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1、电子技术应用项目式教程配套课件,目 录项目一 直流稳压电源的制作项目二 简易助听器的制作项目三 红外线报警器的制作项目四 简易电梯呼叫系统的设计与制作项目五 数字钟电路设计,项目一 直流稳压电源的制作,任务一 二极管的识别与选择,任务二 整流滤波电路的组装与测试,任务三 稳压电路的组装与调试,电源变压器：把电网提供的220V交流电压变换成所需要的交流电压u2。,整流电路：将正弦交流电压u2变为单方向的脉动直流电压u3。,滤波电路：是利用储能元件电容器、电感线圈，滤除脉动直流电中的交流成分，获得平滑的直流电u4。,项目剖析,任务一 二极管的识别与选择,半导体二极管简称二极管，是电子线路中最常用的
2、半导体器件，二极管是由一个PN结加上管壳封装而成，具有单向导电性：当外加正向电压时，二极管导通呈低电阻；当外加反向电压时，二极管截止呈高电阻。通过用万用表检测其正、反向电阻值，可以判别出二极管的电极，还可估测出二极管的好坏。,半导体的最外层电子数一般为4个，在常温下存在的自由电子数介于导体和绝缘体之间，因而在常温下半导体的导电能力也是介于导体和绝缘体之间。 常用的半导体材料有硅、锗、硒等。,一、半导体基本知识,任务一 二极管的识别与选择,Si(硅原子),Ge(锗原子),最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同特征是四价元素，即每个原子最外层电子数为4个。,硅原子和锗原子的简化模型图,
3、因为原子呈电中性，所以简化模型图中的原子核只用带圈的+4符号表示即可。,本征半导体原子核最外层的价电子都是4个，称为四价元素，它们排列成非常整齐的晶格结构。每一个原子均与相邻的四个原子结合，即与相邻四个原子的价电子两两组成电子对，构成共价键结构。,实际上半导体的晶格结构是三维的。,晶格结构,共价键结构,1. 本征半导体,纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体称为本征半导体。,从共价键晶格结构来看，每个原子外层都具有8个价电子。但价电子是相邻原子共用，所以稳定性并不能象绝缘体那样好。,在游离走的价电子原位上留下一个不能移动的空位，叫空穴。,受光照或温度上升影响，共价键中价电子的热运动加剧，
4、一些价电子会挣脱原子核的束缚游离到空间成为自由电子。,由于热激发而在晶体中出现电子空穴对的现象称为本征激发。,本征激发的结果，造成了半导体内部自由电子载流子运动的产生，由此本征半导体的电中性被破坏，使失掉电子的原子变成带正电荷的离子。,由于共价键是定域的，这些带正电的离子不会移动，即不能参与导电，成为晶体中固定不动的带正电离子。,受光照或温度上升影响，共价键中其它一些价电子直接跳进空穴，使失电子的原子重新恢复电中性。,价电子填补空穴的现象称为复合。,参与复合的价电子又会留下一个新的空位，而这个新的空穴仍会被邻近共价键中跳出来的价电子填补上，这种价电子填补空穴的复合运动使本征半导体中又形成一种不
5、同于本征激发下的电荷迁移，为区别于本征激发下自由电子载流子的运动，我们把价电子填补空穴的复合运动称为空穴载流子运动。,半导体与金属导体导电机理本质上的区别： 金属导体中只有自由电子一种载流子参与导电；而半导体中则是由本征激发产生的自由电子和复合运动产生的空穴两种载流子同时参与导电。两种载流子电量相等、符号相反，电流的方向为空穴运动的方向即自由电子运动的反方向。,半导体内部，自由电子和空穴的运动总是共存的，且在一定温度下达到动态平衡。,半导体的导电机理,半导体的导电能力虽然介于导体和绝缘体之间，但半导体的应用却极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的：,光敏性半导体受光照后，其导电能力大大增强；,
