第一章 二極管及其應(yīng)用

1、電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能配套多媒體CAI課件 電子教案第一章 二極管及其應(yīng)用教學(xué)重點(diǎn)1了解二極管的伏安特性和主要參數(shù)。2了解硅穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管、光電二極管等各種二極管的外形特征、功能和應(yīng)用。3能用萬用表檢測(cè)二極管。4掌握單相半波、橋式全波整流電路的組成、性能特點(diǎn)和電路估算。5了解電容濾波電路的工作原理和估算。教學(xué)難點(diǎn)1PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦浴?整流電路和濾波電路的工作原理。學(xué)時(shí)分配序號(hào)內(nèi) 容學(xué) 時(shí)11.1晶體二極管221.2晶體二極管整流電路及濾波電路43技能實(shí)訓(xùn)單相整流、濾波電路的測(cè)試44本章總學(xué)時(shí)101.1 二極管1.1.1 半導(dǎo)體的奇妙特性 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱

2、為半導(dǎo)體，如硅、鍺等，其導(dǎo)電能力受多種因素影響。 熱敏特性溫度升高，導(dǎo)電能力明顯增強(qiáng)。 光敏特性光照越強(qiáng)，導(dǎo)電性能越好。摻雜特性摻入雜質(zhì)后會(huì)改善導(dǎo)電性。1.1.2 二極管結(jié)構(gòu)與電路圖形符號(hào)通過實(shí)物認(rèn)識(shí)各類二極管動(dòng)畫：PN結(jié)的形成正極負(fù)極管殼P N PN結(jié)VD正極負(fù)極1.1.3 二極管的單向?qū)щ娞匦宰鲆蛔觯憾O管的單向?qū)щ娞匦?二極管的單向?qū)щ娞匦裕?）加正向電壓二極管導(dǎo)通（2）加反向電壓二極管截止2二極管特性曲線二極管兩端的電壓、電流變化的關(guān)系曲線，即二極管的伏安特性曲線。演示實(shí)驗(yàn)：利用晶體管特性圖示儀測(cè)出二極管伏安特性曲線UD/VI/mA死區(qū)電壓: 硅管0.5V鍺管0.2。導(dǎo)通壓降: 硅管0

3、.60.7V鍺管0.20.3V反向擊穿電壓U(BR)反向漏電流很?。╩A級(jí)）0（1）正向特性正向電壓較小，這個(gè)區(qū)域常稱為正向特性的“死區(qū)”。一般硅二極管的“死區(qū)”電壓約為0.5V，鍺二極管約為0.2V。正向電壓超過“死區(qū)”電壓后，電流隨電壓按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。此時(shí)，兩端電壓降基本保持不變，硅二極管約為0.7V，鍺二極管約為0.3V。（2）反向特性二極管加反向電壓，此時(shí)流過二極管的反向電流稱為漏電流。當(dāng)加到二極管兩端的反向電壓超過某一規(guī)定數(shù)值時(shí)，反向電流突然急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿現(xiàn)象，該反向電壓稱為反向擊穿電壓，用U（BR）表示。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，普通二極管應(yīng)避免工作在擊穿范圍，否則會(huì)因電流過大而

4、損壞管子失去單向?qū)щ娦浴?.1.4二極管的使用常識(shí)1二極管的型號(hào)國(guó)產(chǎn)二極管的型號(hào)命名規(guī)定由五部分組成（部分二極管無第五部分），國(guó)外產(chǎn)品依各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)而確定。2二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流IFM（2）反向飽和電流IR（3）最高反向工作電壓URM（4）最高工作頻率fM例：利用二極管的單向?qū)щ娦院蛯?dǎo)通后兩端電壓基本不變的特點(diǎn)，可以構(gòu)成限幅（削波）電路來限制輸出電壓的幅度。圖（a）所示為一單向限幅電路。uiUSRVD5Vuo（a） 單向限幅電路（b） 波形ui/V23t01010uo/V23t010105設(shè)輸入電壓ui=10sint（V），Us=5V，為簡(jiǎn)化分析，常將二極管理想化，即二極管導(dǎo)通時(shí)，兩

