通信工程毕业设计论文-光电保护控制的设计与实现

通信工程毕业设计论文-光电保护控制的设计与实现内容摘要：

关的反向饱和电流 I0。 当外加的反向电压高到一定程度时， pn结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流 子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流 ， 称为二极管的击穿现象。 图 常见二极管图示 、 二极管的特性 几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。 二极管的管压降：硅二极管（不发光类型）正向管压降 ，发光二极管正向管压降为。 、 二极管的应用 整流二极管 利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。 开关元件 二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 9 页 的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。 利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。 限幅元件 二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为 ，锗管为 ）。 利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。 继流二极管 在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。 检波二极管 在收音机中起检波作用。 变容二极管 使用于电视机的高频头中。 显示元件 用于电视机显示器上。 、 二极管的导电特性 二极管最重要的特性就是单方向导电性。 在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。 下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。 1. 正向特性。 在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。 必须说明，当加在二极管两端的正 向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。 只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为 “ 门槛电压 ” ，锗管约为 ，硅管约为 ）以后，二极管才能直正导通。 导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为 ，硅管约为 ），称为二极管的 “ 正向压降 ”。 2. 反向特性。 在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。 二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 10 页 极管，称为漏电流。 当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。 、 二极管的主要参数 用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。 不同类型的二极管有不同的特性参数。 对初学者而言，必须了解以下几个主要参数： 最大整流电流 是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值，其值与 PN结面积及外部散热条件等有关。 因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为 140 左右，锗管为 90 左右）时，就会使管芯过热而损 坏。 所以在规定散热条件下，二极管使用中不要超过二极管最大整流电流值。 例如，常用的 IN4001－ 4007 型锗二极管的额定正向工作电流为 1A。 最高反向工作电压 加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。 为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。 例如， IN4001二极管反向耐压为 50V， IN4007 反向耐压为 1000V。 反向电流 反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。 反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。 值得注意的是反向电流与 温度有着密切的关系，大约温度每升高 10℃ ，反向电流增大一倍。 例如 2AP1 型锗二极管，在 25℃ 时反向电流若为 250uA，温度升高到 35℃ ，反向电流将上升到 500uA，依此类推，在 75℃ 时，它的反向电流已达 8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。 又如，2CP10 型硅二极管， 25℃ 时反向电流仅为 5uA，温度升高到 75℃ 时，反向电流也不过 160uA。 故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。 最高工作频率 二极管工作的上限频率。 超过此值是，由于结电容的作用，二极管将不能很好地体现单向导电性。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 11 页 、 二极管的识别 小功率二极管的 N 极（负极），在二极管外表大多采用一种色圈标出来，有些二极管也用二极管专用符号来表示 P 极（正极）或 N 极（负极） ,也有采用符号标志为 “P”、 “N”来确定二极管极性的。 发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负。 用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极，此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值，这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。 图 二极管常见识别图示 半导体是一种具有特殊性质的物质，它不像导体一样能够完全导电，又不 像绝缘体那样不能导电，它介于两者之间，所以称为半导体。 半导体最重要的两种元素是硅和锗。 我们常听说的美国硅谷，就是因为起先那里有好多家半导体厂商。 二极管应该算是半导体器件家族中的元老了。 很久以前，人们热衷于装配一种矿石收音机来收听无线电广播，这种矿石后来就被做成了晶体二极管。 、 本次设计用到的几种二极管 1．稳压二极管： 又叫 齐纳二极管 ， 此二极管是一种直到临界反向击穿 电压 前都具有很高 电阻 的半导体器件。 