每升高10，IS约增加一倍。公式？,硅管：12锗管：8,式(1-2-7)，V一定，T升高，VT不明显，但IS增很大。故曲线在左。,念书P18,1.2.3 PN结的击穿特性,热击穿不可逆Izmax,（1-2-5）,机会多.,因为T 载流子运动的平均自由路程 V(BR)

11、。,三、击穿电压的温度特性,雪崩击穿电压具有正温度系数。,齐纳击穿电压具有负温度系数。,因为T 价电子获得的能量 V(BR)。,四、稳压二极管（简称稳压管）,利用PN结的反向击穿特性，可制成稳压二极管。,要求：Izmin Iz Izmax,稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管。,稳压区：反向击穿区。,稳压管的主要参数：,（1）稳定电压UZ：击穿电压。,（2）稳定电流IZ Izmin-Izmax,（3）额定功耗 PZM：允许的最大功率,（4）动态电阻rz：稳压时。,IZ,好,要求：rZ,好,注意,稳压管电路，必须串联限流电阻！,工作在稳压状态的电流。,1.2.4 PN结的电容特性,势垒区内空

12、间电荷量随外加电压变化产生的电容效应。,一、势垒电容CT（反偏）,二、扩散电容CD 正偏，P多子扩散(注入)N,阻挡层外（P区和N区）贮存的非平衡电荷量,随外加电压变化产生的电容效应。,(1-2-11),(1-2-12),多子扩散少子漂移,几千PF,几十PF,1.2.4 PN结的电容效应,(1)势垒电容CT 反偏,势垒电容示意图,扩散电容示意图,(2)扩散电容CD 正偏,三、PN结电容,PN结反偏时，CT CD，则 Cj CT,PN结总电容：Cj=CT+CD,PN结正偏时，CD CT，则 Cj CD,故：PN结正偏时，以CD为主。,故：PN结反偏时，以CT为主。,通常：CD 几十PF 几千PF

13、。,通常：CT 几PF 几十PF。,四、变容二极管：应用:电调谐等(高频)。,(1-2-13),1.3 晶体二极管电路的分析方法,晶体二极管的内部结构就是一个PN结。就其伏安特性而言，它有不同的表示方法，或者表示为不同形式的模型：四个。,适用于任一工作状态的伏安曲线模型；,便于计算机辅助分析(CAA)的数学模型；,1.3.1 晶体二极管模型,模型？例：R理想，V太大？f太高,分布？噪声？,一、数学模型伏安特性方程式,理想模型：,修正模型：,串联rS 体电阻+引线接触电阻+引线电阻,注意：考虑到阻挡层内产生的自由电子空穴对及表面漏电流的影响，实际IS理想IS。,1.3.1 晶体二极管模型,(1-

14、3-1),(1-2-6),二、曲线模型伏安特性曲线,晶体二极管的伏安特性曲线，通常由实测得到。,1、定义:理想二极管,符号及等效模型,(1)正偏,导通,短路,0；反偏,V0,截止,开路,D(on),0.7 V(Si),0.25 V(Ge),D(on),斜率1/rD,(2)当反偏V0,i=0;当i0,V=0,三、直流简化电路模型:,提出?非线性器件，导通后，伏安曲线的非线性第二位。折线(近似)。,三、直流简化电路模型,+,+,(1)理想模型 VD(ON)=0，RD=0,(2)恒压降模型 RD=0,(3)折线模型 VD(ON)=0,四、交流小信号电路模型,：二极管增量结电阻(肖特基)。,：PN结串

15、联电阻，数值很小。,(3)Cj：PN结结电容=CD+CT两部分构成。值小，低频容抗大。,注意：高频中需考虑Cj的影响。因高频工作时，Cj容抗很小，PN结单向导电性，因Cj的交流旁 路（容抗小，并联）作用而变差。,(1-3-2),二极管工作在正向某小范围内，V=VQ+V,则=直线。正向特性可等效rj,IQ为二极管的静态直流电流。,（室温T=300K）,(2),(1),(1-3-3),mA,迭、叠加原理！P80,四、交流小信号电路模型,说 明,动态电阻rj由静态工作点Q处切线斜率决定；,动态电阻rj是交流电阻；,静态工作点Q不同，rj就不同；,四、交流小信号电路模型,公式？IQ为二极管的静态直流电