5、端電壓降很小，可視為短路，相當(dāng)于開關(guān)閉合，；二極管反向截止時(shí)，反向電流很小，相當(dāng)于開關(guān)斷開，如圖所示。SS 相當(dāng)于開關(guān)閉合 相當(dāng)于開關(guān)斷開 這樣，單向限幅電路輸出電壓uo被限制在5V10V之間，其波形如圖（b）所示。將電路稍作改動(dòng)便可做成雙向限幅電路。利用二極管的這一特性，通?？蓪⑵溆糜陔娐返倪^電壓保護(hù)。3二極管的檢測(cè)動(dòng)畫：用萬用表判斷二極管極性動(dòng)畫：用萬用表檢測(cè)普通二極管的好壞二極管正、反向電阻值檢測(cè)分析檢測(cè)結(jié)果二極管狀態(tài)性能判斷正向電阻反向電阻幾百歐幾千歐幾十千歐幾百千歐以上二極管單向?qū)щ娬Ｚ呌跓o窮大趨于無窮大二極管正、負(fù)極之間已經(jīng)斷開開路趨于零趨于零二極管正、負(fù)極之間已經(jīng)通路短路二極管

6、正向電阻增大反向電阻減小單向?qū)щ娦宰儾钚阅茏儾钭鲆蛔觯浩胀ǘO管的識(shí)別與檢測(cè)1.1.5 其他類型二極管1穩(wěn)壓二極管（1）穩(wěn)壓二極管的外形和圖形符號(hào)（b）圖形符號(hào)VZ（a）穩(wěn)壓管外形（2）穩(wěn)壓二極管的伏安特性u(píng)ZiZ穩(wěn)壓區(qū) 反向電壓 反向電流 UZ0從圖中可以看出，如果把擊穿電流限制在一定的范圍內(nèi)，管子就可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作在反向擊穿電壓UZ，即穩(wěn)壓值。所以穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作于反向擊穿狀態(tài)。穩(wěn)壓二極管的類型很多，主要有2CW、2DW系列，如2CW15其穩(wěn)定電壓為7.08.5V。從晶體管手冊(cè)可以查到常用穩(wěn)壓二極管的技術(shù)參數(shù)和使用資料。（3）穩(wěn)壓管二極管的檢測(cè)檢測(cè)方法與普通二極管相同，但穩(wěn)壓二極管的

7、正向電阻比普通二極管的正向電阻要大一些。2發(fā)光二極管（LED） （1）發(fā)光二極管的電路圖形符號(hào)發(fā)光二極管與普通二極管一樣也是由PN結(jié)構(gòu)成，同樣具有單向?qū)щ娦?。其電路圖形符號(hào)和文字符號(hào)如圖所示。發(fā)光二極管實(shí)物 圖形符號(hào)VL發(fā)光二極管被廣泛運(yùn)用于電路的狀態(tài)顯示、信息顯示、裝飾工程、照明等領(lǐng)域。（2）發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)工作在正偏置狀態(tài)發(fā)光二極管兩端有一個(gè)“管壓降”，根據(jù)制造材料的不同而不同。例：電路如圖所示，已知某發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓UL=1.6V，正向電流為520mA時(shí)才能發(fā)光。試問：（1）開關(guān)處于何種位置時(shí)發(fā)光二極管可能發(fā)光？（2）為使發(fā)光二極管發(fā)光，電路中R的取值范圍為多少？解：（1）當(dāng)開關(guān)斷開

8、時(shí)發(fā)光二極管才有可能發(fā)光。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)發(fā)光二極管的端電壓為零，因而不可能發(fā)光。（2）因?yàn)镮Lmin=5mA，ILmax=20mA，所以Rmax= k=0.88kRmin= k=0.22 kUS（6V）RSVLR的取值范圍為2208803光電二極管（1）光電二極管的圖形符號(hào)廣泛應(yīng)用于制造各種光敏傳感器、光電控制器的光電二極管其外形、圖形符號(hào)及文字符號(hào)如圖所示。光電二極管實(shí)物圖形符號(hào) VL（2）光電二極管在反向電壓作用下，如果沒有光照時(shí)，反向電流極其微弱，稱為暗電流；有光照時(shí)，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為亮電流。光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。4變?nèi)荻O管（1）變?nèi)荻O管的電路圖形符號(hào)已被廣泛用

9、于彩色電視機(jī)的電子調(diào)諧器、直接調(diào)頻、自動(dòng)頻率控制及倍頻器等微波電路中的變?nèi)荻O管電路圖形符號(hào)及文字標(biāo)識(shí)如圖所示。電路圖形符號(hào)變?nèi)荻O管實(shí)物圖VD2）變?nèi)荻O管工作于反向偏置狀態(tài) 當(dāng)給變?nèi)荻O管施加反向電壓時(shí)，其兩個(gè)電極之間的PN結(jié)電容大小隨加到變?nèi)荻O管兩端反向電壓大小的改變而變化，其特性相當(dāng)于一個(gè)可以通過電壓控制的自動(dòng)微調(diào)電容器。做一做：發(fā)光二極管電平指示電路1.2二極管整流及濾波電路整流電路是直流電源的核心部分，它的作用是利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⑤斎氲慕涣麟妷恨D(zhuǎn)換為脈動(dòng)的直流電壓。濾波器是將整流后的脈動(dòng)直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷?。常用的整流電路有半波整流電路和橋式整流電路?.2.1半

