电子基础知识DZXL01讲解

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1、 第 1 章 晶体二极管和二极管整流电路 本章学习目标 1.1 晶体二极管 1.2 晶体二极管整流电路 1.3 滤波器和硅稳压管稳压电路 本章小结 本章学习目标 1. 理解半导体的基本常识，掌握 PN 结的单向导电性。 2. 熟悉晶体二极管的外形、图形符号、文字符号。 3. 掌握晶体二极管的伏安特性和参数，会用万用表检测 二极管。 4. 理解整流的含义，清楚典型的整流电路类型，能分析其 工作原理，能进行相应的计算。 5. 理解滤波的概念，能清楚整流滤波器件和常用的滤波 方式，掌握滤波的电路形式，理解电容滤波及电感滤 波的工作原理，了解选择滤波电容的选择要求。 6. 熟悉稳压二极管的工作特性和参

2、数，理解硅稳压二极 管稳压电路的工作原理。 1.1 晶体二极管 1.1.1 晶体二极管的单向导电特性 1.1.2 PN 结 1.1.3 二极管的伏安特性 1.1.4 二极管的简单测试 1.1.5 二极管的分类、型号和参数 工程应用 1.1.1 晶体二极管的单向导电特性 (1)外形：由密封的管体 和两条正、负电极引线所组 成。管体外壳的标记通常表 示正极。如图所示； (2)符号： 三角形正极， 竖杠负极， V二极管的文字符号。 1晶体二极管 2晶体二极管的单向导电性： 动画 PN 结的单向导电性 (1)正极电位 负极电位，二极管导通； (2)正极电位 负极电位，二极管截止。 即二极管正偏导通，反

3、偏截止。这一导电特性称为二 极管的单向导电性。 例 1.1.1 如图所示电路中，当开关 S 闭合后，H1、H2 两个指示灯，哪一个可能发光？ 解 由电路图可知，开关 S 闭合后，只有二极管 V1正极 电位高于负极电位，即处于正向导通状态，所以 H1 指示灯发 光。 1.1.2 PN 结 PN 结的形成 二极管由半导体材料制成。 1半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物质。 如硅(Si)或锗(Ge)半导体。 半导体中，能够运载电荷的的粒子有两种： 自由电子：带负电 空穴：带与自由电子等量的正电 均可运载电荷载流子 载流子：在电场的作用下定向移动的自由电子和空穴 ，统称载流子，如图 所示。

4、半导体的两种载流子 动画 两种载流子 2本征半导体：不加杂质的纯净半导体晶体。如本征硅或 本征锗。 本征半导体电导率低，为提高导电性能，需掺杂，形成杂 质半导体。 3杂质半导体：为了提高半导体的导电性能，在本征半导 体(4 价)中掺入硼或磷等杂质所形成的半导体。 根据掺杂的物质不同，可分两种： (1)P 型半导体：本征硅(或锗)中掺入少量硼元素(3 价)所 形成的半导体，如P型硅。多数载流子为空穴，少数载流子为电 子。 (2)N 型半导体：在本征硅(或锗)中掺入少量磷元素(5 价) 所形成的半导体，如 N 型硅。其中，多数载流子为电子，少数 载流子为空穴。 将 P 型半导体和 N 型半导体使用

5、特殊工艺连在一起，形成 PN 结。 4PN 结：N 型和 P 型半导体之间的特殊薄层称为 PN 结 。PN 结是各种半导体器件的核心。如图所示。 PN 结 晶体二极管之所以具有单向导电 性，其原因是内部具有一个PN 结。其 正、负极对应于 PN 结的 P 型和 N 型 半导体。 P 区接电源正极，N 区接电源负极 ，PN 结导通；反之，PN 结截止。 PN 结具有单向导电特性。即： 动画 PN 结的形成 1.1.3 二极管的伏安特性 测试二极管伏安特性电路 1定义：二极管两端的 电压和流过的电流之间的关 系曲线叫作二极管的伏安特 性。 2测试电路：如图所示。 3伏安特性曲线：如图所示。 4特点

6、： 结论：正偏时电阻小，具有非线性。 导通后 V 两端电压基本恒定： VFVT 时，V 导通，IF 急剧增大。 正向电压 VF 小于门坎电压 VT 时，二极管 V 截 止，正向电流 IF = 0； 其中，门坎电压 (1)正向特性 (2)反向特性 VR VRM 时，IR 剧增，此现象称为反向电击穿。对应 的电压 VRM 称为反向击穿电压。 反向电压 VR VRM(反向击穿电压)时，反向电流 IR 很小，且近似为常数，称为反向饱和电流。 结论：反偏电阻大，存在电击穿现象。 1.1.4 二极管的简单测试 万用表检测二极管 将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时，黑表 笔接触处为正极，红表笔接触处

7、为负极。 1判别正负极性 用万用表检测二极管如图所示。 万用表测试条件：R 100 或 R1 k 挡； 2判别好坏 万用表检测二极管 万用表测试条件：R 1k。 (3)若正向电阻约几千欧，反向电阻非常大，二极管正常。 (2)若正反向电阻非常大，二极管开路。 (1)若正反向电阻均为零，二极管短路； 1.1.5 二极管的分类、型号和参数 1分类 (1)按材料分：硅管、锗 管 (2)按 PN 结面积：点接触 型(电流小，高频应用)、面接 触型(电流大，用于整流) (3)按用途：如图所示。 二极管图形符号 整流二极管：利用单向导电性把交流电变成直流电的二 极管。 稳压二极管：利用反向击穿特性进行稳压的

