1、主讲人：主讲人：元增民元增民模拟电子技术模拟电子技术电工与模数电技术电工与模数电技术第第1 1章章 晶体管晶体管(2)(2)1.2 1.2 二极管种类及应用二极管种类及应用PPT2PPT2作业作业:39:39页习题页习题1.1.1,1.1.21.1.1,1.1.21.二极管种类及用途二极管种类及用途2.二极管技术参数二极管技术参数3.温度对二极管工作特性的影响温度对二极管工作特性的影响4.二极管损坏原因二极管损坏原因5.二极管型号命名及常用二极管二极管型号命名及常用二极管6.二极管管脚鉴别二极管管脚鉴别7.稳压二极管应用电路稳压二极管应用电路8.发光二极管应用电路发光二极管应用电路9.光电池及
2、光电二极管应用电路光电池及光电二极管应用电路10.二极管电路分析方法二极管电路分析方法11.用熊仔爬山法计算电位用熊仔爬山法计算电位本节要务本节要务二极管种类、应用及分析计算方法二极管种类、应用及分析计算方法1.普通二极管、稳压二极管、变容二极普通二极管、稳压二极管、变容二极管、各种管、各种LED、光电池及光电二极管、光电池及光电二极管2.二极管应用电路及其分析方法二极管应用电路及其分析方法玻封、塑封二极管及无引线二极管玻封、塑封二极管及无引线二极管各种各种LED螺栓型金封二极管螺栓型金封二极管压装型金封二极管及压装型金封二极管及LED数码管数码管图图1.2.1 负载负载pn结在光照下的表现结
3、在光照下的表现-光电池工作原理光电池工作原理内电场内建电势是太阳能电池的阻力，另一方面内电场又是电池动内电场内建电势是太阳能电池的阻力，另一方面内电场又是电池动力的源泉，因此太阳能电池电动势力的源泉，因此太阳能电池电动势E总比扩散势总比扩散势Ee小。通常硅小。通常硅pn结结扩散势扩散势Ee约为约为0.7V，而单片硅太阳能电池电动势，而单片硅太阳能电池电动势Ee-Ub约为约为0.5V。日本教授因发明蓝色日本教授因发明蓝色LED获诺奖。获诺奖。光照时光照时pn结内电场中产生的电子结内电场中产生的电子才在电场力作用下奔向正极，空穴才在电场力作用下奔向正极，空穴奔向负极，内电场及势垒奔向负极，内电场及
4、势垒Ub都被削都被削弱，打破扩散势弱，打破扩散势Ee与与Ub的平衡，差的平衡，差值值Ee-Ub就是太阳能电池电动势就是太阳能电池电动势E。1.1.二极管种类及用途二极管种类及用途1)普通二极管普通二极管 整流整流,检波检波,混频混频 2)稳压二极管稳压二极管3)发光二极管发光二极管(LED)及激光二极管及激光二极管 4)光电池及光电二极管光电池及光电二极管第第1 1章章 晶体管晶体管(2)(2)1.2 1.2 晶体二极管种类及应用晶体二极管种类及应用从计算式从计算式E=Ee-Ub可看出，一方面可看出，一方面5)变容二极管变容二极管6)肖特基二极管肖特基二极管(SBD)图图1.2.27)隧道二极
5、管隧道二极管2.2.二极管技术参数二极管技术参数1)最大正向电流最大正向电流2)反向击穿电压。反向击穿电压。3)最高耗散功率最高耗散功率4)最高工作频率最高工作频率1)二极管正向压降二极管正向压降温度温度系数系数-2mV/C，(2)稳压值稳压值6V时温度系数各为负时温度系数各为负,零零,正正4.4.二极管损坏主要原因二极管损坏主要原因过流过热超耗散功率过流过热超耗散功率5.5.二极管型号命名及常用二极管二极管型号命名及常用二极管例：国产硅整流二极管例：国产硅整流二极管 2CZ11B 日产二极管型号以日产二极管型号以1打头，表示一个打头，表示一个pn结结例：例：1N4148玻封管玻封管:100m
6、A,100V,1MHz 1N4007塑封管塑封管:1A,1200V国产二极管型号由四部分组成。国产二极管型号由四部分组成。第一第一:电极数，数字电极数，数字2表示有表示有2个电极个电极第二第二:材料材料,A,B,C,D各表各表N型锗、型锗、P型锗、型锗、N型硅、型硅、P型硅型硅第三第三:功能功能Z:整流管整流管,K:开关管开关管,C:变容管变容管第四第四:参数规格，以数字字母表示。参数规格，以数字字母表示。3.3.温度对二极管的影响温度对二极管的影响6.6.二极管管脚鉴别二极管管脚鉴别有标志的一端为负极有标志的一端为负极7.7.稳压二极管应用电路稳压二极管应用电路1)1)稳压二极管技术参数稳压
