中职中专-电子线路 课件01

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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数，理解硅稳压二极 管稳

2、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，反偏截止。这一导电特性称为二 极管的单向导电性。例 1.1.1

3、 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。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

4、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

5、 。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：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

6、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

7、 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

8、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

9、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 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

10、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

11、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(

12、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

13、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

14、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：利用电容器两端电压不能突 变原理平滑输出电压。在 0 t1 期间，因 v2 的作用， V 正偏导通，电容 C 充电，波形 如图(b)中 OA 所示；在 t1 t2 期间，因 v2 v2，V 正偏导通，电容再次充电，波形 如图(b)中 BC。具有电容滤波器的 半波整流电路重复上述过程，可得近于平滑波形。这说明，通过电容的 充放电，输出直流电压中的脉动成分大为减小。全波整流电容滤波输出波形如

15、图所示。工作原理与半波整流电路相同，不同点是：v2 正、负半周内 ，V1、V2 轮流导通，对电容 C 充电两次，缩短了电容 C 向负载 的放电时间，从而使输出电压更加平滑。输出电压估算公式为 VL 1.2V2应用：小功率电源。全波整流电路电容滤 波输出波形工程应用 一、电容滤波的直流电压输出及整流管与滤波电容的选择电容滤波的整流电路输出电压与整流管的选择 IL1.2V2V2桥式整流 电路ILV2V2半波整流 电路通过的 电流最大反 向电压带负载时 的电压 (估算值)负载开路 时的电压二极管的电压与电流整流电路的输出电压 输入交流 电压 (有效值)整流电路 的类型1电容滤波的整流电路输出电压与整

16、流管的选择2. 滤波电容的选择 电容的选择从电容耐压和容量两个方面考虑：(1)耐压：在电路中电容耐压值要大于负载开路时整流 电路的输出电压。(2)电容容量：滤波电容器 C 的容量选择与电路中的负 载电流 IL 有关，当负载电流加大后，要相应的增加电容量。 表 列出的数据供选用时参考滤波电容容量表 输输出电电流 IL/ A210.5 10.1 0.50.05 0.140.05 以 下 电电容器容 量 C/ F400020001000500200 500100注：此为全波整流电容滤波在 VL = 12 36 V 时的参考值。缺点：体积大、重量大。带电感滤波器 二、电感滤波器 1电路特点：电感与负载串联2工作原理利用流过电感电流不能突变原理平滑输出电流。当电路电流增加时，电感存储能量；当电流减小时，电感 释放能量。使