電子線路設(shè)計(jì)01

電子線路設(shè)計(jì)元件篇元件——半導(dǎo)體二極管1．概述半導(dǎo)體二極管和三極管的出現(xiàn)代表著晶體管時(shí)代的到來，晶體管的大量應(yīng)用使得電子設(shè)備的體積大大縮小，速度也越來越快。半導(dǎo)體二極管有許多種類。按材料分為鍺管、硅管和砷化鎵管等。按結(jié)構(gòu)分為點(diǎn)接觸型和面接觸型。面接觸型能通過較大的電流，但結(jié)電容較大。點(diǎn)接觸型則相反。按用途分為整流、檢波、變?nèi)?、穩(wěn)壓、開關(guān)、發(fā)光二極管等。圖1.1是常用二極管的符號。圖1.1常用的二極管及其符號元件——半導(dǎo)體二極管2．常用二極管介紹（1）整流二極管整流二極管用于整流電路，把交流電換成脈動的直流電。采用面接觸型，結(jié)電容較大，故一般工作在3kHz以下。有把4個(gè)二極管做成橋式整流封裝起來使用的。也有專門用于高壓、高頻整流電路的高壓整流堆。（2）穩(wěn)壓二極管（齊納二極管）穩(wěn)壓二極管是利用二極管反向擊穿時(shí)其兩端電壓基本保持不變的特性制成的，一般工作于反偏狀態(tài)。穩(wěn)壓二極管正常工作時(shí)要求輸入電壓應(yīng)在一定范圍內(nèi)變化，當(dāng)輸入電壓超過一定值，使流過穩(wěn)壓管的電流超過其上限值時(shí)，將會使穩(wěn)壓管損壞，而當(dāng)輸入電壓小于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓范圍時(shí)，電路將得不到預(yù)期的穩(wěn)定電壓。元件——半導(dǎo)體二極管2．常用二極管介紹（3）變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管一般工作于反偏狀態(tài)，其勢壘電容會隨著外加電壓的變化而變化。電壓變大電容就變小，在高頻自動調(diào)諧電路中，用電壓去控制變?nèi)荻O管從而控制電路的諧振頻率。自動選臺的電視機(jī)就要用到這種電容。（4）發(fā)光二極管（LED）發(fā)光二極管能把電能轉(zhuǎn)化為光能，發(fā)光二極管正向?qū)〞r(shí)能發(fā)出紅、綠、藍(lán)、黃及紅外光，可用做指示燈和微光照明?？梢杂弥绷?、交流（要考慮反向峰值電壓是否會超過反向擊穿電壓）、脈動電流驅(qū)動。一般發(fā)光二極管的正向電阻較小，接入電路中要加入限流電阻，如圖1.2所示。圖1.2發(fā)光二極管元件——半導(dǎo)體二極管2．常用二極管介紹（5）光電二極管光電二極管和發(fā)光二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，但它的結(jié)面積較大，可接收入射光。其PN結(jié)接反向電壓時(shí)，在一定頻率光的照射下，反向電阻會隨光強(qiáng)度的增大而變小，反向電流增大。光電二極管在光通信中可作為光電轉(zhuǎn)換器件。它總是工作在反向偏置狀態(tài)。光電二極管常被用于測量光，比如在照相機(jī)的測光器、路燈亮度自動調(diào)節(jié)、紅外電視遙控器等等。元件——半導(dǎo)體二極管3．二極管的特性——單向?qū)щ娦远O管具有單向?qū)щ姷奶匦?。利用multisim8，可以仿真二極管的這個(gè)特性。圖1.3二極管的單向?qū)щ娦苑抡嬖雽?dǎo)體二極管3．二極管的特性——單向?qū)щ娦酝ǔ？捎每捎萌f用表來檢測萬用表的好壞。當(dāng)使用指針式萬用表測量二極管時(shí)，萬用表的紅表筆接二極管的陰極，黑表筆接二極管的陽極，測量的是二極管的正向電阻。將紅、黑表筆對調(diào)測得的是反向電阻。