6、热敏性受温度的影响，半导体导电能力变化很大；,掺杂性在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电 能力极大地增强；,半导体材料的独特性能是由其内部的导电机理所决定的。,2. 半导体的特性,在本征半导体掺入某种元素的微量杂质，将使掺杂后的杂质半导体的导电性能大大增强。,五价元素磷(P),掺入磷杂质的硅半导体晶格中，自由电子的数量大大增加。因此自由电子是这种半导体的导电主流。,在室温情况下，本征硅中的磷杂质等于10-6数量级时，电子载流子的数目将增加几十万倍。掺入五价元素的杂质半导体由于自由电子多而称为电子型半导体，也叫做N型半导体。,3. 杂质半导体,三价元素硼(B),掺入硼杂质的硅半导体晶格中，空穴载流
7、子的数量大大增加。因此空穴是这种半导体的导电主流。,掺入三价元素的杂质半导体，由于空穴载流子的数量大大于自由电子载流子的数量而称为空穴型半导体，也叫做P型半导体。在P型半导体中，多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子，而不能移动的离子带负电。,不论是N型半导体还是P型半导体，其中的多子和少子的移动都能形成电流。但是，由于多子的数量远大于少子的数量，因此杂质半导体的导电性能主要取决于多子浓度。多子浓度主要取决于掺杂浓度。,注意：,掺入杂质后虽然形成了N型或P型半导体，但整个半导体晶体仍然呈电中性。,4. PN结及其单向导电性,PN结形成的过程中，多数载流子的扩散和少数载流子的漂移共存。开始时多子
8、的扩散运动占优势，扩散运动的结果使PN结加宽，内电场增强；另一方面，内电场又促使了少子的漂移运动：削弱了内电场，使PN结变窄。最后，扩散运动和漂移运动达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本稳定，即PN结形成。,P区,N区,空间电荷区变窄,i,PN结的正向偏置,P区,N区,空间电荷区变宽,PN结的反向偏置,二、半导体二极管,箭头指向为二极管正向导通电流方向， 使用二极管时，必须注意极性不能接反，否则电路非但不能正常工作，还有毁坏管子和其他元件的可能。,1.基本结构,二极管的类型,点接触型：结面积小，适用于 高频检波、脉冲电路及计算机中的开关元件。,外壳,触丝,N型锗片,正极引线,负极引线,面接触型：
9、结面积大，适用于 低频整流器件。,负极引线,底座,金锑合金,PN结,铝合金小球,正极引线,负极引线,P型硅,二氧化硅层,PN结,正极引线,平面型：PN结面积可大可小，用在高频整流和开关电路中,二极管的类型,2. 二极管的伏安特性,二极管的伏安特性是指流过二极管的电流与两端所加电压的函数关系。,二极管的伏安特性呈非线性，特性曲线上大致可分为四个区：,2.外加正向电压超过死区电压(硅管0.5V，锗管0.1V)时，内电场大大削弱，正向电流迅速增长，二极管进入正向导通区。硅二极管的正向导通电压约为0.7V，锗二极管的正向导通电压约为0.3V。,死区,正向导通区,反向截止区,1.当外加正向电压很低时，由
10、于外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，故正向电流很小，几乎为零。这一区域称之为死区。,4. 外加反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流突然增大，二极管失去单向导电性，进入反向击穿区。,反向击穿区,3.反向截止区内反向饱和电流很小，可近似视为零值。,3.二极管的主要参数,1）最大整流电流IFM：指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。其大小由PN结的结面积和外界散热条件决定。,2）最高反向工作电压URM：指二极管长期安全运行时所能承受的最大反向电压值。一般取击穿电压的一半作为最高反向工作电压值。,3）反向电流IR：指二极管未击穿时的反向电流。IR值越小，二极管的单
11、向导电性越好。反向电流随温度芙蓉变化而变化较大。,4）最大工作频率fM：此值由PN结的结电容大小决定。若二极管的工作频率超过该值，则二极管的单向导电性能将变得较差。,4.二极管的识别与检测,（1）二极管的型号命名,4.二极管的识别与检测,（2）二极管极性判别和性能检测,二极管的正、负极性一般都标注在其外壳上，有时会将二极管的图形直接画在其外壳上。两引脚若是轴向引出，则在二极管外壳上印有标记，有时在负端以色环（点）标志，用以区分正负极。,1）从外观判别二极管的极性,2）万用表检测普通二极管的极性,万用表测量二极管极性是根据二极管正向电阻小，反向电阻大的特点，用万用表的R100或 R1k档测量二极