在这临界击穿点上 ， 反向电阻降低到一个很小的数值 ， 在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定 ， 稳压二极管是根据击穿电压来分档的 ， 因为这种特性 ， 稳压管 主要被作为 稳压器 或电压基准 元件 使用 ， 稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用 ， 通过串联就可获得更多的稳定电压。 2. 发光二极管 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 12 页 它是 半导体二极管 的一种，可以把电能转化成 光能 ；常简写为 LED。 发光 二极管 与普通二极管一样是由一个 PN 结组成，也具有 单向导电性。 当给发光二极管加上 正向电压 后，从 P 区注入到 N 区的 空穴 和由 N 区注入到 P区的电子，在 PN 结附近数微米内分别与 N 区的电子和 P 区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。 不同的 半导体材料 中电子和空穴所处的能量 状态 不同。 当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的 波长 越短。 常用的是发红光、绿光或 黄光 的二极管。 、 三极管原理及特性 半导体三极管也称双极型晶体管 ， 晶体三极管 ， 简称三极管 ， 是一种电流控制电流的半导体器件。 作用 ： 把微弱信号放大成辐值较大的电信号 ， 也用作无触点开关。 图 常见三极管 、 三极管 工作原理 晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。 而每一种又有 NPN 和 PNP 两种结构形式，但使用最多的是硅 NPN 和 PNP 两种三极管，两者除了 电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍 NPN 硅管的电流放大原理。 对于 NPN 管，它是由 2 块 N 型半导体中间夹着一块 P 型半导体所组成，发射区与基区之间形成的 PN 结称为发射结 ,而集电区与基区形成的 PN结称为集电结 ,三条引线分别称为发射极 e、基极 b 和集电极 c。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 13 页 当 b 点电位高于 e 点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而 C 点电位高于 b 点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源 Ec 要高于基极电源 Ebo。 在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含 量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）极基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流 Ie。 由于基区很薄 ,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流 Ic，只剩下很少（ 110%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源 Eb 重新补给，从而形成了基极电流 Ibo. 三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用， 通过电阻转变为电压放大作用。 、 三极管的主要参数 a. 特征频率 fT:当 f= fT 时 ,三极管完全失去电流放大功能 .如果工作频率大于 fT,电路将不正常工作 . b. 工作电压 /电流 :用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围 . c. hFE:电流放大倍数 . d. VCEO:集电极发射极反向击穿电压 ,表示临界饱和时的饱和电压 . e. PCM:最大允许耗散功率 . f. 封装形式：指定该管的外观形状 ,如果其它参数都正确，封装不同将导致组件无法在电路板上实现 . 三极管的脚位判断，三极管的脚位有两种封装排列形式， 如 下 图： 图 三极管的脚位排列顺序图 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 14 页 、 三极管的三种工作状态 截止状态：当加在三极管发射结的电压小于 PN 结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。 放大状态：当加在三极管发射结的电压大于 PN 结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数 β＝ ΔIc/ΔIb，这时三极管处 放大状态。 饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于 PN 结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。 三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。 根据三极管工作时各个电极的电位高低，就能判别三极管的工作状态，因此，电子维修人员在维修过程中，经常要拿多用电表测量三极管各脚的电压，从而判别三极管的工作情况和工作状态。 使用多用电表检测三极管 三极管基极的判别：根据三极管的结构示意图，我们知道三极管的基极是三极管中两个 PN 结的公共极，因此，在判别三极管的基极时，只要找出两个 PN 结的公共极，即为三极管的基极。 具体方法是将多用电表调至电阻挡的 R1k 挡，先用红表笔放在三极管的一只脚上，用黑表笔去碰三极管的另两只脚，如果两次全通，则红表笔所放的脚就是三极管的基极。 如果一次没找到，则红表笔换到三极管的另一个脚，再测两次；如还没找到，则红表笔再换一下，再测两次。 如果还没找到，则改用黑表笔放在三极管的一个脚上，用红表笔去测两次看是否全通，若一次没成功再换。 这样最多没量 12 次，总可以找到基极。 、 三极管的基本放大电路 基本放大电路是放大电路中最基本的结构，是构成复杂放大电路的基南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 15 页 本单元。 它利用双极型半导体三极管输入电流控制输出电流的特性，或场效应半导体三极管输入电压控制输出电流的特性，实现信号的放大。 本章基本放大电路的知识是进一步学习电子技术的重要基础。 基本放大电路一般是指由一个三极管或场效应管组成的放大电路。 从电路的角度来看，可以将基本放大电路看成一个双端口网络。 放大的作用体现在如下方面： 1．放大电路主要利用三极管或场效应管的控制作用放大微 弱信号，输出信号在电。