7、二极管技术参数(1)稳定电压稳定电压Uz(2)最小稳定电流最小稳定电流Iz(min)，见图，见图1.1.101.1.10(3)最大稳定电流最大稳定电流Iz(max)或耗散功率或耗散功率Pmax(4)动态内阻动态内阻rz(5)电压温度系数电压温度系数z2)2)稳压二极管应用电路稳压二极管应用电路图图1.2.3 稳压二极管应用电路稳压二极管应用电路L(min)zz1IIUU8.0R 已知负载电流已知负载电流IL，设计限流电阻，设计限流电阻Lz(min)zz1R/UIUU8.0R Pmax=UzIz(max)例例1.2.11.2.1 已知稳压二极管输入电压已知稳压二极管输入电压U1=12V，稳定电压
8、，稳定电压Uz=6V，最小稳定电流最小稳定电流Iz(min)=2mA，负载电流，负载电流IL=10mA，试计算限流电阻，试计算限流电阻R。实际取限流电阻实际取限流电阻R=390即可。即可。解解 400k5.08.0mAV102612IIUU8.0RL(min)zz1已知负载电阻已知负载电阻RL，设计限流电阻，设计限流电阻 例例1.2.21.2.2 红色红色LED电源电源Ucc=5V，要求工作电流，要求工作电流I=1mA，试计算限，试计算限流电阻流电阻R。解解实际取限流电阻实际取限流电阻R=3k即可。即可。k3mAV125IUURledcc图图1.2.4 发光二极管应用电路发光二极管应用电路 8
9、.8.发光二极管应用电路发光二极管应用电路IUURledcc 限流电阻限流电阻 LED管压降管压降Uled范围在范围在1.8V3V，通常用通常用pn结恒压降模型，可按红结恒压降模型，可按红Uled=2V、绿、绿Uled=23V、蓝、白、蓝、白Uled=3V计算。近距离小尺寸计算。近距离小尺寸LED通通常只要常只要0.5mA电流，就可见发光电流，就可见发光.1)1)直流应用直流应用 二极管反向击穿后限流措施得当时能正常工作，是一个普遍原理。二极管反向击穿后限流措施得当时能正常工作，是一个普遍原理。LED也可考虑直接在交流电路工作。红色也可考虑直接在交流电路工作。红色LED与电阻或电容串联作与电阻
10、或电容串联作220V交流电源指示灯，见图交流电源指示灯，见图1.2.5。35mm LED最大耗散功率最大耗散功率50mW。考虑约。考虑约2V正向压降及正向压降及20V反向击穿电压，可计算反向击穿电压，可计算470k限限流电阻功耗约流电阻功耗约0.1W，LED功耗功耗P10mW，电阻及，电阻及LED实际功耗均实际功耗均小于最大耗散功率。小于最大耗散功率。(a)R+LED (b)C+LED图图1.2.5 经典经典R+LED及及C/R+LED交流电源指示电路交流电源指示电路 这种这种R+LED电路已经在交流电源插排、热得快、电热毯、电蚊电路已经在交流电源插排、热得快、电热毯、电蚊拍等得到广泛应用，几
11、乎是世界上用量最大的典型电路。图拍等得到广泛应用，几乎是世界上用量最大的典型电路。图(b)是用是用电容代替电阻限流，更节能。断电后限流电容所存的一点点电荷经电容代替电阻限流，更节能。断电后限流电容所存的一点点电荷经过并联电阻可以更快地释放掉，更有利于安全。过并联电阻可以更快地释放掉，更有利于安全。2)2)交流应用交流应用图图1.2.6 电热毯加热功率电热毯加热功率LED指示电路指示电路 图图1.2.7系一种电热毯系一种电热毯LED加热功率指示电路，加热功率指示电路，S为加热功率选择为加热功率选择开关，红色开关，红色LED1为半功率指示器，绿色为半功率指示器，绿色LED2为全功率指示器。为全功率
