人電版電子技術(shù)基礎(chǔ)(1)

1、電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能人民郵電出版社第1單元 二極管及其應(yīng)用知識(shí)目標(biāo)：了解半導(dǎo)體材料的特性，理解PN 結(jié)的單向?qū)щ娦?。了解晶體二極管的結(jié)構(gòu)，掌握其電路符號(hào)、引腳。了解晶體二極管的伏安特性，理解其主要參數(shù)。了解硅穩(wěn)壓管、發(fā)光二極管、光電二極管、變?nèi)荻O管等特殊二極管的外形特征，熟悉其功能和適用場(chǎng)合。了解整流電路的作用及工作原理，會(huì)合理選用整流電路元件的參數(shù)。了解濾波電路的作用及其工作原理，會(huì)估算電容濾波電路的輸出電壓。了解濾波元件參數(shù)對(duì)濾波效果的影響。技能目標(biāo)：學(xué)會(huì)查閱晶體管手冊(cè)，能在實(shí)踐中合理使用晶體二極管。能用萬用表判別晶體二極管的極性和質(zhì)量?jī)?yōu)劣。掌握用示波器觀察整流電路輸出電壓的波形的方法。掌

2、握搭接由整流橋組成的應(yīng)用電路的方法，會(huì)使用整流橋。能識(shí)讀電容濾波、電感濾波、復(fù)式濾波電路圖。掌握用示波器觀察濾波電路輸出電壓的波形的方法。能根據(jù)電路圖焊接整流、濾波電路，會(huì)用萬用表和示波器測(cè)量相關(guān)電量參數(shù)和波形。二極管的使用1整流電路的應(yīng)用2濾波電路的類型及應(yīng)用3技能實(shí)訓(xùn) 4第1節(jié)二極管的使用一、二極管的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)二、二極管的主要參數(shù)三、二極管的型號(hào)、識(shí)別與檢測(cè)一、二極管的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 按圖1.2 所示連接電路，接通電源，觀察燈泡是否發(fā)光，記下觀察的結(jié)果；斷開電源，將直流電源的正、負(fù)極顛倒一下，再次接通電源，觀察燈泡是否發(fā)光，記下觀察的結(jié)果；對(duì)兩次觀察的結(jié)果進(jìn)行比較。演示總結(jié)：1.比較兩次觀察的

3、結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)二極管有白色環(huán)的一端接電源的正極、沒有白色環(huán)的一端接電源的負(fù)極時(shí)，燈泡發(fā)光，有電流流過二極管，即二極管能導(dǎo)通。2.當(dāng)二極管有白色環(huán)的一端接電源的負(fù)極、沒有白色環(huán)的一端接電源的正極時(shí)，燈泡不發(fā)光，沒有電流流過二極管，即二極管不能導(dǎo)通。1.半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)（1）半導(dǎo)體的特性。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，最常用的半導(dǎo)體材料是硅和鍺。當(dāng)加熱或光照加強(qiáng)時(shí)，半導(dǎo)體的電阻值明顯下降，導(dǎo)電能力類似于導(dǎo)體。半導(dǎo)體的這種特性稱為熱敏特性和光敏特性，半導(dǎo)體可據(jù)此特性制成熱敏電阻、光敏電阻、光電二極管等元件，用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)控制等。如果在半導(dǎo)體中摻入少量的雜質(zhì)，也會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力

