电子技术基础与技能第1章课件.ppt

1、技能目标技能目标 1. 会使用万用表检测二极管好坏和判别极性。会使用万用表检测二极管好坏和判别极性。 2. 会用万用表、示波器测量和观察整流滤波电路输出会用万用表、示波器测量和观察整流滤波电路输出波形。波形。 3. 会查阅半导体手册，能按要求选用二极管。会查阅半导体手册，能按要求选用二极管。1.1 认识二极管认识二极管1.1.1 1.1.1 二极管外形与结构二极管外形与结构 1. 1. 常见的二极管外形常见的二极管外形 2. 二极管的结构二极管的结构1）点接触型二极管的结构）点接触型二极管的结构 2. 二极管的结构二极管的结构2）面接触型二极管的结构）面接触型二极管的结构 3. 二极管的符号二

2、极管的符号 演示实验演示实验二极管的单方向导电特性二极管的单方向导电特性 二极管分类二极管分类 1. 按构成二极管的半导体种类，可分为硅管和锗管；按构成二极管的半导体种类，可分为硅管和锗管； 2. 按二极管的耗散功率，可分为大功率管和小功率管；按二极管的耗散功率，可分为大功率管和小功率管； 3. 按二极管的工作频率，可分为高频管和低频管；按二极管的工作频率，可分为高频管和低频管； 4. 按二极管的用途，可分为普通管、整流管、变容管、按二极管的用途，可分为普通管、整流管、变容管、稳压管、开关管和阻尼管等。稳压管、开关管和阻尼管等。 1.1.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线

3、，如图二极管的伏安特性曲线，如图1-8所示。所示。 图图1-8 二极管伏安特性曲线二极管伏安特性曲线1.1.3 1.1.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 【最大整流电流【最大整流电流IF】 IF是指二极管用于整流时，所允许是指二极管用于整流时，所允许通过的最大正向平均电流值。通过的最大正向平均电流值。 【最大反向工作电压【最大反向工作电压URM】 URM是指为避免击穿所能是指为避免击穿所能加于二极管的最大反向电压。加于二极管的最大反向电压。 【反向电流【反向电流IR (反向饱和电流反向饱和电流)】 反向电流反向电流IR是指在室是指在室温环境下，在最大反向工作电压下的反向电流值。温环境下，在

4、最大反向工作电压下的反向电流值。 【最高工作频率【最高工作频率fH】 最高工作频率最高工作频率fH是指保持二极管是指保持二极管单向导电性时，允许通过交流信号的最高频率。单向导电性时，允许通过交流信号的最高频率。1.1.4 给二极管体检给二极管体检 用万用表的欧姆挡进行判别。用万用表的欧姆挡进行判别。判别依据是二极管的单向导电性，判别依据是二极管的单向导电性，其反向电阻远大于正向电阻其反向电阻远大于正向电阻。 a) 测正向电阻 b) 测反向电阻 判别硅管、锗管判别硅管、锗管 用万用表测量二极管正向压降，硅二极管一般为用万用表测量二极管正向压降，硅二极管一般为0.60.7V，锗管为锗管为0.10.

5、3V。 1.2 二极管的应用二极管的应用 1.2.1 整流电路整流电路 1.单相半波整流电路 1）电路结构 2）单相半波整流电路工作波形 3）单相半波整流电路电量计算负载上输出的平均电压UO为 UO= 0.45U2 (1-1)式中，U2为u2的有效值。流过负载和二极管的平均电流ID为 ID = UO / RL= 0.45U2/RL (1-2)二极管承受的最大反向电压URM (1-3) 2RM2UU4）二极管的选择 一般根据流过二极管的平均电流ID和它承受的最大反向电压URM来选择二极管的型号，为保证器件安全，选择二极管时要求 IF（1.52）ID URM （1.52）UR 例例1-1 如图1-

6、10a所示，纯电阻性负载RL为60，要求电压UO为12 V，求变压器二次绕组的有效值U2和流过二极管的电流ID，并选择合适的二极管。解：解： UO = 0.45U2二极管承受最大反向电压，根据计算结果，查阅电子器件手册选择二极管1N4002 (URM=100V，IDM=1A) 。V7 .26V45. 01245. 0O2UUmA200A2 . 06012LODRUIV6 .37V7 .26222RMUU2.单相桥式整流电路1）电路结构 图1-15 单相桥式整流电路 2)工作原理 图1-16 u2为正半周 图1-17 u2为负半周 图1-19 单相桥式整流电路的波形 3) 电量计算负载上输出的平