16、流，rj交流。,P24如果.?P25(V)5.2mV，响应?,数值计算法,分析二极管电路用：数值计算法、图解法、简化分析法、小信号等效电路法。,列出电路中的各种方程。,1.3.2 晶体二极管电路分析方法,利用二极管伏安特性数学模型（理想指数模型等）列电路方程，并借助计算机工具，进行数值计算。,要求：已知电路中所有器件的数学模型。,分析步骤：,将方程交给计算机辅助计算工具。,用迭代法等算法进行数值分析。,优点：可进行复杂电路的分析，且精度高。,一、图解分析法：1-15，一个交点！,写出管外电路直流负载线方程。,利用二极管曲线模型和管外电路所确定的负载线，通过作图的方法进行求解。,要求：已知二极管

17、伏安特性曲线和外围电路元件值。,分析步骤：,作直流负载线。,分析直流工作点（Q点,又称为静态）。,优点：直观。既可分析直流，也可分析交流。,缺点：误差大。,P26，图1-3-7：已知电路参数和二极管伏安特性曲线，试求电路的静态工作点电压和电流。,Q,由图写出直流负载线方程：V=VDD-IR,在直流负载线上任取两点：,解：,VDD,VDD/R,连接两点，画出直流负载线。,VQ,IQ,令I=0，得V=VDD；变化？,令V=0，得I=VDD/R变化？；,所得交点，即为Q点。座标(VQ，IQ)=所求值。,P27，例1：戴维宁定理(P88)，RT，VT热电压？,(1-3-4),二、简化电路分析法 1-1

18、6，1-20,将电路中截止的二极管开路，导通的实际二极管用简化电路模型，具体元件VD(on）+RD替代，然后对所得的简化电路进行分析、求解。,判断二极管是导通还是截止？,将电路中全部二极管开路，分析其两端的电位+、-？,若V0，则理想二极管导通；反之，则截止。实际？,当电路有多只正偏的二极管时，令正偏电压最大的那只二极管优先导通（短路）后，再重新分析其余管工作状态（导通或截止）。,题1-13,（1）参P40,例2：设二极管是理想的，求VAO值。,图(a),题1-13，假设D开路，则D两端电压：,VD=V1V2=6 12=18 0V，,解：,故D截止。,VAO=12V。,图(b)，假设D1、D2

19、开路，则D两端电压：,VD1=V2 0=9V 0V，,VD2=V2(V1)=15V 0V,由于VD2 VD1，则D2优先导通。,此时VD1=6V 0V，,故D1截止。,VAO=V1=6V。,解：,忽略二极管正向压降、导通电阻，D1看作短路。,取A点作参考点，VD2=6 V，VD1=12V，VD2VD1，因VD1 电压高，因此，D1优先导通。,例2，图（C）:设二极管是理想的,求VAB值。,又，VD2=-6V，截止，开路。VAB=0V,参P40,1-13（C）,图(C),（2）画输出信号波形vO方法:1-16（b）,根据输入信号大小 判断二极管的导通与截止 找出vO与vI关系(=传输关系)画输出

20、信号波形。,例3：1-16(b)设二极管是理想的,vi=6sint(V),试画vO波形。,解：,vi 2V时，D导通，则vO=vi,vi 2V时，D截止，则vO=2V,VO与VI关系（=传输关系)画出vO的波形。,Vi VR时，二极管导通，vo=vi。,Vi VR时，二极管截止，vo=VR。,同例4：1-16(b)理想二极管限幅电路Vi=Vm sint(V）,求输出波形v0,解：,例5：1-16(a)理想二极管电路中 vi=Vm sint（V），求输出波形v0。,ViV1时，D1导通、D2截止，Vo=V1。,ViV2时，D2导通、D1截止，Vo=V2。,V2ViV1时，D1、D2均截止，Vo=