4、增強(qiáng)。根據(jù)摻入的元素不同，有P型半導(dǎo)體和N 型半導(dǎo)體。（2）PN 結(jié)。 當(dāng)采用特殊的工藝把P 型半導(dǎo)體和N 型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，在交界面將形成一層帶電的區(qū)域，如圖1.3 所示，該區(qū)域稱為PN 結(jié)。P區(qū)N區(qū)PN結(jié)P區(qū)接電源的正極，N 區(qū)接電源的負(fù)極，有電流從P 區(qū)通過PN 結(jié)流向N 區(qū)，如圖1. 4（a）所示。這時(shí)稱PN 結(jié)正向?qū)?，流過的電流稱正向電流。P 區(qū)接電源的負(fù)極，N 區(qū)接電源的正極，只有極微弱的電流從N 區(qū)通過PN 結(jié)流向P 區(qū)，如圖1.4 （b）所示。這時(shí)稱PN 結(jié)反向截止，流過的電流稱反向電流，一般情況下可以忽略不計(jì)?？偨Y(jié)：PN 結(jié)的這種特性稱為單向?qū)щ娦浴?.二極管的結(jié)構(gòu)歸納

5、： 二極管具有單向?qū)щ娦?。單向?qū)щ娦缘膶?shí)質(zhì)是：二極管的正極接電源的正極，二極管的負(fù)極接電源的負(fù)極，二極管導(dǎo)通；二極管的正極接電源的負(fù)極，二極管的負(fù)極接電源的正極，二極管不導(dǎo)通，又稱二極管截止。正極負(fù)極電流的方向3.常用二極管的特點(diǎn) 分類：根據(jù)制造材料分為鍺（Ge）二極管、硅（Si）二極管等；根據(jù)封裝形式分為塑料封裝（塑封）二極管、玻璃封裝（玻封）二極管、金屬封裝二極管、片狀二極管等；根據(jù)電流容量分為大功率二極管（ A 以上）、中功率二極管（1 A）和小功率二極管（1A 以下）；根據(jù)用途分為普通二極管、整流二極管、開關(guān)二極管、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、變?nèi)荻O管、光電二極管等。（1）普通二極管。主

6、要用于檢波、小電流整流等，如圖1.6所示。（2）整流二極管。如圖1.7 所示。常用的國(guó)產(chǎn)整流二極管型號(hào)有2CZ11 1 系列、2CZ 0 系列、2CZ 0 系列等。進(jìn)口的整流二極管型號(hào)有1N 0 系列、1N 系列、1N 系列等。應(yīng)用實(shí)例： 圖1. 8所示為新型LED 護(hù)眼節(jié)能燈，利用整流二極管把交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姾?，點(diǎn)亮高亮度發(fā)光二極管，用來照明。（3）穩(wěn)壓二極管。穩(wěn)壓二極管（見圖1.9（a）習(xí)慣上簡(jiǎn)稱為硅穩(wěn)壓管，利用二極管被反向擊穿后，在一定反向電流范圍內(nèi)反向電壓不隨反向電流變化這一特性，在電路中起穩(wěn)定電壓的作用。常用的國(guó)產(chǎn)穩(wěn)壓二極管型號(hào)有2CW系列和2DW系列，進(jìn)口的穩(wěn)壓二極管型號(hào)有1N

7、系列、1N 系列等。 在實(shí)際應(yīng)用中，要求穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)，即穩(wěn)壓二極管兩端要加反向電壓。反向電壓較低時(shí)，穩(wěn)壓二極管截止；當(dāng)反向電壓達(dá)到一定數(shù)值（即穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值）時(shí)，反向電流突然增大，穩(wěn)壓二極管進(jìn)入擊穿狀態(tài)，此時(shí)即使反向電流在很大范圍內(nèi)變化，穩(wěn)壓二極管兩端的反向電壓也保持基本不變。但反向電流增大到一定程度后，如果再增大，穩(wěn)壓二極管將被徹底擊穿而損壞。注意：兩只穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)使用，但不能將它們并聯(lián)注使用。（4）開關(guān)二極管。在電路中用做電子開關(guān)，如圖1.10 所示。常用的國(guó)產(chǎn)普通開關(guān)二極管型號(hào)有2AK 系列，高速開關(guān)二極管型號(hào)有2CK 系列，進(jìn)口的高速開關(guān)二極管型號(hào)有1N 1