12、指示器。R1、R2为为LED限流电阻，限流电阻，R3为为100W电热丝。电热丝。LED反向耐压反向耐压5V30V，D1为反向耐压为反向耐压1000V以上的整流二极管。以上的整流二极管。图图1.2.7 光电池应用电路光电池应用电路 pn结是光电池的核心。多个结是光电池的核心。多个pn结串联，可提高光生电动势，见结串联，可提高光生电动势，见图图1.2.8。多个。多个pn结并联，可以提高光生电流。结并联，可以提高光生电流。图图1.2.8 光敏二极管应用电路光敏二极管应用电路光电池由硅等材料制成的光电池由硅等材料制成的pn结串并联组成。光电池是迄今为止最结串并联组成。光电池是迄今为止最有前途的清洁能源
13、之一。卫星上的光电池安装在翼板上以充分接受有前途的清洁能源之一。卫星上的光电池安装在翼板上以充分接受光照，俗称太阳翼。太阳翼的可靠性和寿命对整个卫星的影响非常光照，俗称太阳翼。太阳翼的可靠性和寿命对整个卫星的影响非常大，它的寿命常常决定卫星的寿命。大，它的寿命常常决定卫星的寿命。国产国产2CR型硅光电池在型硅光电池在100mW/cm2的入射光强作用下，可得到的入射光强作用下，可得到开路电压开路电压(电动势电动势)450600mV，短路电流，短路电流1630mA。明白光电二极管结构与光电池大同小异，就知道，外接电源为明白光电二极管结构与光电池大同小异，就知道，外接电源为0时，光电二极时，光电二极
14、管只是灵敏度降低，但是还能输出微弱传感信号。外接电源管只是灵敏度降低，但是还能输出微弱传感信号。外接电源E只是锦上添花。只是锦上添花。9.9.光电池及光电二极管应用电路光电池及光电二极管应用电路10、二极管电路分析方法、二极管电路分析方法 二极管正向电流从扩散势二极管正向电流从扩散势Ee正极流向负极。若把二极管看做电池，正极流向负极。若把二极管看做电池，则正向导通的二极管恰似充电电池。二极管正向电流相当于电子连则正向导通的二极管恰似充电电池。二极管正向电流相当于电子连续不断地从高能级跌落在低能级，多余能量以热能或光能形式随即续不断地从高能级跌落在低能级，多余能量以热能或光能形式随即释放，正向导
15、通的二极管可认为是一块永远也充不满的电池。释放，正向导通的二极管可认为是一块永远也充不满的电池。1)在线电流分析法在线电流分析法 把二极管当成一块只能充电但永远也充不满的电池，硅二极管当把二极管当成一块只能充电但永远也充不满的电池，硅二极管当成成0.7V电池，锗二极管当成电池，锗二极管当成0.2V电池，理想二极管当成电池，理想二极管当成0V电池，电池，计算计算某管某管电流若为正向，则判断电流若为正向，则判断该管该管导通，结果成立；计算导通，结果成立；计算某管某管电电流若为反向，则判断流若为反向，则判断该管该管截止，结果不成立，实际电流应为截止，结果不成立，实际电流应为0，应，应将将该管该管断开
16、后重新计算。断开后重新计算。2)开路电压分析法开路电压分析法断开所有二极管计算各开路电压。若最大的开路电压大于管子正向断开所有二极管计算各开路电压。若最大的开路电压大于管子正向压降，则判断那只管子导通。然后逐只断开其它管子计算其开路电压降，则判断那只管子导通。然后逐只断开其它管子计算其开路电压，若大于其正向压降，则判断该管导通。压，若大于其正向压降，则判断该管导通。1熊仔爬山法就是假设读者像一个可爱的小熊仔一样，从零电位熊仔爬山法就是假设读者像一个可爱的小熊仔一样，从零电位点爬起来，一直爬到指定点。一步步累加的电压升就是该点的电位点爬起来，一直爬到指定点。一步步累加的电压升就是该点的电位。逆着
17、电流爬过电阻，遇到的乘积。逆着电流爬过电阻，遇到的乘积RI是电压升。从电压源负极爬到是电压升。从电压源负极爬到正极遇到的电动势正极遇到的电动势E是电压升。是电压升。熊仔爬山电位计算法熊仔爬山电位计算法 例例1.2.3 电路如图电路如图1.2.9，E1=9V，E2=-12V，试分析二极管是否导通，若试分析二极管是否导通，若导通则计算其电流。导通则计算其电流。解解 A 用节点电压法用节点电压法开关开关位置位置E1/VE2/VI1/mAI2/mAI3/mA理论理论实验实验理论理论实验实验理论理论实验实验上上12-126.254.7911.04下下9129.44-10.67-1.23下下12-107.
