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1、江 西 省 电电 子 信 息 技 师师 学 院 项目1 直流稳压电源 的制作 直流稳压电源的基本任务是将 电力网交流电压变换为电子设备所 需要的稳定的直流电源电压 1 2 内容提要内容提要 半导体器件的识别与检测半导体器件的识别与检测 1 1 整流滤波电路的应用整流滤波电路的应用 2 2 小功率直流稳压电源的制作与调试小功率直流稳压电源的制作与调试 3 3 5 5 基准稳压电路的分析与检测基准稳压电路的分析与检测 3 3 4 4 比较放大电路的分析比较放大电路的分析 3 3 3 3 Date 2 3 任务一 半导体器件的识别与检测 n任务目标 1 了解半导体的基础知识 讨论晶体二极管的特 性
2、参数和简单应用电路 2 学习二极管 三极管使用常识和万用表检测方 法 n任务教学方式 教学建议 半导体基础知识的学习中 应结合多媒体课件演 示二极管 三极管内部结构 PN结形成机理和两者特性 评估检测 教师与学生共同完成任务的检测与评估 并能对 出现的问题进行分析与处理 Date 3 4 任务一 半导体器件的识别与检测 n1 本征半导体 纯净的单晶半导体称为本征半导体 n2 杂质半导体 掺入杂质的半导体称为杂质半导体 1 N型半导体 多数载流子是电子 2 P型半导体 多数载流子是空穴 3 PN结 1 PN结的形成 2 PN结的单向导电特性 知识1 半导体基本知识 在N型半导体中 虽然自由电子数
3、远大于空穴数 但由于施主离 子的存在 使正 负电荷数相等 即自由电子数等于空穴数加正离 子数 所以整个半导体仍然显电中性的 Date 4 5 n1 PN结加正向电压 n2 PN结加反向电压 给P区加高电位 同时N区加低 电位 称PN结加正向电压或正向偏 置 简称正偏 给P区低电位 N 区高电位 称为PN结加反向电压或 反向偏置 简称反偏 PN结具有单向导电特性 Date 5 6 任务一 半导体器件的识别与检测 n1 晶体二极管 二极管的核心是PN结 各种颜色的发光 二极管 常见晶体二极管实物外形及极性标志 知识2 晶体二极管 三极管 Date 6 7 n通常按用途分为 整流二极管 开关二极管
4、检波 二极管 变容二极管 稳压二极管 阻尼二极管 发光二极管 光电二极管等 n按结构又分为面接触和点接触二极管 n按工作原理分为隧道二极管 变容二极管 雪崩二 极管等 二极管的分类二极管的分类 Date 7 8 二极管的伏安特性 在小功率二极管正常 工作的电流范围内 管压 降 正向压降 硅管约为 0 6 0 8V 锗管约为0 1 0 3V 硅管的导通电压 或死区电压UD ON 为 0 5 0 6V 锗管的 死区电压UD ON 为 0 1 0 2V Date 8 9 做一做 晶体二极管的识别与检测 负极 正极 Date 9 10 表1 4晶体二极管的检测数据记录表 型号封装 形式 万用表挡挡位
5、开关位置 PN正向 电电阻 PN反向 电电阻 好 坏 2AP9 1N40 01 1N41 48 Date 10 11 n2 三极管及其组成的基本放大电路 发射结发射结集电结集电结 Date 11 12 n 1 晶体管放大偏置及电流分配关系 n放大的外部电压条件 放大偏置 发射 结正偏 集电结反偏 Date 12 13 NPN管电流分配示意图 当晶体管处于发射结正偏 集电结反偏 的放大状态下 由于发射结正偏 因而结两 侧多子的扩散占优势 这时发射区电子源源 不断地越过发射结注入到基区 形成电子注 入电流IEN 注入基区的电子 成为基区中的非平 衡少子 它在发射结处浓度最大 而在集电 结处浓度最小