8、系列，如1N418 、1N4150 等。（5）變?nèi)荻O管在電路中作為可變電容器，主要用于高頻調(diào)諧，如圖1.11所示。常用的國(guó)產(chǎn)變?nèi)荻O管型號(hào)有2CC 系列和2CB 系列，進(jìn)口的變?nèi)荻O管型號(hào)有1SV 系列、1T 系列等。圖1.11變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管應(yīng)用實(shí)例： 圖1.12 所示為電視機(jī)中使用的高頻調(diào)諧器，俗稱高頻頭。它利用變?nèi)荻O管的電容隨外加電壓變化的特性，通過調(diào)節(jié)外加電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)變?nèi)荻O管電容的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻道電視節(jié)目的調(diào)諧，最終選出所需的電視節(jié)目。（6）發(fā)光二極管。主要應(yīng)用在兩個(gè)方面：一是光電控制電路，如光電開關(guān)、光電隔離、紅外遙控等；二是信號(hào)狀態(tài)指示和數(shù)字符號(hào)顯示，如電源指示、數(shù)

9、碼顯示等。電流增大、亮度變亮。 普通單色發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有紅色、黃色、綠色等，使用時(shí)要求串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮?，如圖1.13所示。應(yīng)用實(shí)例： 圖1.14 所示為由發(fā)光二極管組成的交通信號(hào)燈，將多個(gè)不同顏色的發(fā)光二極管拼排成所需的交通標(biāo)志或字符，在控制信號(hào)的控制下，實(shí)現(xiàn)交通指揮。 紅外發(fā)光二極管又稱紅外線發(fā)射二極管，主要用于各種光控和遙控發(fā)射電路中，如圖1.15所示。應(yīng)用實(shí)例： 圖1.16所示為電視機(jī)的遙控器，利用紅外發(fā)光二極管將操作電視機(jī)的控制信號(hào)發(fā)送出去，與配套的遙控接收器配合，實(shí)現(xiàn)電視節(jié)目、音量等遙控操作。 （7）光電二極管又稱光敏二極管，主要用于各種控制電路中，如圖1.17所示。在實(shí)際應(yīng)

10、用中，光電二極管應(yīng)反接在電路中，即外加反向工作電壓。入射光越強(qiáng)，反向電流也越大。應(yīng)用實(shí)例： 圖1.18所示為電視機(jī)中使用的遙控接收頭，利用紅外光電二極管接收紅外發(fā)光二極管發(fā)出的信號(hào)，通過與遙控器配套的譯碼電路翻譯出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電視節(jié)目、音量等的控制。遙控接收頭外的金屬罩起屏蔽作用。二、二極管的主要參數(shù)1.二極管的伏安特性 二極管的伏安特性是指二極管中流過的電流與二極管兩端電壓之間的關(guān)系曲線，如圖1.19所示。2二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流（IF）。IF 是指二極管長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平均電流。實(shí)際應(yīng)用時(shí)電流超過IF，二極管的PN 結(jié)將因過熱而燒斷，其正反向阻值均為無窮

11、大。（2）最高反向工作電壓（URM）。URM 是指二極管兩端允許施加的最大反向電壓。為了安全，一般取反向擊穿電壓值的二分之一，作為最高反向工作電壓URM。二極管一旦過壓擊穿損壞，其正反向阻值均為零，即失去了單向?qū)щ娦?。? ）穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)。 穩(wěn)定電壓（UZ）。UZ 是指穩(wěn)壓二極管反向擊穿穩(wěn)定工作的電壓。 穩(wěn)定電流（IZ）。IZ 是指穩(wěn)壓二極管工作的最小電流值。 額定功率（PZ）。PZ 是指穩(wěn)壓二極管正常工作時(shí)，允許消耗的最大功率。三、二極管的型號(hào)、識(shí)別與檢測(cè)1二極管的型號(hào) 國(guó)產(chǎn)二極管的型號(hào)由 部分組成：第1 部分用數(shù)字表示電極數(shù)；第2 部分用字母表示材料第 部分用字母表示類型（即用途）

