電工學(xué)（第二版）課件：常用電子元器件及其應(yīng)用電路

目錄第一節(jié)二極管第二節(jié)三極管及放大電路第三節(jié)直流穩(wěn)壓電源實驗與實訓(xùn)5串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源測試第四節(jié)集成運算放大器第五節(jié)晶閘管《電工學(xué)》課件§6-1二極管

１．了解二極管的結(jié)構(gòu)和特性。２．了解二極管的應(yīng)用。第一節(jié)二極管

我們經(jīng)常會看到如圖所示的電子顯示屏，為什么這些電子顯示屏?xí)凶只驁D顯示出來呢？原來這個顯示屏是由很多個二極管構(gòu)成的，二極管是常用的電子元件之一,下面讓我們來認(rèn)識一下二極管吧。一、二極管的結(jié)構(gòu)與特性

二、二極管的主要參數(shù)和分類

三、二極管的應(yīng)用舉例

一、二極管的結(jié)構(gòu)與特性

二極管是半導(dǎo)體器件，所謂半導(dǎo)體材料是指導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體。

1．二極管的結(jié)構(gòu)與符號二極管的結(jié)構(gòu)和符號幾種常見的二極管的外形閉合開關(guān)后，指示燈不亮，說明此時二極管的電阻很大，導(dǎo)電性能極差，稱為“截止”狀態(tài)。

2．二極管的單向?qū)щ娦裕?）加正向電壓時，二極管導(dǎo)通

閉合開關(guān)指示燈亮，說明此時二極管的電阻很小，導(dǎo)電性能良好，稱為“導(dǎo)通”狀態(tài)。（2）加反向電壓時，二極管截止二、二極管的主要參數(shù)和分類

1．二極管的主要參數(shù)

最大整流電流IFM

是指二極管允許通過的最大正向工作電流的平均值。最高反向工作電壓URM

是指二極管允許承受的最高反向電壓。

（3）發(fā)光二極管直接將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽堋?．二極管的分類（1）整流二極管利用二極管的單向?qū)щ娦园呀涣麟娮儞Q成直流電。（2）硅穩(wěn)壓二極管利用二極管反向擊穿時兩端的電壓保持穩(wěn)定的特性來穩(wěn)定電路兩點之間的電壓。（5）變?nèi)荻O管利用反向偏壓改變PN結(jié)的結(jié)電容。（4）光電二極管能將光照強(qiáng)弱的變化轉(zhuǎn)變成電信號。

三、二極管的應(yīng)用舉例

二極管主要應(yīng)用于整流電路。輸入交流電壓波形輸出直流電壓波形單相半波整流電路

當(dāng)u2為正半周時，極性如圖所標(biāo)，即a點為正(+)、b點為負(fù)(-)，整流二極管VD承受正向電壓而導(dǎo)通，有電流iL流過負(fù)載RL。其路徑是a→VD→RL→b，若忽略二極管的正向壓降，UL=U2；

1．工作原理

當(dāng)u2

為負(fù)半周時，a點為負(fù)(-)，b點為正(+),二極管承受反向電壓而截止，負(fù)載RL上無電流，UL=0。2．參數(shù)計算RL上半波脈動直流電壓平均值為

負(fù)載上的平均電流為最大反向工作電壓URM應(yīng)大于u2的峰值電壓

最大整流電流IFM應(yīng)大于負(fù)載電流3．對整流二極管的要求《電工學(xué)》課件§6-2三極管

１．了解三極管的結(jié)構(gòu)與特性。２．了解三極管的應(yīng)用。

3.掌握三極管基本放大電路的工作原理。第二節(jié)三極管及放大電路

照明電燈開關(guān)在生活中司空見慣，一般用的是機(jī)械開關(guān)。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，聲控、光控和遙控電燈開關(guān)也相繼出現(xiàn)，極大地方便了人們的生活，在這些新型的電燈開關(guān)電路中有的就使用了三極管驅(qū)動電路。一、三極管的結(jié)構(gòu)、分類及符號與主要參數(shù)二、三極管的電流放大作用三、固定偏置放大電路

一、三極管的結(jié)構(gòu)、分類與主要參數(shù)