21、Vi。,简化电路分析法，书例2：P28-29。,例6：画出二极管电路的传输特性（VoVI）。,解：-VA25V，D1、D2均截止。VI=VA,VO=25V,A,A,忽？理想，图（b）。,VA 25V，D1导通，D2截止。VA100V!,VA100V，D1、D2均导通。VO=100V，VI137.5V？,A,A,先按D2截止计算。,VO限定在100V，钳位（箝位）。,137.5,升级：D1、D2极变化、V1、V2极变化。题1-20。,三、小信号分析法 1-14，1-17，1-18,将电路中的二极管用小信号电路模型代替，并用小信号等效电路，分析电压或电流的变化量。,分析步骤：,将直流电源短路（？）

22、，画交流通路。,用小信号电路模型代替二极管，得小信号等效电路。,用小信号等效电路分析电压与电流的变化量。,书例3：P28-29板书。叠加原理(P80)。求V，图(b)无VDD?V如5.2mV?,1.4 晶体二极管的应用,直流稳压电源系统的组成：,1、整流电路:将工频交流电转为具有直流电成分的电流(电压)。2、滤波电路:将脉动直流中的交流成分滤除，输出比较平滑的脉动直流成分。3、稳压电路:进一步稳定，整流后的脉动直流电压。,1.4 晶体二极管的应用,全波整流、半波,降压,一、整流电路,1.4.1 整流与稳压电路,当vi 0V时，D导通，则vO=vi,当vi 0V时，D截止，则vO=0V,由此，利

23、用二极管的单向导电性，实现了半波整流。,平均值：,设：,单相半波整流电路,图：单相半波整流电路各处波形,2、电容滤波电路（半波）,（1）滤波原理：半波设：注意：二极管两端的电压 当u2uc时，D导通 u0=uc=u2(充电),当0uc D导通，u0=uc=u2当t1uc D导通，u0=uc=u2（2）波形如图所示：变平些了。,半波,2、电容滤波电路,二极管中的电流,输出电压波形=单向脉动直流电。,全波,二、稳压电路,T、VI或RL变化 IZ,限流电阻R：保证稳压管工作在Izmin Izmax之间。,P31稳压原理：,VO=VZ,输出电压：,某原因,稳压管的伏安特性与模型:P31,图1-4-4

24、稳压管大、小信号模型。（a）伏安特性。（b）等效电路。,P31,例：V=10V1V，20，6.8V，R=10k，10mA，0.2mA。求(1)、(2)、(3)、(4)RL=，当 V变化1V时，管电压(输出电压)变化如何？(5)-。,解：（1）输出电压：VOVZ6.8V，（2)(3）板书。,（2）Izmax:Vmax,Rmin,RL=,（3）Izmin:Vminx,Rmin 定,RLmin,1.4.2 限幅电路(或削波电路？）参题1-20,V2viV1时，D1、D2截止,vo=vi,Vi V1时，D1导通、D2截止,vo=V1,Vi V2时，D2导通、D1截止,vo=-V2,由此，电路实现双向限

25、幅功能。,其中:V1为上限幅(上门限)电平单(上)限幅,图1-4-8(a)V2为下限幅(下门限)电平单(下)限幅,图1-4-8(b),（1）单向导电特性。图1-4-9(a),改P33,P34，实际，理解。,应用：失真？S/N。,图1-4-9(b),（2）反向击穿特性。稳压管，图1-4-10。,（1）突出优点：抗干扰能力强，可大量传输信息，且传输功耗小，工作可靠。,1.5 其他类型二极管（光电子器件）,1、光敏二极管：例：CCD。光电二极管是远红外线接收管，是光能与电能进行转换的器件。PN结型光电二极管利用PN结的光敏特性，将接收到的光的变化转换成电流（自由电子空穴对）的变化。,应用：光信号与电