18、8407.84图图1.2.9 二极管电路二极管电路V628.0k/1k/V1/151.0/102.1/11/)127.0(02.1/9 再用熊仔爬山法从再用熊仔爬山法从B点顺时针爬到点顺时针爬到A计算计算R2左端相对右端的电压左端相对右端的电压U2=E2-0.7V+U=12V-0.7V+(-0.628V)=10.67VI2=U2/R2=10.67V/1k=10.67mA0，所有计算结果都成立，所有计算结果都成立234122411R/1R/1)RR/(1R/)EV7.0()RR/(EU 图图1.2.9 二极管电路二极管电路(二极管暂时断开二极管暂时断开)解解 B 用等效电源法用等效电源法 断开二
19、极管，则断开二极管，则E1与与R1,R3组组成简单闭合回路。成简单闭合回路。AD电压由三电压由三个个510电阻对电阻对E1串联分压形成，串联分压形成，9V分压为分压为3V。用熊仔爬山法计。用熊仔爬山法计算以算以D点为零电位点的开路电压点为零电位点的开路电压 Uo=E1/3+E2=3V+12V=15V rs=(2510)/510+1k=1.34k Uo0.7V 二极管导通，其电流二极管导通，其电流 I2=(Uo-Ee)/rs=(15V-0.7)/1.34k=10.67mA 图图1.2.10 双二极管电路双二极管电路(a)所有二极管都开路所有二极管都开路 解解 (1)断开断开D1、D2，见图见图(
20、a)，用熊仔爬山法计算开路电压用熊仔爬山法计算开路电压 Uak1=E1=12V Uak2=E1-E2=12V-6V=6 6V Uak1Uak2，且且Uak10.7V，故故D1承受正偏电压而导通承受正偏电压而导通 (2)只断开只断开D2，见图，见图(b)，计算，计算Uak2=0.7V-6V=-5.3V，D2承受负压承受负压而截止。而截止。(3)通过通过D1回路，或通过回路，或通过E1和和R支路，都能计算支路，都能计算Uo=-0.7V。例例1.2.41.2.4 电路见图电路见图1.2.10，Ud=0.7V，判断二极管导通还是截止，判断二极管导通还是截止，并求并求Uo(b)仅二极管仅二极管D2开路开
21、路2012年注册电气工程师执业资格考试专业基础年注册电气工程师执业资格考试专业基础29题题 (a)原图原图(b)所有二极管都开路所有二极管都开路 解解 (1)断开断开D1、D2，见图见图(b)，用熊仔爬山法计算开路电压用熊仔爬山法计算开路电压 Uak1=U1-E3=150V-25V=125125V Uak2=U1-E2=150V-100V=50V Uak1Uak2，且且Uak10.7V，故故D1承受正偏电压而导通承受正偏电压而导通 (2)只摘开二极管只摘开二极管D2，因，因D1导通，用熊仔爬山法从导通，用熊仔爬山法从K2点逆时针方向点逆时针方向爬到爬到A点计算开路电压点计算开路电压Uak2=-
22、100V+25V+200k/(100k+200k)(150V-25V)=8.3V0，再判断，再判断D2也导通。也导通。(3)从原电路可看出来，从原电路可看出来，100V电压源直接通向输出端，故电压源直接通向输出端，故Uo=100V，选答案，选答案C(c)只断开二极管只断开二极管D2 2010年注册电气工程师执业资格考试专业基础年注册电气工程师执业资格考试专业基础27题题 解解 (1)断开断开D1、D2，用熊仔爬山法计算，用熊仔爬山法计算开路电压开路电压 Uak1=10V Uak2=15V+10V=2525V Uak2Uak1，且且Uak20.7V，故首先判断故首先判断D1承受正偏电压而导通承受