10、波整流電路做一做：?jiǎn)蜗虬氩ㄕ麟娐钒氩ㄕ麟娐稸DRL u2u1UL+_TabiL1半波整流工作過程（1）當(dāng)輸入電壓u2為正半周時(shí)，二極管VD受正向偏置而導(dǎo)通，電流iL由 a端VDRLb端，自上而下流過RL，在RL上得到一個(gè)極性為上正下負(fù)的電壓UL。若不計(jì)二極管的正向壓降，此期間負(fù)載上的電壓UL= u2。（2）當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，二極管VD因反向偏置而截止，此期間無電流通過RL，負(fù)載上的電壓uL= 0。由此可見，在交流電一個(gè)周期內(nèi)，二極管有半個(gè)周期導(dǎo)通，另半個(gè)周期截止，在負(fù)載電阻RL上的脈動(dòng)直流電壓波形是輸入交流電壓的一半，故稱為單相半波整流。輸出電壓的極性取決于二極管在電路中的連接方式，如將圖

11、中二極管反接時(shí)，輸出電壓的極性也將隨之變反。2負(fù)載上的直流電壓與直流電流的估算（1）負(fù)載上的直流電壓ULUL=0.45 U2 式中，U2為變壓器二次電壓有效值。（2）負(fù)載上的直流電流ILIL=0.45 3整流二極管的選擇選用二極管時(shí)要求其IFID=IL URMU2 根據(jù)最大整流電流和最高反向工作電壓的計(jì)算值，查閱有關(guān)半導(dǎo)體器件手冊(cè)，選用合適的二極管型號(hào)使其額定值大于計(jì)算值。例：有一直流負(fù)載，電阻為1.5k，要求工作電流為10mA，如果采用半波整流電路，試求電源變壓器的二次電壓，并選擇適當(dāng)?shù)恼鞫O管。解： 因?yàn)閁L=RLIL=1.5×103×10×103V=15V

12、由 UL=0.45U2 ，變壓器二次電壓的有效值為U2=V33V二極管承受的最大反向電壓為URM=U2=1.41×33 V47V根據(jù)求得的參數(shù)，查閱整流二極管參數(shù)手冊(cè)，可選擇IFM=100mA，URM=50V的2CZ82B型整流二極管，或選用符合條件的其他型號(hào)二極管，如1N4001、1N4002等。1.2.2橋式整流電路做一做：橋式整流電路1橋式整流電路的工作過程（1）當(dāng)輸入電壓u2為正半周時(shí)，VD1、VD3導(dǎo)通，VD2、VD4截止，電IL如圖（a）中虛線箭頭所示。此電流流經(jīng)負(fù)載RL時(shí)，在RL上形成了上正下負(fù)的輸出電壓。（2）當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，VD2、VD4導(dǎo)通，VD1、VD3截止，

13、電流IL如圖（b）中虛線箭頭所示。該電流流經(jīng)RL的方向和正半周時(shí)電流流向一致，同樣在RL上形成了上正下負(fù)的輸出電壓。由此可見，無論u2處于正半周還是負(fù)半周，都有電流分別流過兩個(gè)二極管，并以相同方向流過負(fù)載RL，是單方向的全波脈動(dòng)波形。2負(fù)載上的直流電壓與直流電流的估算（1）負(fù)載上的直流電壓ULUL=0.9 U2 （2）負(fù)載上的直流電流ILIL=0.9 3整流二極管的選擇IFIL/2 URMU2 例：有一直流負(fù)載需直流電壓6V，直流電流0.4A，如果采用單相橋式整流電路，試求電源變壓器的二次電壓，并選擇整流二極管的型號(hào)。解： 由UL=0.9U2，可得變壓器二次電壓的有效值為U2=V6.7V通過二

