课件-模电5-2-2014上课

1、,二极管整流电路 放大电路的基本概念 双极型晶体三极管及其电路模型,1,2,3,线性受控源模型,放大电路模型及技术指标,三相桥式整流电路,二极管峰值采样电路,5. 4 特殊二极管,5.4.1 稳压二极管,5.4.2 发光二极管,5.4.3 光电二极管,5.4.4 变容二极管,5.5.1 稳压二极管,一、伏安特性,符号,工作条件：反向击穿,特性,二、主要参数,1. 稳定电压 UZ 流过规定电流时稳压管 两端的反向电压值。,2. 稳定电流 IZ 越大稳压效果越好， 小于 Imin 时不稳压。,3. 最大工作电流 IZM 最大耗散功率 PZM,P ZM = UZ IZM,4. 动态电阻 rZ,rZ = UZ / IZ,越小稳压效果越好。,几 几十 ,5. 稳定电压温度系数 ,UZ 4 V， 0 (为齐纳击穿)具有负温度系数；,UZ 7 V， 0 (为雪崩击穿)具有正温度系数；,4 V UZ 7 V， 很小。 P140 例子5-1-2,3. 稳压管稳压电路, 稳压原理,IR = IDZ + IO,UO= UI IR R,5.4.2 发光二极管,发光二极管 LED (Light Emitting

2、 Diode),1. 符号和特性,工作条件：正向偏置,一般工作电流几十 mA， 导通电压 (1 2) V,符号,特性,2. 主要参数,电学参数：I FM ，U(BR) ，IR,光学参数：峰值波长 P，亮度 L，光通量 ,发光类型：,可见光：红、黄、绿,显示类型： 普通 LED ，,不可见光：红外光,点阵 LED,七段 LED ,5.4.3 光电二极管,1符号和特性,符号,特性,工作条件： 反向偏置,2. 主要参数,电学参数：,暗电流，光电流，最高工作范围,光学参数：,光谱范围，灵敏度，峰值波长,实物照片,补充：选择二极管限流电阻,步骤：,1. 设定工作电压(如 0.7 V；2 V (LED)；UZ ),2. 确定工作电流(如 1 mA；10 mA；5 mA),3. 根据欧姆定律求电阻 R = (UI UD)/ ID,(R 要选择标称值),5.3.2 二极管在整流电路中的应用,1. 单相半波整流电路,整流电路的目的是把交流电压转变为直流脉动的电压。 常见的整流电路有单相半波、全波、桥式整流等,u2 0时，二极管导通。,忽略二极管正向压降： u0=u2,u20，二极管截止, 输出电流为0。

3、 u0 = 0,1. 单相半波整流电路,半波整流输入输出电压波形：,输出电压平均值(UO)：,半波整流输入输出电压波形：,二极管上承受的最高电压：,二极管上的平均电流：,ID = I0,1. 单相半波整流电路,输入电压为正半周时，D1D3导通， D2D4截止。,输入电压为负半周时，D2D4导通， D1D3截止。,输入电压的正负半周都有电流流过负载而且电流方向一致（单向脉动）。,2. 全波整流电路,输出电压uO平均值（直流分量）：,负载平均电流为：,每个二极管中流过的电流是负载电流的一半。选择整流二极管要求最大整流电流满足：,一对二极管在反向截止时，每个管子承受的电压都是变压器二次电压的峰值，选择整流二极管时要求反向工作峰值电压满足：,5.2 二极管整流电路,单相整流的缺点：,（1）三相交流电源与三相变压器 （2）三相桥式整流电路由六只二极管 分成两组构成，第一组采用共阴极 接法，第二组采用共阳极接法，,5.2 二极管整流电路,共阳极组,共阴极组,变压器二次侧为三相对称电压ua、ub、uc，分别接在共阴极组三个二极管的阳极和共阳极组三个二极管的阴极，在每一瞬间，共阴极组中阳极电位最高的二

