第一章 二極管及其應用

1、電子技術基礎與技能配套多媒體CAI課件 電子教案第一章 二極管及其應用教學重點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、變容二極管、發(fā)光二極管、光電二極管等各種二極管的外形特征、功能和應用。3能用萬用表檢測二極管。4掌握單相半波、橋式全波整流電路的組成、性能特點和電路估算。5了解電容濾波電路的工作原理和估算。教學難點1PN結的單向導電特性。2整流電路和濾波電路的工作原理。學時分配序號內 容學 時11.1晶體二極管221.2晶體二極管整流電路及濾波電路43技能實訓單相整流、濾波電路的測試44本章總學時101.1 二極管1.1.1 半導體的奇妙特性 導電能力介于導體和絕緣體之間的物質稱

2、為半導體，如硅、鍺等，其導電能力受多種因素影響。 熱敏特性溫度升高，導電能力明顯增強。 光敏特性光照越強，導電性能越好。摻雜特性摻入雜質后會改善導電性。1.1.2 二極管結構與電路圖形符號通過實物認識各類二極管動畫：PN結的形成正極負極管殼P N PN結VD正極負極1.1.3 二極管的單向導電特性做一做：二極管的單向導電特性1二極管的單向導電特性（1）加正向電壓二極管導通（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UD/VI/mA死區(qū)電壓: 硅管0.5V鍺管0.2。導通壓降: 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）0（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，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。此時，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，此時流過二極管的反向電流稱為漏電流。當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擊穿電壓，用U（BR）表示。實際應用時，普通二極管應避免工作在擊穿范圍，否則會因電流過大而

4、損壞管子失去單向導電性。1.1.4二極管的使用常識1二極管的型號國產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），國外產品依各國標準而確定。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：利用二極管的單向導電性和導通后兩端電壓基本不變的特點，可以構成限幅（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設輸入電壓ui=10sint（V），Us=5V，為簡化分析，常將二極管理想化，即二極管導通時，兩

5、端電壓降很小，可視為短路，相當于開關閉合，；二極管反向截止時，反向電流很小，相當于開關斷開，如圖所示。SS 相當于開關閉合 相當于開關斷開 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。將電路稍作改動便可做成雙向限幅電路。利用二極管的這一特性，通常可將其用于電路的過電壓保護。3二極管的檢測動畫：用萬用表判斷二極管極性動畫：用萬用表檢測普通二極管的好壞二極管正、反向電阻值檢測分析檢測結果二極管狀態(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導電正常趨于無窮大趨于無窮大二極管正、負極之間已經斷開開路趨于零趨于零二極管正、負極之間已經通路短路二極管

6、正向電阻增大反向電阻減小單向導電性變差性能變差做一做：普通二極管的識別與檢測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（b）圖形符號VZ（a）穩(wěn)壓管外形（2）穩(wěn)壓二極管的伏安特性uZiZ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，管子就可以長時間穩(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。從晶體管手冊可以查到常用穩(wěn)壓二極管的技術參數(shù)和使用資料。（3）穩(wěn)壓管二極管的檢測檢測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發(fā)光二極管與普通二極管一樣也是由PN結構成，同樣具有單向導電性。其電路圖形符號和文字符號如圖所示。發(fā)光二極管實物 圖形符號VL發(fā)光二極管被廣泛運用于電路的狀態(tài)顯示、信息顯示、裝飾工程、照明等領域。（2）發(fā)光二極管發(fā)光時工作在正偏置狀態(tài)發(fā)光二極管兩端有一個“管壓降”，根據制造材料的不同而不同。例：電路如圖所示，已知某發(fā)光二極管的導通電壓UL=1.6V，正向電流為520mA時才能發(fā)光。試問：（1）開關處于何種位置時發(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）當開關斷開

8、時發(fā)光二極管才有可能發(fā)光。當開關閉合時發(fā)光二極管的端電壓為零，因而不可能發(fā)光。（2）因為ILmin=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廣泛應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、圖形符號及文字符號如圖所示。光電二極管實物圖形符號 VL（2）光電二極管在反向電壓作用下，如果沒有光照時，反向電流極其微弱，稱為暗電流；有光照時，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為亮電流。光的強度越大，反向電流也越大。4變容二極管（1）變容二極管的電路圖形符號已被廣泛用