26、信号之间的接口。,1.5.2 光电二极管,1.5.1 肖特基二极管：高频高速电路。,（2）结构：与普通PN结二极管类似，但在其PN结处，有玻璃窗口能接收外部的光照，PN结在反向偏置下工作，它的反向电流随光照强度增加而上升。（3）主要特点：反向电流与照度成正比。无光照时，反向电流很小，称为暗电流；有光照时，反向电流很大，称为光电流。,2、发光二极管（LED）：,是一种发光器件，由砼、砷等化合物制成的PN结在正偏导通时PN结两侧的多子直接复合，以光（红、黄、绿）的形式释放光能量。而普通PN结在导通时以热的形式释放能量。,（4）光敏二极管外形及表示符号：,2、发光二极管(含激光二极管),（1）类型,

27、可见光:红、黄、绿。,不可见光:红外光。,激光。,（2）外形及表示符号。,（3）应用：显示电路。,显示类型：普通LED，七段LED,点阵LED。音响EQ。,可见光,主要特点：工作在正向偏置，在正向电流达到一定值时发光。一般发光电流为几毫安到几十毫安。,（4）发光二极管(LED)原理：,发光二极管驱动电压低、功耗小、寿命长、可靠性高。,当外加正向电压使得正向电流足够大时才发出一定波长范围的光,发光管可以发出从红外到可见波段的光，电特性与一般二极管类似。开启电压较大，红色的在1.61.8V之间，绿色的约为2V。,3、光电耦合器：P37-38，光敏发光。（入与出）电隔离。,复 习,1.二极管的等效电

28、路,折线化的等效电路,微变等效电路,2.常用的二极管,整流二极管,稳压二极管,发光二极管,光电二极管,变容二极管,11.1 引言11.2 PSPICE功能及特点 11.3 PSPICE的基本构成11.4 PSPICE文本描述11.5 PSPICE窗口版的功能应用,第一章附录 PSPICE分析,PSPICE是机辅分析和设计的电子电路模拟软件。能进行模拟电路分析、数字电路分析和模拟数字混合电路分析。硬件设计实现之前，先对电路进行模拟分析，器件的模型、系统的调整、测试全由计算机完成。用户根据要求设置参数，计算机象扫频仪和示波器一样测试电路的频率响应和瞬态响应，进行各种分析使电路达到最优。,第一章附录

29、 PSPICE分析,第一章附录 PSPICE功能及特点,1）特点：节省时间，节省设备，产品一般性好，可靠性高，新产品更新快。2）功能：直流分析：计算工作点，计算直流小信号传输函数值分析，直流扫描分析,直流小信号灵敏度分析,计算直流转移特性曲线。,交流分析：频域分析（幅频，相频）；噪声分析（计算指定频率点上的噪声等效电平）。瞬态分析：瞬态响应（绘不同信号的时域波形）；傅立叶分析（计算基波，谐波系数）。灵敏度分析：计算元件参数变化引起电路输出变量的变化（交、直流）。容差分析：蒙特卡罗（monte-carlo）分析。（统计分析法）给定元件参数容差时，计算输出变量的均值和标准偏差；最坏情况分析（Wor

30、st-Case）：参数处于容差边界的一种最坏组合情况下计算输出的上界值和下限。温度特性分析:通常在27度进行分析，也可指定温度优化设计:给定电路拓扑结构和电路性能约束的情况下，确定元器件最佳参数组合。,PSPICE的基本构成,人机交互界面,原理图输入,电路模拟分析,绘图后处理,模型参数库,模型参数提取,电路符号库,符号编辑器,PSPICE文本描述,1）电路描述：标题描述，电路描述（确定电路元件，节点，元件值，元件模型，信号源），分析功能描述，输出结果描述，结束描述。,PSPICE窗口版的功能应用,窗口版PSPICE目前已有版本5.1，6.2，7.1，8.0，9.01）原理图编辑器（schema

31、tics.editor）放置元器件和画连线：选Draw/Get New Part 屏幕出现对话框，在标题为Add Part中:选Browse/analog.slb/R 取电阻选Browse/analog.slb/D 取二极管选Browse/eval.slb/Q 取三极管选Browse/port.slb/AGND 取地线选Draw/wire 将元件连接好。编辑元件属性：在元件上连击两下，出现Editing Attribate的对话框，并键入相关参数，按“Save Attr”和OK按钮。存图：选File/Save（取名Damp）,小结：学习掌握一定的电路仿真模拟软件和设计软件，对于从事电子电路设计

