二極管及其應(yīng)用

1、+第一章二極管及其應(yīng)用教學(xué)重點1.1.了解二極管的伏安特性和主要參數(shù)。2.2.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。3.3.能用萬用表檢測二極管。4.4.掌握單相半波、橋式全波整流電路的組成、性能特點和電路估算。5.5.了解電容濾波電路的工作原理和估算。教學(xué)難點1 1 .PN.PN 結(jié)的單向?qū)щ娞匦浴? 2. .整流電路和濾波電路的工作原理。學(xué)時分配序號內(nèi)容學(xué)時1 11.11.1 晶體二極管2 22 21.21.2 晶體二極管整流電路及濾波電路4 43 3技能實訓(xùn)一一單相整流、濾波電路的測試4 44 4本章總學(xué)時10101.1,11.1,1 半

2、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)稱為半導(dǎo)體,影響。j j 熱敏特性一一溫度升高，導(dǎo)電能力明顯增強。光敏特性一一光照越強，導(dǎo)電性能越好。I I 摻雜特性一一摻入雜質(zhì)后會改善導(dǎo)電性。1.1.21.1.2二極管結(jié)構(gòu)與電路圖形符號通過實物認識各類二極管動畫：PNPN 結(jié)的形成VD正極十1.1.31.1.3二極管的單向?qū)щ娞匦宰鲆蛔觯憾O管的單向?qū)щ娞匦? 1 . .二極管的單向?qū)щ娞匦?1)(1)加正向電壓二極管導(dǎo)通(2)(2)加反向電壓二極管截止2 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。演示實驗：利用晶體管特性圖示儀測出二極管伏安特性曲線

3、1.11.1 二極管如硅、錯等，其導(dǎo)電能力受多種因素負極5正極十反向漏電流很小A()0I反向擊穿電壓U(BR)(1)(1)正向特性正向電壓較小， 這個區(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,0.5V,錯二極管約為 0.2V0.2V。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。 此時， 兩端電壓降基本保持不變， 硅二極管約為 0.7V,0.7V,錯二極管約為 0.3V0.3V。(2)(2)反向特性二極管加反向電壓，此時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，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

4、擊穿電壓，用 U(BR)表示。實際應(yīng)用時，普通二極管應(yīng)避免工作在擊穿范圍,向?qū)щ娦浴?.1.41.1.4 二極管的使用常識1 1 . .二極管的型號國產(chǎn)二極管的型號命名規(guī)定由五部分組成(部分二極管無第五部分)，國外產(chǎn)品依各國標準而確定。2 2. .二極管的主要參數(shù)(1)(1)最大整流電流1 1FM(2)(2)反向飽和電流IR(3)(3)最高反向工作電壓URM(4)(4)最WjWj 工作頻率 f 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，可以構(gòu)成限幅(削波)電路來限制輸出電壓的幅度。圖(a)a)所示為一單向限幅電路。死區(qū)電壓:硅管0.5V錯管0.2。否則會因電流過大而損壞管子

5、失去單I/mA導(dǎo)通壓降：硅管0.60.7V楮管0.20.3V設(shè)輸入電壓 U Ui=10sincot(V),U=10sincot(V),Us=5V,=5V,為簡化分析，常將二極管理想化，即二極管導(dǎo)通時，兩端電壓降很小，可視為短路，相當(dāng)于開關(guān)閉合，；二極管反向截止時，反向電流很小,相當(dāng)于開關(guān)斷開，如圖所示。這樣，單向限幅電路輸出電壓 U Uo被限制在+5V5V10V10V 之間，其波形如圖(b)b)所示。將電路稍作改動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。3.3.二極管的檢測4 4S相當(dāng)于開關(guān)閉合一相當(dāng)于開關(guān)斷開. .2 2U U2根據(jù)最大整流電流和最高反向工

6、作電壓的計算值，查閱有關(guān)半導(dǎo)體器件手冊，選用合適的二極管型號使其額定值大于計算值。例：有一直流負載，電阻為 1.5k1.5k 要求工作電流為 10mA,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：因為UL=RLIL=1.5X103M0M0 03V=15VV=15VU,15由UL=0.45U2,變壓器二次電壓的有效值為U2=-=-=V-33VV-33V0.450.45半波整流電路二極管承受的最大反向電壓為URM=J26=1.41X33J26=1.41X33V V 超 7V7V根據(jù)求得的參數(shù)，查閱整流二極管參數(shù)手冊，可選擇lFM=100mA=100mA,U

7、RM=50V的 2CZ82B2CZ82B1.2.21.2.2 橋式整流電路做一做：橋式整流電路1 1 . .橋式整流電路的工作過程(1)(1)當(dāng)輸入電壓 u u2為正半周時，VDVD1、VDVD3導(dǎo)通，VDVD2、VDVD4截止，電 I IL如圖(a)(a)中虛線箭頭所示。此電流流經(jīng)負載RL時，在RL上形成了上正下負的輸出電壓。(2)(2)當(dāng) U U2為負半周時，VDVD2、VDVD4導(dǎo)通，VDI、VDVD3截止，電流IL如圖(b)b)中虛線箭頭所示。該電流流經(jīng)RL的方向和正半周時電流流向一致，同樣在RL上形成了上正下負的輸出電壓。由此可見，無論 U U2處于正半周還是負半周，都有電流分別流過