9、于彩色電視機的電子調諧器、直接調頻、自動頻率控制及倍頻器等微波電路中的變容二極管電路圖形符號及文字標識如圖所示。電路圖形符號變容二極管實物圖VD2）變容二極管工作于反向偏置狀態(tài) 當給變容二極管施加反向電壓時，其兩個電極之間的PN結電容大小隨加到變容二極管兩端反向電壓大小的改變而變化，其特性相當于一個可以通過電壓控制的自動微調電容器。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導電性，將輸入的交流電壓轉換為脈動的直流電壓。濾波器是將整流后的脈動直流電壓轉變?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：單向半波整流電路半波整流電路VDRL u2u1UL+_TabiL1半波整流工作過程（1）當輸入電壓u2為正半周時，二極管VD受正向偏置而導通，電流iL由 a端VDRLb端，自上而下流過RL，在RL上得到一個極性為上正下負的電壓UL。若不計二極管的正向壓降，此期間負載上的電壓UL= u2。（2）當u2為負半周時，二極管VD因反向偏置而截止，此期間無電流通過RL，負載上的電壓uL= 0。由此可見，在交流電一個周期內，二極管有半個周期導通，另半個周期截止，在負載電阻RL上的脈動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，輸出電壓的極性也將隨之變反。2負載上的直流電壓與直流電流的估算（1）負載上的直流電壓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要求其IFID=IL URMU2 根據最大整流電流和最高反向工作電壓的計算值，查閱有關半導體器件手冊，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1.5k，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?shù)恼鞫O管。解： 因為UL=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根據求得的參數(shù)，查閱整流二極管參數(shù)手冊，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）當輸入電壓u2為正半周時，VD1、VD3導通，VD2、VD4截止，電IL如圖（a）中虛線箭頭所示。此電流流經負載RL時，在RL上形成了上正下負的輸出電壓。（2）當u2為負半周時，VD2、VD4導通，VD1、VD3截止，

13、電流IL如圖（b）中虛線箭頭所示。該電流流經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u2處于正半周還是負半周，都有電流分別流過兩個二極管，并以相同方向流過負載RL，是單方向的全波脈動波形。2負載上的直流電壓與直流電流的估算（1）負載上的直流電壓ULUL=0.9 U2 （2）負載上的直流電流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。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根據以上求得的參數(shù)，查閱整流二極管參數(shù)手冊，可選擇IFM=300mA，URM=10V的2CZ56A型整流二極管，或者選用符號條件的其他型號二極管，如1N4001等。電路評價：半波整流電路結構簡單，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。1.2.3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（負載RL開路） UL1.4U2 例：一個橋式整流電容濾波電路，電源由220V、50HZ的交流電壓經變壓器降壓供電，負載電阻RL為40，輸出直流電壓為20V，當開關閉合時，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）變壓器二次電壓U2= V =17 V（2）當負載空載時，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負載電流的大小參考下表進行選擇。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，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：單相整流、濾波電路的測試作 業(yè) 任 務 書一、任務目標1會根據所示測試原理圖繪制電路安裝連接圖。2會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。測定其輸入、輸出電壓間的量值關系。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系。6提高電子產品裝接能力。u1VD橋堆ULS1ABR1kVLS2C2470µFC14.7µFTu2橋式整流電容濾波測試原理圖二

18、、實施步驟1裝調流程繪制安裝布線圖 清點元器件 元器件檢測 插裝和焊接 通電前檢查 通電測量 數(shù)據紀錄。2裝調步驟（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接線端與電源插頭線的連接處應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），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整流電路測量（斷開開關S1、S2）（1）用數(shù)字萬用表交流電壓擋測量圖的A、B端電壓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整流、濾波電路的測量（1）將開關S1閉合，S2斷開，接濾波電容C1，用數(shù)字表測量輸出電壓，并用示波