32、及相关领域的人员非常必要。直接使用计算机软件模拟、分析、验证所设计的电路，可快速反映出电路的性能。根据需求，电路设计很容易被修正。同时，可有效地节省开发产品的成本、时间。近年来，随着个人计算机的普及和EDA技术的发展，基于PC平台开发的SPICE相关电路模拟软件和用于大规模数字电路设计的开发软件越来越受到重视和欢迎。因各种软件的适用领域不同，作为从事电子行业的人员，应该全面掌握一定的EDA工具。,第一章附录 PSPICE分析,二、6种基本分析方法和7种高级分析方法：,直流工作点(DC Operating Point)分析、交流频率(AC Frequency)分析 瞬态(Transient)分析

33、 傅里叶(Fourier)分析 失真(Distortion)分析 噪声(Noise)分析 传递函数(Transfer Function)分析 零一极点(Pole-Zero)分析 灵敏度(Sensitivity)分析 温度扫描(Temperature Sweep)分析 参数扫描(Parameter Sweep)分析 蒙特卡罗(Monte Carlo)分析 最坏情况(Worst Case)分析。,一、Electronics Workbench(EWB)(现称为MultiSim)特点,EWB介绍,EWB使用简介,软件使用介绍,EWB的主要特点：,1.EWB提供交互式的SPICE电路模拟，这种方式即可

34、增强SPICE的功能，也可发挥方便实用的人机图形界面。2.EWB具有完整的模拟电路分析、数字电路分析、模拟与数字电路混合分析。,3.EWB具有虚拟的仪表设备，包含波形函数产生器、万用电表、示波器及逻辑分析仪等，可更具体的模拟实际的测量情况。,分析方法小结,二极管基本电路及其分析方法,假设D截止（开路）求D两端开路电压,VD 0.7V,状态,等效电路,条件,将不同状态的等效电路（模型）带入原电路中，分析vI和vO 的关系,画出电压波形和电压传输特性,特殊情况：求vD（波动）,小信号模型和叠加原理,恒压降模型,应用分析举例,（R=10k）,（a）VDD=10V 时，,（b）VDD=1V 时，,VD

35、D,理想模型,恒压模型,折线模型,理想模型,恒压模型,折线模型,例1:求VD、ID。,二极管电路的分析概述,初步分析依据二极管的单向导电性,D导通：vO=vI-vD,D截止：vO=0,D导通：vO=vD,D截止：vO=vI,左图,中图,显然，vO 与 vI 的关系由D的状态决定,而且，D处于反向截止时最简单！,例2:画出VO波形。,整流限幅,例3、限幅电路举例,分析思路,分析任务：求vD、iD目的1:确定电路功能，即信号vI传递到vO，有何变化？目的2:判断二极管D是否安全。首先，判断D的状态？若D反向截止，则相当于开路（iD 0，ROFF）；若D正向导通，则？正向导通分析方法：图解法等效电路

36、（模型）法 将非线性 线性先静态（直流），后动态（交流）静态：vI=0（正弦波过0点）动态：vI 0,1、二极管电路的分析概述小结,2、二极管状态判断,例4:2CP1（硅），IF=16mA，VBR=40V。求VD、ID。,(a),(b),(c),(d),正偏,正偏,反偏,反偏,iD IF？,D反向截止,D反向击穿,二极管状态判断方法,假设D截止(开路)，求D两端开路电压,D正向导通？,D正向导通！,VI=10V，vi=sint（V）,叠加原理,小信号模型(小信号等效电路),例5:已知伏安特性,求VD、ID。,3、图解分析法,先静态分析直流负载线:,再动态分析交流负载线:,iD=ID+DiDvD