7、均电压UO为 UO= 0.9U2 (1-4)流过负载的平均电流IL为 IL= UO / RL=0.9U2 /RL (1-5)流过二极管的平均电流ID为 ID = IL / 2 = 0.45U2 /RL (1-6)二极管所承受的最大反向电压URM为 (1-7) 2RM2UU2RM2UU例例1-2 如图1-13，已知桥式整流电路负载电阻为80，流过电阻的电流为1.5 A，求变压器二次绕组的电压，并选择二极管。解解：(1) UO=ILRL=1.580 =120V UO=0.9 U2 U2= UO/0.9=120/0.9=133V (2) 根据计算的结果，并考虑电网电压的波动，查阅电子器件手册选择二极

8、管1N5104 (URM=400V，IDM=1.5A)。 A75. 0A25 . 121LDIIV188V133222RMUU3. 三相桥式整流电路1）电路结构 图1-24 三相桥式整流电路 2）工作原理 三相桥式整流电路共有六只二极管，其中VD1、VD3、VD5三只管子的阴极连接在一起，称为共阴极组；VD4、VD6、VD2三只管子的阳极连接在一起，称为共阳极组。 导通原则导通原则 三相对称交流电源U、V、W的波形如图1-26a所示。共阴极组的二极管哪一个阳极电位最高，哪只二极管优先导通；共阳极组的二极管哪一个阴极电位最低，哪只二极管优先导通。同一个时间内只有两只二极管导通，即共阴极组的阳极电

9、位最高的二极管和共阳极组的阴极电位最低的二极管构成导通回路，其余四只二极管承受反向电压而截止。在三相交流电压自然换相点换流导通。 图1-25 三相桥式整流电路的电压波形 3）电量计算负载电阻RL上的平均电压为 Uo = 2.34U2 (1-8)式中，U2为相电压的有效值。流过负载的平均电流IL为 IL= UO / RL=2.34U2 /RL (1-9)流过二极管的平均电流ID为 ID = IL /3 = 0.78U2 /RL (1-10)二极管所承受的最大反向电压URM为 (1-11) 2RM6UU1.2.3 限幅电路限幅电路 在电路中增加控制环节，把输出信号幅度限定在一定范围内，即限幅电路。

10、 图1-27所示为一双向限幅电路及其工作波形。 图1-27 双向限幅电路及其工作波形 1.2.4 保护电路保护电路 在电子电路中，常用二极管来保护其他元件免受过高电压的损害，图1-28所示是晶体三极管带继电器线圈负载的保护电路。 图1-28 晶体三极管带继电器线圈负载的保护电路 1.3 滤波电路滤波电路 滤除输出电压谐波成分保留直流成分的电路滤除输出电压谐波成分保留直流成分的电路-滤波电路滤波电路 。 1.3.1电容滤波电路电容滤波电路 a) b) 图图1-29 电容滤波电路及波形电容滤波电路及波形 a) 电路电路 b) 波形波形电容滤波电路工作原理 利用电容的充放电作用，使负载两端的电压变得

11、比较平滑。 正半周正半周 在u2正半周，当u2的数值大于电容两端电压uC时，二极管VD1、VD3导通，VD2、VD4截止，整流电流分为两路，一路通过负载RL，另一路对电容C充电储能，由于充电时间常数很小，所以充电速度很快，使uC随u2增长并达到峰值，如图1-29b中ab段所示。当u2开始按正弦规律下降时，电容通过RL开始放电，uC也开始降低，但放电时间常数较大，如图1-29b中bc段所示。虽然4只整流二极管都截止，但在电容C和RL组成的放电回路中，电容C继续对RL放电，使uC缓慢下降，如图1-29b中cd段所示。 负半周负半周 在u2的负半周，如果u2的幅值大于电容两端电压uC，则VD2、VD

12、4导通，VD1、VD3截止，这时，电流一路通过负载RL，另一路为电容充电；当u2达到峰值并等于uC时，充电结束，u2开始下降，uC开始放电；当u2的幅值小于uC时，VD2、VD4截止，uC放电继续进行。电容滤波电路应用场合 在电容滤波电路中，电容的充电回路阻值非常小，在电容滤波电路中，电容的充电回路阻值非常小，那么充电的时间常数也很小，充电电流非常大；另那么充电的时间常数也很小，充电电流非常大；另一方面，由于电容两端电压不能突变，使二极管导一方面，由于电容两端电压不能突变，使二极管导通时间变短，这样在短时间就产生较大的浪涌电流，通时间变短，这样在短时间就产生较大的浪涌电流，作用在整流二极管上，

