1、,第二讲 二极管及应用,电压源与电流源 电压源：无论接什么负载，端电压不能变。1. 电压源本质上要能提供极大的电流。2. 当负载阻抗很小时，也能通过加大电流来维持电压不变。电流源：无论接什么负载，电流不能变。,1. 电流源本质上要能产生极高的电压。2. 当负载电阻很大（甚至断开）时，电流源产生极高的电压即使击穿空气，也要维持电流不变。2,电压源与电流源 电子器件的本质,1. 我们如果“强加”一个电压在某个器件上，那么器件上“被迫”流过的电流就是不可控的，电流具体是多少，则是该器件的性质。2. 同理，我们如果“强行”让一个电流流过某器件，那么该器件两端“反抗”电压是不可控的，电压具体是多少，则是
2、该器件的性质。3,重新认识电阻1.电阻：对电流起阻碍作用的元件。,uRR,iR ,2.电阻依靠改变其端电压来限制电流。4,电容1.电容：维持电压不变的元件,2.电容依靠吸收或释放足量的电流，来维持电压不变。5,duCdt,iC C,电感1.电感：维持电流不变的元件,2.电感依靠产生足够的高压，来维持电流不变。6,diLdt,uL L,D,二极管,1. 二极管：只能流过正向电流，反向阻断如果流过正向电流，那么uD 0.7V2. 凭什么二极管增加电流却不增加“阻碍”电流增长的电压？7,什么是PN结的电导调制效应？,1. 电流好比是车辆，电压好比是通行时间。2. 车流越大，必然通行时间越长。3. 由
3、于车道数太多，导体不可控！8,9,1. 半导体好比是受交通管制的1-100车道高速公路，先天,牺牲了车道数，但是换来了可控。,2. 当车流很小，只开1条车道，通行所花时间为0.7V。车流很大时，多开车道，反正保证通行花的时间是0.7V。3. 即使考虑电导调制，半导体的导电能力也远不及导体，,半导体是牺牲了导流性能换来了可控性！,稳压二极管,1.稳压二极管：正向特性等同普通二极管，导通后端电压0.7V。反向可被击穿导电，击穿后，端电压维持标定。,D,Z,2.稳压二极管依靠改变流过自身的电流来达到端电压稳定。10,Vo,0V,Si,D1 Si,D2,(1) E=10V,(0),R,1K,二极管的应
4、用,正逻辑或门,1,2,11,12,正逻辑与门,Vo,Si,D1 Si,D2,(1),R,1K,E1=10V(0),E2=0V,1,2,+,E,10V,正弦波输入、半波整流vi,t,T 2,T,0,Vm,一个周期vi Vm sint,+,+,vi,vo,+,R,Vm,vi,0,t,vo,T,T,0,Vm,Vdc 0.318Vmt,2半波整流电路的输入电压和输出电压波形 13,1.,半波整流是利用二极管的单向导电性进行整流的最常用,的电路，常用来将交流电转变为直流电。2. 半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。,3.,这种除去半周
5、、图下半周的整流方法，叫半波整流。不,难看出，半波整流是以“牺牲”一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低。因此常用在高电压、小电流的场合，而在一般无线电装置中很少采用。Vdc 0.318Vm14,15,4.,峰值反偏电压PIV(峰值倒转电压PRV),Vm,PIV额定值,vi,T 2,T,0,Vm,一个周期,全波整流（桥电路）,+,vi,+,voR,D1,D2,D3,D4,Vm,T 2,T,0,t,t,vi,vo,T 2,T,t,0,Vm,Vdc 0.636Vm,全波整流电路的输入电压和输出电压波形,16,17,1.2.,因电源的整个周期的电压都得到使用，使得转换效 率获得了大幅度的提高
6、。峰值反偏电压PIV(峰值倒转电压PRV),Vm,PIV额定值,T,T,0,t,全波整流（中心抽头变压器）viVm,2峰值反偏电压PIV(峰值倒转电压PRV), 2Vm,PIV额定值,18,19,限幅电路,1.2.3.,限幅电路是采用二极管去掉输入信号的一部分波形 而对剩余部分波形不做任何改变的电路串联型限幅电路中，二极管同负载是串联的关系并联型限幅电路中，允许多个二极管与负载并联,+,20,限幅电路（串联型）,2,T,T,0,t,vi,20V,V=5V,vi,vo,+,+,R,2,T,T,t,vi,20V,-5V,-5V,t,2,T,T,0,vo5V,vi 5V 20V 5V 25Vvo 0
7、V 5V 5V,21,限幅电路（并联型）,2,3,vi,+,+,R,+V,vo4V,T 2,T,0,t,vi,16V,4 V转换电压,vo16V4V,0,T2,T,t,钳位电路,1.2.3.4.,充电或放电22,钳位电路：由一个二极管、一个电阻和一个电容组成 的电路，它能使输入波形发生某个数值的偏移，但是 其形状并不发生改变。如果在基本结构中引入直流电源，可产生附加偏移。电阻和电容必须满足时间常量 RC足够大，保证二 极管截止时，电容器不会急剧放电。在整个分析过程中，假设电容在5个时间常量内完成,23,vi,vo,+,+,R,C,vi,vo,V,t,T,T 2,T22V,T,t,0 V,0,5