37、=VD+DvD,3、图解分析法,例5(a)图,线性:vD=VI-iD R,非线性:,联立求解，可得VD、ID,图解法直线与伏安特性的交点,图解法关键画直线,又称为直流负载线,静态工作点Q,例5解:已知伏安特性,求VD、ID。,画直线,VI=10Vvi=sint,vD=VI+vi-iD R,例5解:已知伏安特性,求VD、ID。,再动态分析交流负载线:,应用电路分析举例,VI=10V，vi=1Vsint,解题步骤:,(1)静态分析(令vi=0）,由恒压降模型得：,VD0.7V;ID 0.93mA,(2)动态分析(令VI=0）,由小信号模型得：,例6:(小信号分析)求vD、iD。,【例7】如图所示，

38、已知UZ=6V，IZmin5mA，IZmax=25mA，RL600。求：限流电阻R的取值范围。,【解】由图可知，,其中，,IL=UZ/RL=(6/600)A=10mA,所以,故,所以限流电阻R的取值范围为114227。,例8：设硅稳压管DZ1、DZ2的稳定电压分别为5V、10V，又已知DZ1、DZ2正向压降为0.7V，求V0,解：(a)DZ1、DZ2工作在反向击穿区,V0=5+10=15V,(b)DZ1、DZ2工作在正向导通区,V0=0.7+0.7=1.4V,(恒压降模型),（1）若VVD（ON），则可用图（a）来等效二极管，则IDQV/R,（2）若用图（b）来等效二极管，则：,取VD=VD（

39、on）0.7V（硅管）,取VD=VD（on）0.2V（锗管）,（3）若用图（c）来等效二极管，则：,一般地，近似分析时，多采用图（b）的等效电路。,求如图所示的IDQ=？,例9：,1、稳压管稳压电路的稳压原理,2、稳压管稳压电路的设计,1、UI的选择：UI（23）UO2、稳压管的选择：UZUO IZMIZmin ILmax Ilmin3、限流电阻的选择：保证稳压管既稳压又不损坏。,第八章 稳压电路,(1)硅二极管稳压电路、可控硅稳压电路。(2)晶体管串联型稳压电路（分立元件）。(3)集成稳压电路。(4)开关稳压电路。,2.按调整器件的工作状态可分为：线性稳压电路、开关稳压电路。,8-1 集成三

40、端稳压器,将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。集成稳压器有：输入端、输出端和公共端，称三端集成稳压器。,一、概述,1.外形及使用要求：正电压（78系列）和负电压（79系列）输出引脚排列各不相同。,二、三端固定输出集成稳压器,8-1 集成三端稳压器,81 集成稳压电路,1.串联式稳压电路,元件作用,一、串联式稳压电路类型与工作原理：,电路图,工作原理,2.改进型的串联式稳压电路：,电路特点,电路图,求下图输出电压：,输出电压调节范围。,二、稳压电源的性能指标,1.输出电压及其调节范围,8-2.开关稳压电源,将调整管工作在开关状态，控制开关启闭时间，实现稳压。,一、开关稳压电路工作原

41、理,二、不同变换器的开关稳压电路,三、自激式开关稳压电路,四、集成开关电路控制器X63,1.框图,2.各点波形,一、开关稳压电路工作原理,3.工作原理,二、不同变换器的开关稳压电路,1.串联式开关电路,a)调整管T1导通时,c)输出电压受误差放大器输出电压控制的过程,b)调整管T1截止时,2.并联式开关电路,3.变压器式开关电路,三、自激式开关稳压电路,1.组成框图,b)交流电源与机壳隔离。,a)加不同匝数比的独立绕组，可得到各种辅助电流。,2.各点工作波形,第1章 直流稳压电源,小 结,1.了解直流稳压电源系统的组成。2.熟悉硅稳压管组成电路的工作原理及特点。3.掌握串联型稳压电路的工作原理。4.了解稳压电路的保护措施。5.熟悉稳压电路的质量指标。6.熟悉集成三端稳压电路的应用。7.掌握开关型稳压电路的分类和工作原理。,1.直流稳压电源由哪几部分组成？2.怎样选择硅稳压管稳压电路中的限流电阻？3.串联型稳压电路的过流保护措施是什么？4.稳压电路有哪些质量指标？5.三端固定输出集成稳压器和三端可调集成稳压器的区别是什么？它们又分别有哪些应用？,思考题：,第1章 直流稳压电源,