12、；第 部分用數(shù)字表示序號(hào)，反映電流參數(shù)；第 部分用字母表示規(guī)格號(hào)，反映耐壓參數(shù)。二極管型號(hào)的各部分符號(hào)及意義如表1.1 所示。2二極管的識(shí)別（1）型號(hào)識(shí)別。2AP1 2AP 、2CP1 2CP20 適用于高頻檢波、小電流整流；2CZ 0 2CZ 、2DZ10 2DZ20適用于不同功率的整流；2AK1 2AK 、2CK1 2CK1 多用于電子計(jì)算機(jī)、脈沖控制和開關(guān)電路中；2CW100 2CW1 、2DW 0 2DW 適用于各種穩(wěn)壓電路。對(duì)進(jìn)口二極管因其型號(hào)不能直接反映出用途，一般需借助半導(dǎo)體手冊(cè)才能判別出它的適用場(chǎng)合。（2）外形識(shí)別。二極管通常采用塑料、玻璃和金屬 種材料封裝，不同類型的二極管具

13、有不同的外形，其引出端的標(biāo)記符號(hào)也不盡相同，如表1.2 所示。3二極管的檢測(cè) 二極管的檢測(cè)主要指：借助萬用表測(cè)量二極管正、反向電阻，根據(jù)阻值判別其正、負(fù)極，評(píng)估其質(zhì)量。二極管簡(jiǎn)易測(cè)試方法如表1.3所示。第2節(jié)整流電路的應(yīng)用一、整流電路的構(gòu)成二、整流電路元件的參數(shù)選擇一、整流電路的構(gòu)成1半波整流電路 半波整流電路由1 只整流二極管構(gòu)成，如圖1.21 所示。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象: 演示電路如圖1.22（a）所示，觀察到的波形如圖1.22（b）所示，波形圖如圖1.22（c）所示。圖1.22半波整流演示圖1.22半波整流演示（續(xù)）知識(shí)探究: 當(dāng)u2(t) 為正半周時(shí)，VD 正偏而導(dǎo)通，電流經(jīng)VD RL 形成回路，

14、RL 上輸出的電壓波形與u2(t) 的正半周波形相同，電流iL 從上流向下； 當(dāng)u2(t) 為負(fù)半周時(shí)，VD 截止，電路不導(dǎo)通，RL 上沒有電流流過。此時(shí)，u2(t) 全部降在整流二極管兩端，最大值為u2(t) 的峰值。2橋式整流電路 在如圖1.20（b）所示的電視機(jī)的機(jī)芯板中，使用的是一個(gè)橋式整流電路。無電源變壓器的電路如圖1.23（a）所示，圖1.23（b）所示為其簡(jiǎn)化電路。它由 只整流二極管接成電橋形式，其中一個(gè)對(duì)角之間接負(fù)載電阻RL，另一個(gè)對(duì)角之間接交流電源。若有電源變壓器，則接交流電源的對(duì)角之間接電源變壓器的次級(jí)，如圖1.23（c）所示。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 演示電路如圖1.24（a）所示，觀察

15、到的波形如圖1.24（b）所示，波形圖如圖1.24（c）所示。圖1.24橋式整流電路演示圖1.24橋式整流電路演示（續(xù)）知識(shí)探究 當(dāng)u2(t) 為正半周時(shí)，VD1、VD3正偏而導(dǎo)通，VD2、VD4 反偏而截止。電流經(jīng)VD1 RL VD3 形成回路，RL 上輸出的電壓波形與u2(t) 的正半周波形相同，電流iL 從b 流向c。 當(dāng)u2(t) 為負(fù)半周時(shí)，VD1、VD3 截止，VD2、VD4 導(dǎo)通，電流經(jīng)VD2 RL VD4 形成回路，RL 上輸出的電壓波形是u2(t) 的負(fù)半周波形倒相，電流iL仍從b 流向c。提示： 在圖1.23 中：有1 只二極管斷開時(shí)，整流電路輸出會(huì)減半，相當(dāng)于半波整流電路