三極管由兩個相距很近的PN結(jié)組成，它有三個區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，各自引出一個電極稱為發(fā)射極、基極和集電極，分別用字母E(e)、B(b)、C(c)表示。1．三極管的結(jié)構(gòu)2．三極管的分類及符號NPN型三極管，發(fā)射極箭頭應(yīng)指向管外（由基區(qū)指向發(fā)射區(qū)）PNP型三極管，發(fā)射極的箭頭應(yīng)指向管內(nèi)（由發(fā)射區(qū)指向基區(qū)）（3）集電極允許最大電流ICM三極管工作時，若IC超過ICM，β值明顯下降，其特性將變差。3．三極管的主要參數(shù)

（1）共射交流電流放大系數(shù)β

β

值一般在20～200之間。β值太大時工作性能不穩(wěn)定，通常選用β值在60～100之間。（2）穿透電流ICEO當(dāng)基極開路（IB=0）時，集電極和發(fā)射極之間的反向電流。ICEO隨溫度的升高明顯增大，所以希望它越小越好。（4）反向擊穿電壓U(BR)CEO當(dāng)三極管的管壓降UCE>U(BR)CEO時，集電極電流IC急劇增大。（5）集電極最大允許耗散功率PCM正常時應(yīng)使UCEIC<PCM,否則三極管將過熱。二、三極管的電流放大作用

1．三極管的工作電壓要使三極管具有電流放大作用，必須在它的發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓。NPN型三極管電源接法，c、b、e三個電極的電位應(yīng)符合：UC＞UB＞UEPNP型三極管電源接法，c、b、e三個電極的電位應(yīng)符合：UC＜UB＜UE2．三極管內(nèi)電流分配規(guī)律三極管的發(fā)射極電流=集電極電流+基極電流

IE=IC+IB集電極電流與發(fā)射極電流近似相等

IC≈IE

三極管集電極直流電流IC與相應(yīng)的基極直流電流IB之間的比值幾乎是固定不變的，稱為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)，用表示。三極管集電極電流變化量與相應(yīng)的基極電流變化量的比值也幾乎是固定不變的，稱為共發(fā)射極交流放大系數(shù)，用β表示。3．三極管的電流放大作用

定義：當(dāng)IB有一微小的變化時,就能引起IC較大的變化，這種現(xiàn)象稱為三極管的電流放大作用。以NPN型三極管為例

4．三極管的三種工作狀態(tài)狀態(tài)截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)條件發(fā)射結(jié)反偏或零偏發(fā)射結(jié)正偏且集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都正偏特點ΔIB=0、IC≈0ΔIC=βΔIBiC不再受iB控制三、固定偏置放大電路

1.電路原理圖固定偏置放大電路中各元件的作用2.靜態(tài)工作點的設(shè)置當(dāng)放大電路未加信號，即ui=0時，稱為靜態(tài)。定義：這時的直流電流IB、IC和直流電壓UBE、UCE，稱為靜態(tài)工作點，或者簡稱為Q點。由于UBE基本恒定，所以在討論靜態(tài)工作點時主要是考慮IB、IC和UCE三個量，并且分別用IBQ、ICQ和UCEQ表示。3.動態(tài)工作情況當(dāng)放大電路輸入交流信號，即ui≠0時，稱為動態(tài)。這里所加的ui為低頻小信號，在此段范圍內(nèi)電壓與電流近似成線性關(guān)系，也就是三極管工作在線性區(qū)。放大電路uBE和uCE以及uo的波形如下圖所示。結(jié)論：在單級共發(fā)射極放大電路中，輸出電壓uo與輸入電壓ui頻率相同，波形相似，幅度得到放大，而它們的相位相反?！峨姽W(xué)》課件§6-3直流穩(wěn)壓電路

了解直流穩(wěn)壓電源各部分電路的工作原理。第三節(jié)直流穩(wěn)壓電源

電子血壓計工作時需要直流電源，可以用干電池供電，但干電池用的時間不長，一段時間后電池的電用完了就必須更換新的電池。

有一個穩(wěn)壓電源的裝置，它可以將插座上的交流電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的直流電，用它就可以避免了經(jīng)常更換電池的麻煩。一、單相整流電路二、濾波電路三、穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路