23、正偏电压而导通 (2)只断开只断开D1，计算，计算Uak1=-15V，D1承受承受负压而截止。负压而截止。(3)通过通过D2回路，或通过回路，或通过E1和和R支路，都支路，都能计算能计算Uo=-15V。答案选答案选B图示电理发剪采用直流电动机，由曲柄滑块机构带动剪刀片左右往复运动。图示电理发剪采用直流电动机，由曲柄滑块机构带动剪刀片左右往复运动。LED指示灯亮，指示正在为蓄电池充电。指示灯亮，指示正在为蓄电池充电。4007二极管用于防止不充电时电池电二极管用于防止不充电时电池电流向指示灯倒灌。流向指示灯倒灌。充满电拔掉充电器，电池只能经开关向电动机供电，充满电拔掉充电器，电池只能经开关向电动机
24、供电，LED指指示灯随之熄灭。示灯随之熄灭。故障：工作时突然之间电动机就转的很慢，甚至走不动，连一个头也理不下来。故障：工作时突然之间电动机就转的很慢，甚至走不动，连一个头也理不下来。停下来充一阵电，情况有所改善，但是再用还是不行。并且发现一个奇怪现象：停下来充一阵电，情况有所改善，但是再用还是不行。并且发现一个奇怪现象：拔掉充电器，指示灯还要亮一阵才慢慢熄灭。拔掉充电器，指示灯还要亮一阵才慢慢熄灭。根据故障现象怀疑根据故障现象怀疑4007二极管反向漏电。试着更换二极管反向漏电。试着更换4007二极管，故障排除，二极管，故障排除，说明真是那只说明真是那只4007二极管反向漏电。紧接着测绘电路图
25、，可看出二极管反向漏电。紧接着测绘电路图，可看出：4007二极管二极管确实能防止不充电时电池电流向指示灯倒灌，节约电能。确实能防止不充电时电池电流向指示灯倒灌，节约电能。二极管应用例子：电理发剪二极管故障排除二极管应用例子：电理发剪二极管故障排除电理发剪电路电理发剪电路1.2.5 如何从外观或用仪表判断二极管正负极？如何从外观或用仪表判断二极管正负极？答答(1)优先从外观判断二极管正负极优先从外观判断二极管正负极玻封二极管整体无色，其黑色一端为负极；玻封二极管整体无色，其黑色一端为负极；塑封二极管整体黑色，其白色一端为负极；塑封二极管整体黑色，其白色一端为负极；金封二极管的外壳一般为正极，其上
26、印有二极管符号者，三角形金封二极管的外壳一般为正极，其上印有二极管符号者，三角形顶端为负极。顶端为负极。汽摩发电机用二极管，端部黑色的为负二极管；端部红色的为正汽摩发电机用二极管，端部黑色的为负二极管；端部红色的为正二极管。二极管。(2)用万用表测试用万用表测试指针式万用表置于电阻档，表针明显偏摆时黑表笔所接为正极；指针式万用表置于电阻档，表针明显偏摆时黑表笔所接为正极；数字式万用表置于二极管档，显示有限数字时红表笔所接为正极，数字式万用表置于二极管档，显示有限数字时红表笔所接为正极，所显示有限数字谓被测二极管的管压降，据此可判别硅管与锗管。所显示有限数字谓被测二极管的管压降，据此可判别硅管与
27、锗管。引线为负极的金封二极管，叫做负二极管，其外壳端部印有黑色标志；引线为引线为负极的金封二极管，叫做负二极管，其外壳端部印有黑色标志；引线为正极的金封二极管，叫做正二极管，其外壳端部印有红色标志。正极的金封二极管，叫做正二极管，其外壳端部印有红色标志。解答配图解答配图1展示了汽摩硅整流发电机用的压装式硅二极管。在电源负极，三只展示了汽摩硅整流发电机用的压装式硅二极管。在电源负极，三只二极管正极接在一起，正好使用负极金封二极管。在电源正极，三只二极管负极二极管正极接在一起，正好使用负极金封二极管。在电源正极，三只二极管负极接在一起，若还使用负极金封二极管，则三块散热片之间需要电绝缘，给制造带接在一起，若还使用负极金封二极管，则三块散热片之间需要电绝缘，给制造带来麻烦。因此，在电源正极使用正极金封二极管。来麻烦。因此，在电源正极使用正极金封二极管。解答配图解答配图1 汽摩硅整流发电机用的压装式金封硅二极管汽摩硅整流发电机用的压装式金封硅二极管谢谢大家！谢谢大家！