4、极管导通；共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。,5.2 二极管整流电路,t0 t1 uc最高， ub最低，D5D4通， uo=ucb （线电压）,t1 t2 ua最高， ub最低，D1D4通， uo=uab （线电压）,t2 t3 ua最高， uc最低，D1D6通， uo=uac （线电压）,t3 t4 ub最高， uc最低，D3D6通， uo=ubc （线电压）,t4 t5 ub最高， ua最低，D3D2通， uo=uba （线电压）,t5 t6 uc最高， ua最低，D5D2通， uo=uca （线电压）,t6 t7 uc最高， ub最低，D5D4通， uo=ucb （线电压）,结论： 在一个周期中，每个二极管只有三分之一的时间导通（导通角为120）。,负载两端的电压为线电压（绝对值）。输出电压脉动程度小。,5.2 二极管整流电路,1) 整流电压平均值 Uo,2) 整流电流平均值 Io,3) 流过每管电流平均值 ID,4) 每管承受的最高反向电压 UDRM,5.3 二极管峰值采样电路,在半波整流电路中利用二极管单向导电性，将交流电压转化为直流脉动电压，分析过程中，二极管正向偏置导通

5、时，输入电压直接传输到输出端。 如果把这个电压记忆并保存住，那么半波整流电路的二极管偏置将同时受到输入端和输出端电压的影响，只有当输入电压超过输出端记忆的电压二极管才导通，并更新输出端电压。 最终保留在输出端的将是输入电压的最大值峰值，这就是峰值采样电路。,5.3 二极管峰值采样电路,二极管峰值采样电路,电路中用于记忆并保存峰值电压的器件是电容器，每当输入电压出现新的峰值，二极管处于正向偏值导通状态， 向电容器充电，使之捕捉到输入电压的峰值，将峰值电压存储在电容器中输出。,工作波形,5.3 二极管峰值采样电路,通过温度电压传感器将温度转换为相应的电压信号，由信号调理电路对其进行放大、线性化校正等处理形成与温度呈线性关系的电压，最后由二极管峰值采样电路采样得到最高温度并显示出来。,最高温度测试仪组成,5.4 二极管检波电路,调幅波是一种常用的信号调制方式，它通过频谱搬移将低频信号调制到高频载波的幅度上，这样便于通过天线发射传输。 目前应用最广泛的是二极管检波器。根据调幅信号的大小，可分为小信号平方律检波和大信号直线性检波两种方式。,第6章 晶体管放大电路基础,放大电路的基本概念,放大电路

6、实际上是一种功能模块电路，具有两个外接端口。如图所示。,在放大电路中，信号的能量（或功率）得到增强，因此在放大电路中必须具备能量补充的来源直流电源和将直流电源能量转换为信号能量的转换装置或器件。,放大电路特性：,（1）放大电路是要求在不改变信号波形形状的 同时实现对输入电信号功率的放大。,（2）放大电路实际上是线性受控能量转换装置， 输入信号的线性控制下，将直流电源能量 转换为输出信号能量。,（3）放大电路含有完成能量转换的有源器件，如： 晶体管、场效应管等，有源器件是放大电路的核心。,电压源US,电压U,电压控制电压源VCVS,电压源US,电流I,电流控制电压源CCVS,电流源IS,电压U,电压控制电流源VCCS,电流源IS,电流I,电流控制电流源CCCS,受控电源一般具有两个端口：输入（控制）、输出端口,如果控制变量对受控电源输出端的控制为线性（比例），这种受控电源称为线性受控电源。 本课程中，只讨论线性受控电源。,受控电源的符号与特性,电压控制电压源VCVS,控制方程,实际电路分析中的符号,电流控制电压源CCVS,为电压传输（放大）系数，无量纲。,省去开路或短路的控制端。,r为转