6、 在扩散过程中 非平衡电子 会与基区中的空穴相遇 使部分电子因复合 而失去 但由于基区很薄且空穴浓度又低 所以被复合的电子数极少 而绝大部分电子 都能扩散到集电结边沿 基区中与电子复合 的空穴由基极电源提供 形成基区复合电流 IBN 它是基极电流IB的主要部分 由于集电结反偏 在结内形成了较强的 电场 因而 使扩散到集电结边沿的电子在 该电场作用下漂移到集电区 形成集电区的 收集电流ICN Date 13 14 n例1 1已知某晶体管处于放大状态 试判别 各管脚对应的电极 管类型及管材料 解 放大状态时 根据管子b极处于 中间电极电位的特点 可确定b极 再由与Ub相差零点几伏电位对应的 电极为
7、e极 最后即为c极 根据三 个电极电位关系判断管类型 发射 结电压值判断管材料 本题中 该 管为PNP型管 脚为b 脚为e 脚为c Date 14 15 n 2 晶体管伏安特性曲线 a 共基接法 b 共射接法 c 共集接法 根据输入 输出回路公共端所接的电极不同 实际有共射极 共集电极和共基极三种基本 组态 放大器 Date 15 16 共射输入特性曲线 共射输出特性曲线 输出特性曲线是反映三极管输 出回路电压与电流关系的曲线 是 指基极电流IB为某一定值时 集电 极电流IC与集电极电压UCE之间的 关系 输入特性曲线是 反映三极管输入回路 电压和电流关系的关 系 是表示输出电压 UCE为定值
8、时 IB与UBE 对应关系的曲线 Date 16 17 n2 饱和区 发射 结和集电结均处于 正偏的区域为饱和 区 n3 截止区 发射 结和集电结均为反 偏 且iB ICBO 对 于大功率管 由于 ICBO很大 不能忽略 其影响 的区域为 截止区 n1 放大区 发射结为正偏 集电结反偏的工作区 域为放大区 Date 17 18 做一做 晶体三极管的识别与检测 a 塑封管 b 金属壳封装管 c 片状管 Date 18 19 NPN管 三极管集电极 发射极判别示意图 Date 19 20 表1 6 晶体三极管检测数据记录 表 三极管型号封装形式万用表挡挡位开关位置管型管脚排列顺顺序 画图图 3AX
9、31 3DG201 2SC1815 Date 20 21 任务二 整流滤波电路的应用 n任务目标 1 掌握单相半波整流电路 单相全波整流电路 桥式全波整流电路 电容滤波电路 电感滤波 电路的结构 能对原理进行简单的分析 2 了解倍压整流原理和应用电路 n任务教学方式 n教学建议 采用仿真技术 对各类整流滤波电路 仿真过程进行投影 通过仿真结果 重点比较它 们之间的结构和特点 并进行总结 Date 21 22 任务二 整流滤波电路的应用 n知识1 整流电路之一 单相半波整流 电路 iLu1 u2 a T b D RLuo uo uL D导通 时产生 a b Date 22 23 n电压极性如图
10、a 所示 在变压器次级电压u2为正半周 a b 时 整流二极管D正向偏置而导通 电流经二极管 流向负载RL 而在次级电压u2为负半周时 二极管D反向偏 置而截止 电流基本上等于零 所以 在负载电阻RL两端 得到的电压极性是单向的 因为这种电路只有在交流电压 半个周期内才有电流流过负载 即负载上得到一个单向的 半波脉动电流 故称半波整流电路 U U2 2 为变压器二次绕组电压有效值为变压器二次绕组电压有效值 负载电流平均值负载电流平均值 Date 23 24 n例1 2 已知某单相半波整流电路的负载RL 25 若要求输出电压UL 110V 应选何种型号的 整流二极管 n 解 由式UL 0 45U
11、2可得 n U2 UL 0 45 110 0 45 244 4V n Iv UL RL 110 25 4 4A nUvfm U2 244 4 345 6V n根据以上数据 查二极管工作手册 可选择最 大整流电流为5A 最高反向工作电压为400V的 整流二极管2CZ57F Date 24 25 做一做 半波整流电路的仿真测试 Date 25 26 n知识2 整流电路之二 单相全波整流 电路 u1 u2 a T b D1 RL uo uL D2 u2 iL u2 u2 uo uL D1导 通产生 D2导通 产生 D1导通 产生 Date 26 27 n当u2为正半周 即极性为上正下负 时 D1正向