對于鍺小功率二極管，其正向電阻一般為100-1000歐姆之間，而硅二極管的正向電阻一般為幾百到幾千歐姆之間。它們的反向電阻都在幾百千歐姆以上。當(dāng)使用數(shù)字式萬用表時(shí)，萬用表的紅表筆接二極管的陽極，黑表筆接二極管的陰極，測得的是二極管的正向電阻。將紅、黑表筆對調(diào)測得的是反向電阻。元件——半導(dǎo)體二極管3．二極管的特性——單向?qū)щ娦栽诮涣麟娐分校O管的單向?qū)щ娦苑抡?。圖1.4交流電路中的二極管單向?qū)щ娦苑抡嬖雽?dǎo)體二極管3．二極管的特性——單向?qū)щ娦栽诮涣麟娐分?，二極管的單向?qū)щ娦苑抡?。圖1.5交流電路中的二極管單向?qū)щ娦苑抡娼Y(jié)果元件——半導(dǎo)體二極管3．二極管的特性——單向?qū)щ娦栽趧偛诺姆抡鎴D中，思考兩個(gè)曲線的過0點(diǎn)位置為何不重合？圖1.6二極管的正向壓降VF元件——半導(dǎo)體二極管3．二極管的特性——單向?qū)щ娦远O管正向偏置是有一定條件的——正極的電壓要高于負(fù)極，或者說需要一個(gè)正向電壓（VF,ForwardVoltage），這樣電流才能“闖過”二極管，二極管才能導(dǎo)通。VF跟二極管的種類有關(guān)。表1-1列出了硅管和鍺管的正向電壓VF。表1-1二極管導(dǎo)通所需要的正向?qū)妷篤F元件——半導(dǎo)體二極管4．二極管的伏安特性測量二極管上的電壓VF（正向偏置）/VR（反向偏置）和流經(jīng)二極管的電流IF/IR繪制到一張圖上，就是二極管的伏安特性曲線。測量仿真電路如圖1.7所示。圖1.7二極管的伏安特性曲線測量仿真電路元件——半導(dǎo)體二極管4．二極管的伏安特性將仿真測試的結(jié)果繪制成曲線——二極管的伏安特性曲線。圖1.7二極管的伏安特性曲線元件——半導(dǎo)體二極管4．二極管的伏安特性從二極管的伏安特性曲線上，我們可以認(rèn)識到：1)二極管正向偏置時(shí)（陰影區(qū)），正向電流IF非常?。◣缀醯扔?）直到正向電壓VF高于0.6V（硅管）或者0.2V（鍺管）之后，正向電壓VF的很小變化都會造成正向電流IF的急劇改變。2)二極管反向偏置時(shí)，反向電流IR極小而可忽略不計(jì)（注意圖中橫、縱坐標(biāo)軸在正向偏置和反向偏置區(qū)的單位是不同的）。即使反向電壓VR繼續(xù)增大，反向電流IR也變化不會很大，直到反向電壓VF增大到把二極管擊穿之后，二極管遭到毀滅性的打擊，反向電流IR才會增大。這個(gè)反向的擊穿電壓一般為1000V（硅管）或100V（鍺管）。元件——半導(dǎo)體二極管5．二極管的應(yīng)用——AM信號解調(diào)我們聽到的長波AM廣播，是將聲音信號(20~20Khz)調(diào)制到AM載波(30K~300Khz)上面，再功率放大通過天線發(fā)射出來。圖1.8AM調(diào)制以及AM發(fā)射過程示意圖元件——半導(dǎo)體二極管5．二極管的應(yīng)用——AM信號解調(diào)圖1.9AM收音機(jī)工作原始模型L1和C1組成了LC并聯(lián)電路。其諧振頻率。當(dāng)天線上面接收到的輸入信號遠(yuǎn)離f0時(shí)，LC并聯(lián)電路的阻抗相對較小，信號經(jīng)過LC并聯(lián)電路入地；當(dāng)天線上面收到的輸入信號接近f0時(shí)，LC并聯(lián)電路的阻抗最大，此時(shí)LC并聯(lián)電路相當(dāng)于開路，輸入信號輸出到AM解調(diào)電路。元件——半導(dǎo)體二極管5．二極管的應(yīng)用——AM信號解調(diào)解調(diào)（又稱檢波）的作用是把低頻有用信號從載波上還原出來，是調(diào)制的反過程。圖1.10AM信號的解調(diào)元件——半導(dǎo)體二極管5．