8、二极管。 发光二极管：利用磷化镓把电能转变成光能的二极管。 光电二极管：将光信号转变为电信号的二极管。 变容二极管：利用反向偏压改变 PN 结电容量的二极管 2型号举例如下： 整流二极管2CZ82B 稳压二极管2CW50 变容二极管2AC1 等等。 3主要参数 主要参数：稳定电压 VZ、稳定电流 IZ、最大工作电流 IZM、最大耗散功率 PZM、动态电阻 rZ 等。 (2)稳压二极管 反向漏电流 IR ：规定的反向电压和环境温度下，二极 管反向电流值。 最高反向工作电压 VRM ：二极管允许承受的反向工作电 压峰值。 最大整流电流 IFM ：二极管允许通过的最大正向工作电 流平均值。 (1)普

9、通整流二极管 工程应用 发光二极管和光电二极管的检测 1. 发光二极管的检测与普通二极管的检测方法基本相似，但由 于发光二极管的正向导通电压一般在 1.5 V 以上，故检测时 必须用万用表的 R 10k 挡，正向电阻小于 50 k ，反相电 阻大于 200 k 时发光二极管为正常。 2. 由于光电二极管工作时应加反向电压，故检测时着重观察反 向电阻在有无光照时的变化，用万用表的 R 1k 挡，当有 光照时，反向电阻小，无光照时，反向电阻大为正常，当无 光照时电阻差别很小，表明光电二极管的质量不好。 1.2 晶体二极管整流电路 1.2.1 单相半波整流电路 1.2.2 单相桥式整流电路 1.2

10、晶体二极管整流电路 整流：把交流电变成直流电的过程。 整流原理：二极管的单向导电特性 二极管单相整流电路：把单相交流电变成直流电的电路。 半波整流 桥式整流 倍压整流 单相整流电路种类 1.2.1 单相半波整流电路 1电路 如图(a)所示 V：整流二极管，把交流电变 成脉动直流电； T：电源变压器，把 v1 变成整 流电路所需的电压值 v2。 2. 工作原理 设 v2 为正弦波，波形如前页图 (b) 所示。 (1)v2 正半周时，A 点电位高于 B 点电位，二极管 V 正偏 导通，则 vL v2； (2)v2 负半周时，A 点电位低于 B 点电位，二极管 V 反偏 截止，则 vL 0。 由波形

11、可见，v2 一周期内，负载只用单方向的半个波形， 这种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动直流电。 上述过程说明，利用二极管单向导电性可把交流电 v2 变 成脉动直流电 vL。由于电路仅利用 v2 的半个波形，故称为半 波整流电路。 3负载和整流二极管上的电压和电流 (1)负载电压 VL VL = 0.45 V2 (1.2.1) (2)负载电流 IL (1.2.2) (3)二极管正向电流 IV 和负载电流 IZ (1.2.3) (4)二极管反向峰值电压 VRM (1.2.4) 选管条件 (1)二极管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰值电 压； (2)二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管

12、的实际 工作电流。 电路缺点：电源利用率低，纹波成分大。 解决办法：全波整流。 1.2.2 单相桥式整流电路 1电路如图V1 V4 为整流二极管 ，电路为桥式结构 (2)v2 负半周时，如图(b)所示，A 点电位低于 B 点电位， 则 V2、V4 导通(V1、V3 截止)，i2 自上而下流过负载 RL。 桥式整流电路工作过程 2工作原理 (1)v2 正半周时，如图(a)所示，A 点电位高于 B 点电位， 则 V1、V3导通(V2、V4截止)，i1 自上而下流过负载 RL； 由波形图可见，v2 一 周期内，两组整流二极管 轮流导通产生的单方向电 流 i1 和 i2 叠加形成了 iL。 于是负载得

13、到全波脉动直 流电压 vL。 桥式整流电路工作波形图 3负载和整流二极管上的电压和电流 (1)负载电压 VL (1.2.9) (2)负载电流 IL (1.2.10) (3)二极管的平均电流 IV (1.2.11) (4)二极管承受反向峰值电压 VRM (1.2.12) 优点：输出电压高，纹波小，VRM 较低，应用广泛。 4桥式稳流电路的简化画法 例1.2.1 有一直流负载，需要直流电压 VL= 60 V ，直流 电流 IL= 4 A。若采用桥式整流电路，求电源变压器二次电压 V2 选择整流二极管。 解 因为 VL = 0.9V2 所以 流过二极管的平均电流 二极管承受的反向峰值电压 查晶体管手册，可选用整流电流为 3 安培，额定反向工作电 压为 100 V 的整流二极管 2CZ12A(3 A/100 V)4 只。 半桥和全桥整流堆 整流元件组合件称为整流堆，常见的有： (1)半桥：2CQ 型，如图(a)所示； (2)全桥：QL 型，如图(b)所示。 优点：电路组成简单、可靠。 1.3 滤波器和稳压器 1.3.1 滤波器 1.3.2 硅稳压二极管稳压电路 1.3.1 滤波器 特点：电容器与负载并联。 作用：滤除脉动直流电中 脉动成分。 种类：电容滤波器、电感 滤波器、复式滤波器 1电路 一、电容滤波器 2工作原理：