小功率直流穩(wěn)壓電源原理框圖電源變壓器在整流前首先把220V電網(wǎng)電壓變換成所需要的交流電壓值。整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電壓變換成脈動直流電壓。濾波電路利用電容器、電感線圈的貯能特性，把脈動直流電壓中紋波成分濾除，從而得到平滑的直流電壓，以適應(yīng)負(fù)載的需要。穩(wěn)壓電路使直流電源的輸出電壓穩(wěn)定，不受電網(wǎng)電壓或負(fù)載變動的影響。一、單相整流電路

單相橋式整流電路是由四只整流二極管接成電橋的形成構(gòu)成。橋的一對角接變壓器的次級繞組，得交流電壓u2=U2sinωt，橋的另一對角接負(fù)載RL。1．單相橋式整流電路原理圖當(dāng)u2為負(fù)半周時，a點為負(fù)(-)，b點為正(+),二極管V2和V4承受正向電壓而導(dǎo)通，V1和V3承受反向電壓而截止，電流iL2自b點流過V2，也是自上而下流過負(fù)載RL，經(jīng)V4到a點。若忽略二極管的正向壓降，uL=-u2。當(dāng)u2

為正半周時，假設(shè)a點為正(+)、b點為負(fù)(-)，二極管V1和V3承受正向電壓而導(dǎo)通，V2和V4承受反向電壓而截止，電流iL1自a點流過V1、RL、V3到b點，它是自上而下流過負(fù)載RL。若忽略二極管的正向壓降，uL=u2。2．工作原理單相橋式整流電路輸入交流電波形

單相橋式整流電路輸出直流電波形3．電路輸入輸出波形RL兩端電壓是全波脈動直流電壓，其平均值為

UL=0.9U2負(fù)載上的平均電流為流過每只二極管的平均電流為4．電路參數(shù)計算對整流二極管的要求是，它的最大整流電流IOM應(yīng)大于IV，最大反向工作電壓URM應(yīng)大于U2，即截止管所承受的最大反向電壓為變壓器次級繞組電壓的峰值。即二、濾波電路交流電壓經(jīng)過整流后的單相脈動直流電壓中，仍含有較多的交流成分。為了獲得平滑的直流電壓，需要在整流電路和負(fù)載之間接入能把脈動直流電中脈動成分濾掉的電路，這種電路稱為濾波電路。橋式整流電容濾波電路1．橋式整流電容濾波電路原理圖2．工作原理當(dāng)電路接通電源時，假設(shè)u2從為正半周的零值開始增大，此時圖中的a點為正(+)、b點為負(fù)(-)。二極管V2、V4反偏而截止，V1、V3正偏導(dǎo)通。導(dǎo)通電流分作兩路，一路向負(fù)載RL供電，一路向電容C充電而儲存能量。由于二極管正向?qū)娮韬苄?，變壓器次級繞組上的電阻也很小，所以充電時間常數(shù)τ1很短，電容充電的速度很快。電容上的電壓uC隨u2

而增大，當(dāng)u2達(dá)到峰值U2時，uC≈U2，即圖中曲線Oa段。

以后u2下降，由于電容兩端電壓不能突變，出現(xiàn)了uc＞u2的情況，使二極管V1、V3處于反偏的截止?fàn)顟B(tài)（V2、V4仍能截止），這樣電容C與變壓器被隔斷。于是電容器C釋放能量，它經(jīng)負(fù)載RL放電。由于放電時間常數(shù)τ2＝RLC比充電時間常數(shù)τ1大得多，所以uC即UL下降很緩慢。

在u2的負(fù)半周即t＞T/2

后，｜u2｜又開始增大，只要它小于uc，二極管均處于反偏而截止，即圖中曲線ab段。當(dāng)｜u2｜≥uc,二極管V2、V4正偏而導(dǎo)通。電源一方面向負(fù)載RL供電，另一方面再次向電容C充電。在t=T時，充電達(dá)到最大值,uc=U2,即曲線bc段。此后，｜u2｜下降，二極管又均反偏而截止，電容再次經(jīng)負(fù)載放電,一直維持到u2的下個正半周的某個瞬間,u2≥uc,二極管V1、V3重新導(dǎo)通，再次向電容C充電。如此周而復(fù)始地進(jìn)行下去。

三、穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路

1．電路組成并聯(lián)型穩(wěn)壓電路R為限流電阻2．穩(wěn)壓原理其穩(wěn)壓過程可用簡式表示如下：

Ui（或RL）↑→Uo（UZ）↑→IZ↑→I↑→UR↑→Uo↓

當(dāng)電網(wǎng)電壓升高或負(fù)載阻值變大時，輸出電壓Uo隨之增大，即穩(wěn)壓管兩端電壓UZ增大。UZ增大引起穩(wěn)定電流IZ急劇增大，而I=IZ+IL，故I也隨之增大。由于UR=IR，因而UR增大。又因為Uo