8、,4,C,V,V,+,+,+,CV,R,vo,+,+,V,+ vo,R,+vo,24,vi,t,T2,T,0,Vm,vi,+,vi,+,vo,+,vo,+,R,R,vi,t,T 2,T,0,Vm,+vi,+vi,+vo,+vo,+vo,+vo,R,R,R,R,V,V,V,V,+ +vi,+ +vi,+,+,25,26,t,T 2,T,0,viVm,+vi,+vi,R,R,+vo,+vo,27,vi,t,T 2,T,0,Vm,vi,+,vi,+,vi,+,vi,+,vo,+,vo,+,vo,+,vo,+,R,R,R,R,V,+,+,+,+,V,V,V,28,t,T 2,T,0,viVm,vi,+
9、,vo,+,V2,+,+ V1,R,31,齐纳二极管,1. 确定二极管的工作状态,2. 用一个合适的模型代替原来的电路3. 求出其他未知量,下图为二极管在不同区域的等效电路 这些模型在转折点采用直线近似,0.7V,VZ,VZ,0V,设计：,当输入为正值时，其输出电压的极限为20V，当输入电压为负值时，其输出电压为0V,研究电路的工作过程，并画出对应于输入电压的系统输 出电压波形,假设系统有很高的输入电阻，不会影响到电路工作,0,60V,t60V,vi,系统,vi,R,Si,VZ,20V,vi 20.7V,R,R,VZ,0.7V,20Vvo 20V vi 20.7V,vd vi,vo 0V,ID
10、 0mA,0,60V,t60V,vi,系统,vi,R,Si,VZ,20V,60V20V0,vi,vo,Vi和R固定,基本的齐纳二极管稳压器,1. 通过移除电路中的齐纳二极管来判断其工作状态以及,计算剩余电路的输出电压,V VL ,RLVi R RL,如果 V Vz 如果 V Vz,齐纳二极管导通，可以使用合适的齐纳二极管等效模型齐纳二极管将关闭，齐纳二极管等效为开路,VR V V,2.,VL RL,IL ,IZ IR IL,用合适的等效电路或值替代相关的未知量VL VZ 通过齐纳二极管的电流由基尔霍夫电流定律决定，即IR IZ IL,其中,IR , i L R R,齐纳二极管的功耗P Z VZ
11、IZ注：必须远小于器件手册中所指定的P ZM,注意：,在继续下面的分析之前，必须要认清一个问题：,进行第1步只是为了确定齐纳二极管的工作状态,如果齐纳二极管处于导通状态，则齐纳二极管两端的电压并不是V伏特,当系统开始工作，一旦齐纳二极管两端的电压为VZ，齐纳二极管将马上导通,随后将其固定在这个电压上而永远不会到达最高的V伏特,例题：,如图所示的齐纳二极管电路中a. 计算 VL,VR,IZ和P Z,b. 令 RL 3k ，再计算（a）,8.73V V ,RLVi 1.2k(16 V) R RL 1k1.2k,VL V 8.73V,VR Vi VL 16V-8.73V=7.27V,IZ 0A,P
12、Z VZIZ VZ(0A) 0W,a., 12V, 3.33mA, 6mA,V ,RLVi R RL,3k(16 V) 1k3k,VL Vz 10V VR Vi VL 16V-10V=6V,IZ IR IL=6mA3.33mA=2.67mAP Z VZIZ (10V)(2.67mA) 26.7mW,b.,VRR,IR ,6V 1k,VL RL,IL ,10 V 3k, ,RL Lmin,Vi固定，RL可变的情况,VL VZ ,RLVi RL R,RLmin,RVZ Vi VZ,IL max,VL VZR,VR Vi VZ,VRR,IR ,IZ IR IL,ILmin IR IZM,VZ ILm
13、in,RLmax ,例题：,b. 计算齐纳二极管的最大功耗,时， RL和IL 的取值范围,a. 计算如图所示电路中使得电阻 VRL 两端电压保持10V, 250, 40mA, ,=,RLmin,RVZ Vi VZ,(1k)(10V) 10k50V10V 40,VR Vi VZ 50V10V=40V,VRR,IR ,40V 1k,ILmin IR IZM 40mA-32mA=8mA,10V8mA,RLmax,VZ ILmin,=1.25k,a.,b.,P max VZIZM (10V)(32mA) 320mW,V,因为 IL 固定在 VZ L ，而 IZ 的最大值为,Vi变化，RL固定的情况,最
14、小的导通输入电压,由下式决定：,Vi imin,VL VZ ,RLVi RL R,Vimin,(RL R)VZRL,Vi 的最大值由齐纳二极管的最大电流决定,IZM IR IL,IRmax IZM IL,IZM,R 所以 Vi 的最大值由下式决定：,i,Vmax VRmax VZ,i,Vmax IRmaxRVZ, 23.67V, 16.67mA,例题： 计算 Vi 值的范围，使图中的齐纳二极管处于导通状态,( RL R )VZRL,Vimin ,(1200 220)(20V)1200,VL VZ 20V,IL ,RL RL 1.2k,i,IRmax IZM IL 60mA+16.67mA76.67mAVmax IRmaxRVZ (76.67mA)(0.22k)20V=16.87V+20V=36.78V结论：输入电压在23.67V和36.87V之间变化，输出将稳定在20V,