12、偏 置而导通 D2承受反向偏压而截止 有电流IL流 过负载RL 在负载上得到的输出电压极性为上正 下负 当u2为负半周时 此时D1截止 D2导通 电流IL流过负载RL时产生的电压极性与正半周相 同 因此在负载上得到一个单向的脉动电压 全波整流电路负载上的平均电流为 全波整流电路负载上的平均电流为 在全波整流电路中 在全波整流电路中 D D 1 1 和和D D 2 2 是轮流导通的 所以每个整流是轮流导通的 所以每个整流 管的平均电流管的平均电流I I D D 应为输出平均电流的一半 即应为输出平均电流的一半 即 Date 27 28 做一做 单相全波整流电路的仿真测试 Date 28 29 n
13、知识3 整流电路之三 单相桥式整流 电路 桥式整流电 路常用画法 Date 29 30 u2正半周时电流通路 u1 u2 T D4 D2 D1 D3 RL uo u1 u2 T D4 D2 D1 D3 RL u2负半周时电流通路 uo uL 负载的直流电流是由二 极管D1 D3和D2 D4轮流 提供的 因此二极管的整 流电流应是负载直流电流 的一半 但二极管承受的 最大反峰电压与全波整流 时不同 如正半周时 D1 D3导通 D2 D4截止 此时二极管反向峰值电压 等于 U2 Date 30 31 例1 3 若采用单相全波桥式整 流电路来获得例题1 2相同数值 的输出电压和电流 问变压器 次级电
14、压应为多大 应选何种 型号的整流二极管 解 变压器次级电压为 U2 UL 0 9 110 0 9 122 2V 二极管整流电流和反向耐压为 IV IL 2 4 4 2 2 2A Uvfm U2 172 8V 根据以上数据 查二极管工作 手册 可选择最大整流电流为 3A 最高反向工作电压为200V 的整流二极管2CZ56D 桥式全波整流电路中的电流和电压 Date 31 32 a 为电容滤波电路 b 为电感电容滤波电路 倒L型 c 为RC 型滤波电路 滤波电路的种类滤波电路的种类 Date 32 33 做一做 桥式全波整流电路的仿真测试 Date 33 34 n知识4 滤波电路之一 电容滤波电路
15、 考虑到二极管正向内阻 很小 变压器次级绕组电阻 也很小 uc迅速 充电时间 很短 跟随u2到峰值 u2达峰 值后开始下降 而电压uc也 将由于放电而逐渐下降 当 u2uc 二极管又导通 输 出电压如图 b 中实线所示 当电路接通电源 u2的正半周由零逐渐增大时 二极管D导通 流过 D的电流一路流向负载RL 一路向电容C充电贮能 电容端电压uc的极性 为上正下负 Date 34 35 n知识4 滤波电路之一 电容滤波电路 u2 t uo t Date 35 36 n 1 加入电容滤波之后 输出电压的直流成份提高了 脉动成分 降低了 n对半波整流来说 负载电压近似为 UL U2 n对桥式全波整流
16、来说 负载电压近似为 UL 1 2U2 n 2 若电容放电时间常数越大 放电过程越慢 则输出电压越高 同时脉动成分也越少 即滤波效果越好 所以滤波电容的容量应 较大 且要求负载RL也大 因此 电容滤波适用于负载电流较小 且负载电流变化不大的场合 n电解电容与负载并联时 注意极性不能接反 为安全起见 电解电 容耐压值应大于 U2 n实际电路中 选择滤波电容时 RL C 式中T为电网交 流电压的周期 n 3 电容滤波电路中整流管的导通时间缩短了 当次级电压从峰 值下降时 一旦小于变化中的电容端电压UC 二极管就截止 且电 容放电时间常数越大 二极管导通时间越短 电流对整流管冲击越 大 因此 必须选择最大整流电流较大的二极管 Date 36 37 RC 型滤波电路 有源滤波电路 Date 37 38 做一做 电容滤波电路的仿真测试 Date 38 39 n知识5 滤波电路之二 电感滤波电路 u2u1 RL uo u L L 电感滤波特点 1 滤波过程中 很大一部分交流分量降落在电感上 降低了负载电压的脉动成 分 且电感量L越大 RL越大 滤波效果越好 因此电感滤波适用于负载电流较大 的场合