二極管的應(yīng)用——AM信號解調(diào)圖1.11AM信號解調(diào)原理圖A點(diǎn)信號電平上升過程中，剛超過二極管D1導(dǎo)通電壓VF，二極管導(dǎo)通，A點(diǎn)給電容C2充電，很快B/C點(diǎn)電位和A點(diǎn)接近，電容也充滿。當(dāng)A點(diǎn)電位下降，D1截止，C2上面有電荷（電容上面的電壓不會突變），B點(diǎn)/C點(diǎn)電平會逐漸下降。直到A點(diǎn)電位再次升高，循環(huán)重復(fù)。元件——半導(dǎo)體二極管5．二極管的應(yīng)用——AM信號解調(diào)在multisim8中仿真剛才的AM信號解調(diào)的過程，如圖1.12所示。圖1.12AM信號解調(diào)過程的仿真元件——半導(dǎo)體二極管6．二極管的應(yīng)用——整流我們常用的直流電源，需要先將交流220V經(jīng)過變壓器降壓為交流低壓，再經(jīng)過二極管整流變?yōu)閱蜗蛎}動電壓，最后通過電容濾波和直流穩(wěn)壓之后變?yōu)?5V。過程如圖1.13所示。圖1.13AC-DC電源示意圖可以看出，整流電路，就是將交流信號轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗蛎}動電壓信號的電路。元件——半導(dǎo)體二極管6．二極管的應(yīng)用——整流整流電路分為半波整流、橋式全波整流和整流全橋三種。1）半波整流圖1.14半波整流示意圖半波整流浪費(fèi)了交流信號的負(fù)半周。元件——半導(dǎo)體二極管6．二極管的應(yīng)用——整流2）橋式全波整流圖1.15橋式全波整流示意圖元件——半導(dǎo)體二極管6．二極管的應(yīng)用——整流2）橋式全波整流圖1.16-a橋式全波整流正半周正半周時(shí)，電流方向：A->D2->R1->D4->B元件——半導(dǎo)體二極管6．二極管的應(yīng)用——整流2）橋式全波整流圖1.16-b橋式全波整流負(fù)半周負(fù)半周時(shí)，電流方向：B->D3->R1->D1->A不論正半周還是負(fù)半周，流經(jīng)負(fù)載R1的電流方向是不變的。元件——半導(dǎo)體二極管6．二極管的應(yīng)用——整流3）整流全橋?qū)蚴饺ㄕ鞯?個(gè)二極管集成起來，做成一個(gè)器件，就是整流全橋。如圖1.17的樣子。圖1.17整流全橋和電路符號元件——半導(dǎo)體二極管6．二極管的應(yīng)用——整流經(jīng)過整流之后的單向脈動電壓信號，波動較大，一般是不能直接使用的，還需要濾波電路濾除脈動信號。可以利用大容量的電解電容來進(jìn)行電源濾波。圖1.18儲能電容濾波元件——半導(dǎo)體二極管6．二極管的應(yīng)用——整流整流全橋電路的仿真圖1.19整流全橋電路的仿真元件——半導(dǎo)體二極管7．二極管的應(yīng)用——鉗位電路鉗位電路(1)功能：將輸入信號的電壓波形予以上移或下移，并不改變輸入信號的波形。(2)基本元件：二極管D、電容器C及電阻器R（直流電源VR）。(3)類別：負(fù)鉗位電路與正鉗位電路。(4)注意事項(xiàng):

假設(shè)D為理想二極管，RC的時(shí)間常數(shù)也足夠大，不致使輸出波形失真。元件——半導(dǎo)體二極管7．二極管的應(yīng)用——鉗位電路鉗位電路原理，以負(fù)鉗位電路為例Vi正半周時(shí),D導(dǎo)通,給電容C充電至V值,Vo=0V。Vi負(fù)半周時(shí)，D截止，電容C上面的電壓不會突變，并且RC常數(shù)夠大，保證電容放電緩慢，Vo=-V-V=-2V。

元件——半導(dǎo)體二極管7．二極管的應(yīng)用——鉗位電路鉗位電路的仿真。元件——半導(dǎo)體二極管