=Ui－UR，這就促使Uo下降，實現(xiàn)了Uo的穩(wěn)定。

實驗與實訓(xùn)5串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源測試一、實驗?zāi)康?．熟悉串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理,掌握調(diào)節(jié)電源輸出電壓的方法。2．掌握串聯(lián)型穩(wěn)壓電源內(nèi)阻的概念和測量方法。3．理解減小串聯(lián)型穩(wěn)壓電源輸出電壓紋波的措施。二、實驗設(shè)備串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路實訓(xùn)器材明細(xì)見表。三、訓(xùn)練內(nèi)容１．串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的組裝過程

根據(jù)串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路原理圖將元器件插裝后再焊接固定，用硬銅導(dǎo)線，根據(jù)電路的電氣連接關(guān)系進(jìn)行布線并焊接固定。２．串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的測試內(nèi)容和操作方法（１）空載時工作電壓的測量。將開關(guān)ＳＡ斷開，調(diào)節(jié)電位器ＲＰ，使輸出電壓Ｕｏ為１２Ｖ。測量電路中各點的電壓。（２）穩(wěn)壓電源內(nèi)阻的測量。將開關(guān)ＳＡ合上，電源接負(fù)載電阻ＲＬ＝100Ω，用萬用表測量電源的輸出電壓Ｕ′ｏ，那么電源的內(nèi)阻。（３）用示波器觀察輸出電壓的波形，斷開電容器Ｃ2和Ｃ３再觀察輸出電壓的波形。仔細(xì)觀察比較哪種情況下輸出電壓波形的脈動程度相對較低。（４）調(diào)節(jié)ＲＰ，用萬用表測量串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的輸出電壓范圍。３．串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的檢修串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的檢修流程如圖四、實訓(xùn)報告要求１．分別畫出串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路圖和裝配圖。２．完成測試記錄。３．分析串聯(lián)型穩(wěn)壓電源由哪幾部分組成，它們的作用是什么?！峨姽W(xué)》課件第四節(jié)集成運算放大器１．了解集成運算放大器的特性。２．了解集成運算放大器的應(yīng)用情況。

為了提高放大倍數(shù)或滿足其他某些特定要求，實際放大器一般都由多級組成。集成運算放大器簡稱集成運放，它實際上是一種高增益的多級直流放大器，最初多用于對模擬信號的數(shù)學(xué)運算，現(xiàn)已作為一種通用的高性能放大器件，廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)的各個領(lǐng)域，在許多情況下已經(jīng)取代了分立元件放大器。一、集成運算放大器二、集成運算放大器應(yīng)用舉例

一、集成運算放大器

三角形符號表示放大器，三角形頂所指方向為信號傳輸方向，“∞”表示開環(huán)增益極高。它有兩個輸入端和一個輸出端。同相輸入端標(biāo)“+”（或P），輸出端信號與該端輸入信號同相。反相輸入端標(biāo)“—”（或N），輸出端信號與該端輸入信號反相。

1．集成運算放大器的符號和工作特性定義：集成運放的輸出電壓與輸入電壓（即同相輸入端與反相輸入端之間的電壓）之間的關(guān)系曲線稱為電壓傳輸特性曲線。2．集成運放的電壓傳輸特性

曲線分線性區(qū)和非線性區(qū)。在線性區(qū)，輸出電壓uo隨著輸入電壓（uP-uＮ）的變化而變化；但是在非線性區(qū)，uo只有兩種可能：或者是+Uom或者-Uom。

集成運放的電壓傳輸特性曲線圖3．集成運放的工作特點凈輸入電壓uP-uN=0，即

uP=uN，具有“虛短”特性。如果有一個輸入端接地，則另外一個輸入端也非常接近地電位，稱為“虛地”。

兩個輸入端的輸入電流為零，即

iP=iN=0，具有“虛斷”特性。（1）理想運放工作在線性區(qū)時（2）理想運放工作在非線性區(qū)時①當(dāng)uP>uN時，uo=Uom

當(dāng)uP<uN時，uo=-UomuP≠uN，所以理想運放工作在非線性區(qū)時電路不再具有“虛短”特性。②兩個輸入端的輸入電流也為零，即iP=iN=0所以理想運放工作在非線性區(qū)時仍然具有“虛斷”特性。二、集成運算放大器應(yīng)用舉例

