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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)分配序號(hào)內(nèi)容學(xué)時(shí)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(shí)訓(xùn)一一單相整流、濾波電路的測試4 44 4本章總學(xué)時(shí)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(qiáng)。光敏特性一一光照越強(qiáng)，導(dǎo)電性能越好。I I 摻雜特性一一摻入雜質(zhì)后會(huì)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(hào)通過實(shí)物認(rèn)識(shí)各類二極管動(dòng)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(shí)驗(yàn)：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(cuò)等，其導(dǎo)電能力受多種因素負(fù)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(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,0.5V,錯(cuò)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(shí)， 兩端電壓降基本保持不變， 硅二極管約為 0.7V,0.7V,錯(cuò)二極管約為 0.3V0.3V。(2)(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

4、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,向?qū)щ娦浴?.1.41.1.4 二極管的使用常識(shí)1 1 . .二極管的型號(hào)國產(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)，國外產(chǎn)品依各國標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)，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(cuò)管0.2。否則會(huì)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(shí)，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(shí)，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(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)。3.3.二極管的檢測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(jì)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(hào)使其額定值大于計(jì)算值。例：有一直流負(fù)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?yàn)閁L=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(shí)，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(fù)載RL時(shí)，在RL上形成了上正下負(fù)的輸出電壓。(2)(2)當(dāng) U U2為負(fù)半周時(shí)，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(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 U U2處于正半周還是負(fù)半周，都有電流分別流過

8、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 2. .負(fù)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(hào)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(shí)與為正半周時(shí)(b)叱為負(fù)平周時(shí)叱為負(fù)平周時(shí)(1)(1)負(fù)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(hào)。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(hào)條件的其他型號(hào)二極管，如電路評價(jià):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(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。4 4.2.3.2.3 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，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(fù)載上的直流電流ILULULIL=匕=0.9=0.9LRLRL例：有一直流負(fù)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(shí)(負(fù)載RL開路)UL=1.U2例：一個(gè)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(fù)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(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)(1)變壓器二次電壓6=6=叢=匆 V=17VV=17V1.21.2(2)(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(fù)載電流的大小參考下表進(jìn)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(shí)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(dá)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(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) 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(biāo)1 1 . .會(huì)根據(jù)所示測試原理圖繪制電路安裝連接圖。2 2. .會(huì)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(shí)施步驟1 1 . .裝調(diào)流程繪制安裝布線圖一清點(diǎn)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(jì)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(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(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 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(xiàng)目變壓器二次電壓U2