8、兩個二極管，并以相同方向流過負載RL,是單方向的全波脈動波形。2 2. .負載上的直流電壓與直流電流的估算型整流二極管，或選用符合條件的其他型號二極管，如1N40011N4001、1N40021N4002 等。2)2)糧化喇法糧化喇法但但) )與為正半周時與為正半周時(b)叱為負平周時叱為負平周時(1)(1)負載上的直流電壓UL3 3. .整流二極管的選擇求電源變壓器的二次電壓，并選擇整流二極管的型號。通過二極管的平均電流IF=1IL=1X0.4A=0.2A=200mAX0.4A=0.2A=200mA22二極管承受的反向電壓URM= =2U U2=9.4V=9.4V根據(jù)以上求得的參數(shù)，查閱整流

9、二極管參數(shù)手冊，可選擇2CZ56A2CZ56A 型整流二極管，或者選用符號條件的其他型號二極管，如電路評價:半波整流電路結(jié)構(gòu)簡單，使用元件少，電流利用率很低，輸出電壓脈動大。橋式整流電路變壓器利用率高，平均直流電壓高，脈動小，二極管承受反向電壓低。4 4.2.3.2.3 濾波電路整流電路輸出脈動的直流電，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，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。5 5 . .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

10、波電路電容濾波電路輸出直流電壓的估算:UL=0.9U U2(2)(2)負載上的直流電流ILULULIL=匕=0.9=0.9LRLRL例：有一直流負載需直流電壓6V,6V,直流電流 0.4A0.4A, ,如果采用單相橋式整流電路，試解：由UL=0.9U2,可得變壓器二次電壓的有效值為,UL6U2=V=V2 27V7V0.90.9IFM=300mA=300mA, ,URM=10V的1N40011N4001 等。半波整流電容濾波 5 川2橋式整流電容濾波UL=1.02空載時(負載RL開路)UL=1.U2例：一個橋式整流電容濾波電路，電源由 220V220V、50HZ的交流電壓經(jīng)變壓器降壓供電,負載電

11、阻RL為 40Q,40Q,輸出直流電壓為 20V,20V,當(dāng)開關(guān)閉合時，試求變壓器二次電壓，并估計濾波電容的耐壓值和電容量。解：(1)(1)變壓器二次電壓6=6=叢=匆 V=17VV=17V1.21.2(2)(2)當(dāng)負載空載時，電容器承受最大電壓，所以電容器的耐壓值為UCMV2V2U2= =石 M7M7V=24VV=24V電容器的電容量應(yīng)滿足RLC(3(35)5)T/2,/2,取RLC=2T,T=1/f,=1/f,因此-2T2C= =1000=1000F FRL40M50可選用 10001000 四/50V/50V 的電解電容 1 1 只。濾波電容的電容量可根據(jù)負載電流的大小參考下表進行選擇。

12、濾波電容的選擇輸出電流IL2A2A1A1A0.50.51A1A0.10.10.5A0.5A100mA100mA 以下50mA50mA 以下電容量C47004700 四2200y2200y10001000F470y470y200200500500 四200200 四注：此為橋式整流電容濾波UL=1236V36V 時的電壓參考值。2.2.電感濾波電路利用電感“通直流、阻交流”的作用達到濾波的目的。電感濾波電路如圖所示，隨著電感 L L 的增加，即XL=24L L 增加，阻止交流電通過的作用越強，濾波作用也越強，輸出電壓UL中的交流成分就越小。技能實訓(xùn) I I：單相整流、濾波電路的測試作業(yè)任務(wù)書、任

13、務(wù)目標1 1 . .會根據(jù)所示測試原理圖繪制電路安裝連接圖。2 2. .會在通用印制電路板上搭接單相橋式整流電路。3 3. .能說明電路中各元器件作用，并能檢測元器件。4 4 . .用示波器觀察單相橋式整流電路的輸入、輸出波形。測定其輸入、輸出電壓間的量值關(guān)系。5 5. .用示波器觀測電容濾波的工作效果，測定其輸出電壓的量值關(guān)系。6 6. .提高電子產(chǎn)品裝接能力。、實施步驟1 1 . .裝調(diào)流程繪制安裝布線圖一清點元器件一元器件檢測一插裝和焊接一通電前檢查一通電測量一數(shù)據(jù)紀錄。2 2. .裝調(diào)步驟(1)(1)先安裝單相橋式整流電路，整流元件采用整流橋堆。(2)(2)在橋式整流電路工作正常情況下

14、，接入濾波電容。注意：電源變壓器一次繞組的兩個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、測試記錄檢查元器件安裝正確無誤后，才可以接通電源。測量時，先連線后接電源(或打開電源開關(guān))，拆線、改線或檢修時一定要先斷開電源；另外電源線不能接錯，否則將可能損壞元器件。1 1 . .整流電路測量(斷開開關(guān) S Si、S S2)(1)(1)用數(shù)字萬用表交流電壓擋測量圖的A、B B 端電壓 U U2,用直流電壓擋測量直流輸出電壓 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 2. .整流、濾波電路的測量(1)(1)將開關(guān) S S1閉合，S S2斷開，接濾波電容C1,用數(shù)字表測量輸出電壓，并用示波器觀察其波形，并繪制在表中。(2)(2)將開關(guān) S S1斷開，S S2閉合，接濾波電容C2,用數(shù)字表測量輸出電壓，并用示波器觀察其波形，并繪制在表中。測試項目變壓器二次電壓U2