14、極管的平均電流 IF=IL=×0.4A=0.2A=200mA二極管承受的反向電壓 URM =U2=9.4V根據(jù)以上求得的參數(shù)，查閱整流二極管參數(shù)手冊(cè)，可選擇IFM=300mA，URM=10V的2CZ56A型整流二極管，或者選用符號(hào)條件的其他型號(hào)二極管，如1N4001等。電路評(píng)價(jià)：半波整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用元件少，電流利用率很低，輸出電壓脈動(dòng)大。橋式整流電路變壓器利用率高，平均直流電壓高，脈動(dòng)小，二極管承受反向電壓低。1.2.3濾波電路整流電路輸出脈動(dòng)的直流電，其中含有很大的交流成分，為了使輸出電壓接近于理想的直流電壓，濾除它的交流成分，此過程稱為濾波，完成這一任務(wù)的電路稱為濾波電路，

15、也稱濾波器。濾波器通常由電容器、電感器和電阻器按一定的方式組合成多種形式的濾波電路。1電容濾波電路利用電容器的充、放電作用使輸出電壓趨于平滑。做一做：電容濾波電路電容濾波電路輸出直流電壓的估算：半波整流電容濾波 ULU2 橋式整流電容濾波 UL1.2U2 空載時(shí)（負(fù)載RL開路） UL1.4U2 例：一個(gè)橋式整流電容濾波電路，電源由220V、50HZ的交流電壓經(jīng)變壓器降壓供電，負(fù)載電阻RL為40，輸出直流電壓為20V，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，試求變壓器二次電壓，并估計(jì)濾波電容的耐壓值和電容量。解：（1）變壓器二次電壓U2= V =17 V（2）當(dāng)負(fù)載空載時(shí)，電容器承受最大電壓，所以電容器的耐壓值為UCMU

16、2=×17 V =24 V電容器的電容量應(yīng)滿足RLC（35）T/2，取RLC=2T，T=1/f，因此C=1000µF可選用1000µF/50V的電解電容1只。濾波電容的電容量可根據(jù)負(fù)載電流的大小參考下表進(jìn)行選擇。濾波電容的選擇輸出電流IL2A1A0.51A0.10.5A100mA以下50mA以下電容量C4700µF2200µF1000µF470µF200500µF200µF注：此為橋式整流電容濾波UL=1236V時(shí)的電壓參考值。2電感濾波電路利用電感“通直流、阻交流”的作用達(dá)到濾波的目的。電感濾波電路如圖

17、所示，隨著電感L的增加，即XL=2f L增加，阻止交流電通過的作用越強(qiáng)，濾波作用也越強(qiáng)，輸出電壓UL中的交流成分就越小。技能實(shí)訓(xùn)：?jiǎn)蜗嗾?、濾波電路的測(cè)試作 業(yè) 任 務(wù) 書一、任務(wù)目標(biāo)1會(huì)根據(jù)所示測(cè)試原理圖繪制電路安裝連接圖。2會(huì)在通用印制電路板上搭接單相橋式整流電路。3能說明電路中各元器件作用，并能檢測(cè)元器件。4用示波器觀察單相橋式整流電路的輸入、輸出波形。測(cè)定其輸入、輸出電壓間的量值關(guān)系。5用示波器觀測(cè)電容濾波的工作效果，測(cè)定其輸出電壓的量值關(guān)系。6提高電子產(chǎn)品裝接能力。u1VD橋堆ULS1ABR1kVLS2C2470µFC14.7µFTu2橋式整流電容濾波測(cè)試原理圖二

18、、實(shí)施步驟1裝調(diào)流程繪制安裝布線圖 清點(diǎn)元器件 元器件檢測(cè) 插裝和焊接 通電前檢查 通電測(cè)量 數(shù)據(jù)紀(jì)錄。2裝調(diào)步驟（1）先安裝單相橋式整流電路，整流元件采用整流橋堆。（2）在橋式整流電路工作正常情況下，接入濾波電容。注意：電源變壓器一次繞組的兩個(gè)接線端與電源插頭線的連接處應(yīng)用套管套上后再用絕緣膠布包住，以防止短路或觸電。三、測(cè)試記錄檢查元器件安裝正確無誤后，才可以接通電源。測(cè)量時(shí)，先連線后接電源（或打開電源開關(guān)），拆線、改線或檢修時(shí)一定要先斷開電源；另外電源線不能接錯(cuò)，否則將可能損壞元器件。1整流電路測(cè)量（斷開開關(guān)S1、S2）（1）用數(shù)字萬用表交流電壓擋測(cè)量圖的A、B端電壓u2，用直流電壓擋測(cè)量直流輸出電壓UL，記錄在表中。（2）用示波器觀察u2和UL的波形，并繪制在表中。2整流、濾波電路的測(cè)量（1）將開關(guān)S1閉合，S2斷開，接濾波電容C1，用數(shù)字表測(cè)量輸出電壓，并用示波