7、移电阻，电阻量纲。,受控电源的符号与特性,电压控制电流源VCCS,控制方程,实际电路分析中的符号,电流控制电流源CCCS,g为转移电导，电导量纲。,为电流传输（放大）系数，无量纲。,控制变量必须在电路其他位置标出！,放大电路主要性能指标包括：放大倍数、输入电阻和输出电阻 1. 放大倍数 放大倍数是反映放大电路放大能力的关键指标，定义为放大电路输出信号与输入信号的比值，根据放大电路的输入输出变量不同可以有四种形式的放大倍数： Au=uo/ui电压放大电路的电压放大倍数，Auo为（负载）开路电压放大倍数。 Ar=uo/ii 阻抗放大电路的转移阻抗，Aro为（负载）开路转移阻抗。 Ag=io/ui导纳放大电路的跨导，Ags为（负载）短路跨导。 Ai =io/ii 电流放大电路的电流放大倍数，Ais为（负载）短路电流放大倍数。,2. 输入电阻 输入电阻Ri反映了放大电路对信号源的影响程度，对于电压信号源，希望放大电路的输入电阻越大越好，信号源的负载轻，而对于电流信号源，则希望放大电路的输入电阻越小越好。 3. 输出电阻 输出电阻Ro反映放大电路输出受负载影响的程度，如果放大电路向负载输出电压信

8、号，则希望输出电阻越小越好，这样放大电路输出端更接近电压源，如果放大电路向负载输出电流信号，则希望输出电阻越大越好，这样放大电路输出端更接近电流源。,4. 频带范围 放大电路的放大倍数保持一定数值的工作信号频率范围，常采用3分贝频带表示，给出放大电路放大倍数下降3分贝（下降到正常值的0.707倍）所对应的上下两个频率fL、fH，分别称为上、下截止频率，在这两个频率之间的输入信号，放大电路能够有效地进行放大。 。,5. 不失真输出范围 用放大电路的最大不失真输出幅度表示其不失真输出范围，输入信号经过放大，在最大不失真输出幅度以内的输出信号能与输入信号保持线性关系（不失真），这一参数也描述了放大电路输出信号的最大不失真功率。 6. 输入信号范围 对于过大的输入信号幅度，可能引起有源电子器件进入非线性特性区，从而使放大电路输出信号不再与输入信号保持线性，产生信号波形失真，严重时甚至会损坏器件，为此，放大电路常规定其输入信号的幅度范围，如|ui|10mV。,6.2 双极型晶体管(BJT),又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。,(Bipolar Junction Transistor),

9、三极管的外形如下图所示。,三极管有两种类型：NPN 型和 PNP 型。 主要以 NPN 型为例进行讨论。,图 1.3.1 三极管的外形,X：低频小功率管 D：低频大功率管,G：高频小功率管 A：高频大功率管,37,6.2.1 晶体管的结构及类型,常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。,图1.3.2a 三极管的结构,(a)平面型(NPN),(b)合金型(PNP),e 发射极，b基极，c 集电极。,38,the base , the collector and the emitter,图 1.3.2(b) 三极管结构示意图和符号 NPN 型,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,基极 b,发射极 e,39,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,发射极 e,基极 b,40,6.3.2 晶体管的电流放大作用,以 NPN 型三极管为例讨论,三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。,不具备放大作用,41,三极管内部结构要求：,1.发射区的掺杂浓度最高。,2. 基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。,三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。,3. 集电结面积大。,42,三极管放大的外部条件,BJT结构特点：,发射区的掺杂浓度最高； 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大； 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。,BJT管芯结构剖面图,一. 三极管内部载流子的运动规律,基区空穴向发射区的扩散可忽略。,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。,进入P 区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE ，多数扩散到集电结。,集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。,使T具有放大作用的条件：,内部条件：,外部条件：,基区要做的很薄，且掺杂质浓度小，使IB很小,发射结正偏，集电结反偏,从基区扩散来的电子由于外部电源的作用而被拉入集电区形成ICE

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