12、管的正、反向电阻。若两次阻值相差很大，说明该二极管性能良好。并根据测量电阻小的那次的表棒接法，判断出与黑表棒连接的是二极管的正极，与红表棒连接的是二极管的负极。,当uiUS时，二极管导通，uo=US,US,uo,US,VD导通,t,当uiUS时，二极管截止，uo=ui,uo=US,uo=ui,VD截止,5.二极管的应用,（1）限幅电路,1.当输入端A点电位VAV，二极管VD正偏导通，若忽略二极管的管压降，VF=VA。,2.当输入端A点电位VAV，二极管VD反偏截止，电阻R上无电流通过，VF=V。,VAV,VF=VA,VAV,VF=V,将电路中某点电位值钳制在一个固定数值上，而不受负荷变动影响的
13、电路称为钳位电路。,（2）钳位电路,稳压二极管的反向电压几乎不随反向电流的变化而变化，这就是稳压二极管的显著特性。,稳压二极管是一种特殊的面接触型二极管，其反向击穿可逆。,正向特性与普通二极管相似,反向击穿特性,IZ,1. 稳压二极管,实物图,图符号及文字符号,显然稳压管的伏安特性曲线比普通二极管的更加陡峭。,三、特殊二极管,为了发挥稳压管的稳压作用，在使用时要注意以下几点：1）稳压管使用时必须加反向电压即正极接低电位，负极接高电位。2）稳压管在电路中应与被稳压的负载并联连接。3）为防止稳压管反向工作电流超过最大值而过热损坏，使用时必须串联限流电阻。,汽车仪表稳压电路,发光二极管是一种能把电能
14、直接转换成光能的固体发光元件。发光二极管和普通二极管一样，管芯由PN结构成，具有单向导电性。,实物图,图符号和文字符号,发光管正常工作时应正向偏置，因发光管属于功率型器件，因此死区电压较普通二极管高，其正偏工作电压至少要在1.3V以上。,2.发光二极管,3.光电二极管,PN结顶部由玻璃窗口的金属材料封装或用透明树脂封装，以便于接受光的照射。在PN结受到光线照射时，可以激发产生电子空穴对，从而提高了少数载流子的浓度。无光照时，反向电流很小；有光照时，反向电流急剧增加，且光照越强，反向电流越大。,任务一 二极管的识别与选择,任务内容和步骤,1.常用二极管的识别观察二极管的外形，根据外壳标志或封装形
15、状，区分两引脚的正、负极性；根据二极管的型号，查阅资料，确定二极管的符号、类型与用途。2.二极管的判别及检测1）用指针万用表测量1N4007整流二极管、2AP9检波二极管。2）用数字万用表测量1N4007整流二极管、2AP9检波二极管3.二极管单向导电性实验 按图连接电路，观察小灯泡的亮灭情况。,能将大小和方向都随时间变化的交流电变换成单方向的脉动直流电的过程称为整流。利用二极管的单向导电性，就能组成整流电路。整流电路虽将交流电变为直流电，输出的却是脉动电压。这种大小变动的脉动电压，除了含有直流分量外，还含有不同频率的交流分量，这就远不能满足大多数电子设备对电源的要求。为了改善整流电压的脉动程
16、度，提高其平滑性，在整流电路中都要加滤波电路。滤波电路利用电抗性元件对交直流阻抗的不同，实现滤波。,任务二 整流滤波电路的组装与测试,将交流电变换成脉动的直流电,u2正半周，二极管VD导通，忽略管压降时，输出电压UO等于u2。,u2负半周，二极管VD反偏截止，UO等于0。,电路实现了半波整流。,一、单相半波整流电路,流过整流二极管的平均电流：,二极管承受的反向峰值电压为：,常用于整流电流较小、对脉动要求不高的电子仪器和家用电器中。,电路特点：,结构简单，输出电流适中；输出电压脉动较大，整流效率低。,输出电压平均值：,单相桥式整流电路,VD1-VD4为整流元件,组成桥式结构,电源变压器,负载,Tr,RL,uo,u1,VD4,VD2,VD1,VD3,A,B,C,D,二、单相桥式整流电路,uo,（1）正半周时电流通路,承受反压截止,VD1和VD3导通，VD2和VD4截止。,uo,承受反压截止,（2）负半周时电流通路,VD1和VD3截止，VD2和VD4导通。,u20 时,VD1,VD3导通VD2,VD4截止电流通路:A VD1RLVD3B,u20 时,VD2,VD4导通VD1,VD3截止电流通