13、有可能烧毁整流二极管，所作用在整流二极管上，有可能烧毁整流二极管，所以以电容滤波适合电流较小的场合电容滤波适合电流较小的场合。电容滤波电路电容的选择 电容电容C一般应满足一般应满足 CRL(35)T2 (1-12) C(35)T（2RL） (1-13) 式中，式中，T为交流电为交流电u2的周期。的周期。 选择电容时，除需考虑它的容量外，耐压也不容选择电容时，除需考虑它的容量外，耐压也不容忽略，电容两端最大电压为，一般取电容的耐压为忽略，电容两端最大电压为，一般取电容的耐压为UC=(1.52)U2。电容滤波电路其他电量计算 输出电压的平均值，一般用下面的近似估算法：输出电压的平均值，一般用下面的

14、近似估算法：在在CRL(35)T2的条件下，近似认为的条件下，近似认为 UO= 1.2U2 (桥式桥式) (1-14) UO= U2 (半波半波) (1-15) 二极管可能承受的最高反向电压二极管可能承受的最高反向电压 (桥式桥式) (1-16) (半波半波) (1-17)2RM2UU2RM22UU1.3.2 电感滤波电路电感滤波电路 桥式整流电感滤波电路如图1-35所示，滤波元件L串接在整流输出与负载RL之间(电感滤波一般不与半波整流电路搭配)。 图图1-35 电感滤波电路电感滤波电路 电感滤波电路工作原理 电感是电抗元件，如果忽略内阻，那么整流输出电感是电抗元件，如果忽略内阻，那么整流输出

15、的直流成分全部通过电感的直流成分全部通过电感L降在负载降在负载RL上，而交流成上，而交流成分大部分降在电感分大部分降在电感L上。当电感中通过交变电流时，上。当电感中通过交变电流时，电感两端便产生一个反电动势阻碍电流的变化，电感两端便产生一个反电动势阻碍电流的变化，电电流增大时，反电动势会阻碍电流的增大，并将一部流增大时，反电动势会阻碍电流的增大，并将一部分能量以磁场能量储存起来；电流减小时，反电动分能量以磁场能量储存起来；电流减小时，反电动势会阻碍电流的减小，电感释放出储存的能量势会阻碍电流的减小，电感释放出储存的能量。这。这就大大减小了输出电流的变化，使输出电压变得平就大大减小了输出电流的变

16、化，使输出电压变得平滑，达到了滤波的目的。当忽略滑，达到了滤波的目的。当忽略L的直流电阻时，的直流电阻时，RL上的直流电压上的直流电压UO与不加滤波时负载上的电压相同，与不加滤波时负载上的电压相同，即即UO=0.9U2。1.4 特殊二极管 1.4.1 稳压二极管稳压二极管 稳压二极管的伏安特性曲线、图形符号及稳压管稳压二极管的伏安特性曲线、图形符号及稳压管电路如图电路如图1-40所示。所示。在正常情况下稳压管工作在反在正常情况下稳压管工作在反向击穿区向击穿区，由于曲线很陡，反向电流在很大范围内，由于曲线很陡，反向电流在很大范围内变化时，端电压变化很小，因而具有稳压作用。图变化时，端电压变化很小

17、，因而具有稳压作用。图中的中的UB表示反向击穿电压，当电流的增量表示反向击穿电压，当电流的增量(IZIZmaxIZmin)很大时，只引起很小的电压变化很大时，只引起很小的电压变化UZ。只要反向电流不超过其最大稳定电流，就不会形成只要反向电流不超过其最大稳定电流，就不会形成破坏性的热击穿。因此，在电路中应与稳压管串联破坏性的热击穿。因此，在电路中应与稳压管串联一个具有适当阻值的限流电阻。一个具有适当阻值的限流电阻。 a) b) c) 图图1-40 稳压管的伏安特性曲线、符号和稳压电路稳压管的伏安特性曲线、符号和稳压电路 a) 伏安特性曲线伏安特性曲线 b) 符号符号 c) 稳压电路稳压电路稳压二