16、；有1 只二極管接反時(shí)，會(huì)引起短路，燒壞元件。在實(shí)際應(yīng)用中，一定要在電源輸入端串接起過流保護(hù)作用的熔斷器（保險(xiǎn)絲），并且在電路安裝完畢通電前，一定要檢查電路安裝是否正確。 整流橋堆如圖1.2 （a）、（b）所示。用整流橋堆組成的整流電路如圖1.2 （c）所示，圖1.2 （d）所示為整流橋堆在彩色電視機(jī)電源中的應(yīng)用。二、整流電路元件的參數(shù)選擇1半波整流電路半波整流電路輸出的直流電壓估算公式為UL = 0.45 U2式中，U2 電源變壓器次級(jí)電壓的有效值。負(fù)載上的直流電流IL 為整流二極管通過的電流為IV = IL整流二極管截止時(shí)承受的最大反向電壓為在半波整流電路中，對(duì)整流二極管的要求如下。最大整

17、流電流IF IL最高反向工作電壓2橋式整流電路 橋式整流電路輸出的直流電壓估算公式為UL = 0. 9U2式中，U2 電源變壓器次級(jí)電壓的有效值。 負(fù)載上的直流電流IL 為 流過每只整流二極管的電流為 整流二極管承受的電壓與半波整流電路相同。因此，在橋式整流電路中，對(duì)整流二極管的要求如下。 最大整流電流 最高反向工作電壓第3節(jié) 濾波電路的類型及應(yīng)用一、濾波電路的類型二、電容濾波電路元件的參數(shù)選擇一、濾波電路的類型 濾波電路的主要元件有電容器和電感器，電容器在電路中應(yīng)接成并聯(lián)形式，而電感器在電路中應(yīng)接成串聯(lián)形式。根據(jù)選用的元件及元件之間的連接方式不同，濾波電路的類型如圖1.27 所示。1電容濾波

18、電路內(nèi)容濾波電路如圖1.28 所示。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象: 演示電路如圖1.29（a）所示，觀察到的波形如圖1.29（ b）所示。電容器兩端的電壓波形圖如圖1.2 （c）所示。圖1.29電容濾波演示圖1.29電容濾波演示（續(xù)）知識(shí)探究 電容濾波電路是最常用的一種濾波電路，其特點(diǎn)如下。（1）濾波后的輸出電壓中直流分量提高了，交流分量降低了。（2）電容濾波適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。（3）存在浪涌電流。（4）RL 開路時(shí)，輸出UL 約為1. 4U2；C 開路時(shí)，輸出UL 約為0. 9U2；若C的容量減小，則輸出UL 小于1.2U2。2其他形式的濾波電路其他形式的濾波電路如圖1.27 所示。二、電容濾波電路元件的參數(shù)選擇 整流、電容濾波電路的輸出直流電壓估算公式為UL 1.2Ui式中，U 整流電路輸入電壓的有效值。 濾波電容器的電容量通常取RLC ，即式中，T電網(wǎng)交流電壓的周期。 濾波電容器的額定工作電壓（又稱耐壓）應(yīng)大于整流電路輸入電壓的峰值，通常取UC (1.5 2)Ui1實(shí)訓(xùn)目的（1）掌握普通二極管的識(shí)別與簡(jiǎn)易檢測(cè)。（2）掌握專用二極管的識(shí)別與簡(jiǎn)易檢測(cè)。2器材準(zhǔn)備實(shí)訓(xùn)1二極管的識(shí)別與檢測(cè)技能實(shí)訓(xùn)4內(nèi)容與步驟（1）普通二極管的識(shí)別與檢測(cè)。根