1．反相比例運算器反相比例運算器電路圖輸入信號和反饋信號都加在集成運放的反相輸入端。圖中Rf為反饋電阻，R2為平衡電阻，取值R2=R1//Rf。接入R2是為了使集成運放輸入級的差動放大電路對稱，有利于抑制零點漂移。

由于同相輸入端接地，故輸入端為“虛地”點，即up=uN=0,又根據(jù)“虛斷”特性，凈輸入電流為零，故有I1=If。放大器的電壓放大倍數(shù)為參數(shù)計算負(fù)號表示uo與ui反相，因此它稱為反相放大器2．同相比例運算器反相比例運算器電路圖利用“虛短”特性，可得到uP=uN=ui又根據(jù)“虛斷”特性，IN=0。所以uo與ui同相，故稱為同相放大器，又稱為同相比例運算放大器。若令Rf=0,R1=∞（即開路狀態(tài)），則比例系數(shù)為1，電路又稱為電壓跟隨器。

3．單門限電壓比較器比較器：就是將一個模擬量的輸入電壓ui和一個參考電壓UR相比較的電路，且輸入電壓ui加在集成運放的反相輸入端，參考電壓UR加在同相輸入端。比較器輸出電壓uo與輸入電壓ui之間的關(guān)系曲線稱比較器的傳輸特性。

當(dāng)輸入電壓ui大于參考電壓UR時，集成運放輸出電壓為－Uom；當(dāng)輸入電壓ui小于參考電壓UR時，集成運放輸出電壓為+Uom。UR＞0時比較器的傳輸特性曲線UR＜0時比較器的傳輸特性曲線UR=0時比較器的傳輸特性曲線，稱過零比較器《電工學(xué)》課件１．了解晶閘管的結(jié)構(gòu)和特性。２．了解晶閘管的應(yīng)用。第五節(jié)晶閘管

在書房里有時能看到調(diào)光臺燈，調(diào)光臺燈是基于白熾燈原理，通過調(diào)節(jié)流過白熾燈的電流控制燈光強(qiáng)弱，能有效地保護(hù)視力。調(diào)光臺燈電路中的關(guān)鍵元件是晶閘管，通過晶閘管實現(xiàn)燈光亮度的調(diào)節(jié)。一、晶閘管的知識

二、晶閘管可控整流電路

一、晶閘管基本知識

1．普通晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號

由PNPN四層半導(dǎo)體材料構(gòu)成，中間形成三個PN結(jié)，由外層P型半導(dǎo)體引出陽極A，由外層N型半導(dǎo)體引出陰極K，由中間P型半導(dǎo)體引出控制極G（或稱為門極）。普通晶閘管的符號普通晶閘管的外形2．普通晶閘管的工作特性

（1）正向阻斷當(dāng)晶閘管加正向電壓，控制極不加正向電壓時，晶閘管不能導(dǎo)通，燈不亮，這種狀態(tài)稱為晶閘管的正向阻斷狀態(tài)。（2）觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管加正向電壓，再閉合開關(guān)S，使控制極與陰極之間也加上（觸發(fā)電壓），這時燈亮，說明晶閘管已導(dǎo)通，這種狀態(tài)稱為晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通。（3）維持導(dǎo)通晶閘管一旦導(dǎo)通后，維持陽極電壓不變，斷開觸發(fā)電壓，燈仍亮，說明晶閘管仍然導(dǎo)通，這種狀態(tài)稱為維持導(dǎo)通。（4）反向阻斷當(dāng)晶閘管加反向電壓，此時不論是否加控制電壓，燈都不亮，晶閘管都不導(dǎo)通。這種狀態(tài)稱為晶閘管的反向阻斷。二、晶閘管可控整流電路

將單相半波整流電路中的整流二極管換成晶閘管就是單相可控半波整流電路1．單相可控半波整流電路（1）電路的結(jié)構(gòu)和組成單相可控半波整流電路的輸入輸出波形（2）電路的工作原理分析1）在ωt=0~α期間，u2為正半周，晶閘