18、极管的主要参数稳压二极管的主要参数 1稳定电压稳定电压Uz 指在规定的测试电流下，稳压管指在规定的测试电流下，稳压管工作在击穿区时的稳定电压。由于制造工艺的原因，工作在击穿区时的稳定电压。由于制造工艺的原因，同一型号的稳压管的同一型号的稳压管的Uz分散性很大。但对每一个稳分散性很大。但对每一个稳压管来说，对应一定的工作电流只有一个确定值，压管来说，对应一定的工作电流只有一个确定值，选用时应以实际测量结果为准。选用时应以实际测量结果为准。 2稳定电流稳定电流Iz 指稳压管在稳定电压时的工作电指稳压管在稳定电压时的工作电流，其范围在流，其范围在IzminIzmax之间。之间。 3最大耗散功率最大耗

19、散功率PM 指管子工作时允许承受的指管子工作时允许承受的最大功率，其值为最大功率，其值为PM=IzmaxUz。1.4.2 光敏二极管光敏二极管 光敏二极管的基本原理是光照到光敏二极管的基本原理是光照到PN结上时，吸收结上时，吸收光能并转换为电能。它具有两种工作状态：光能并转换为电能。它具有两种工作状态： （1）当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反）当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反向电流随光照强度的改变而改变，光照强度越大，向电流随光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态大多数都工作在这种状态。 （2）光敏二极管上不加电压，利用）光敏二极管上

20、不加电压，利用PN结在受光结在受光照时产生正向电压的原理，把它用于微型光电池。照时产生正向电压的原理，把它用于微型光电池。这种工作状态，一般作光电检测器。这种工作状态，一般作光电检测器。 图图1-41光敏二极管的外形及电气符号光敏二极管的外形及电气符号1.4.3 发光二极管发光二极管 光敏二极管是受光器件，而与之功能相对的还有光敏二极管是受光器件，而与之功能相对的还有一种电能转换为光能的特殊器件一种电能转换为光能的特殊器件发光二极管发光二极管（LED）。）。 a) b) 图图1-42 发光二极管发光二极管 a)外形外形 b) 电气图形符号电气图形符号LED工作原理工作原理 在发光二极管中，在发

21、光二极管中，不仅具有普通二极管的正、反不仅具有普通二极管的正、反向特性，而且当给管子施加正向偏压时，管子还会向特性，而且当给管子施加正向偏压时，管子还会发出可见光和不可见光发出可见光和不可见光(即电致发光即电致发光)。还有变色发光。还有变色发光二极管，即当通过二极管的电流改变时，发光颜色二极管，即当通过二极管的电流改变时，发光颜色也随之改变。发光二极管常用作显示器件，例如常也随之改变。发光二极管常用作显示器件，例如常见的七段式或矩阵式器件。见的七段式或矩阵式器件。 LED管具有工作电压低、工作电流小、发光均匀、管具有工作电压低、工作电流小、发光均匀、寿命长等特点。因此，在目前倡导节能型社会的背

22、寿命长等特点。因此，在目前倡导节能型社会的背景下，越来越受到人们的关注。景下，越来越受到人们的关注。 1.4.4 变容二极管变容二极管 变容二极管的外形和电气图形符号如图变容二极管的外形和电气图形符号如图1-43所示。所示。其结电容的大小除了与本身的结构和工艺有关外，其结电容的大小除了与本身的结构和工艺有关外，还与外加电压有关。还与外加电压有关。结电容随反向电压的增加而减结电容随反向电压的增加而减小小，这种效应显著的二极管称为变容二极管。变容，这种效应显著的二极管称为变容二极管。变容二极管常用于调谐电路和检测电路中。二极管常用于调谐电路和检测电路中。 a) b) 图图1-43 变容二极管变容二

23、极管 a) 外形外形 b) 电气图形符号电气图形符号小 结 二极管实际上就是由PN结，它的伏安特性体现了PN结的单向导电性，一般硅管的导通电压约为0.7V，锗管的导通电压约为0.3V。特殊二极管有：硅稳压二极管、光电二极管、发光二极管和电容二极管等。 利用二极管单向导电性和正向压降很小的特点，可组成整流、检波、限幅和钳位等电路。整流电路是将交流电压变换为直流脉动电压，目前广泛采用单相桥式整流电路和三相桥式整流电路。 滤波电路通常由电抗元件组成。将电容器与负载并联组成电容滤波，将电感器与负载串联组成电感滤波，由电容、电感（或电阻）可组成复式滤波。小电流负载时用电容滤波，大电流负载时用电感滤波。谢谢！