電子線路陳其純主編第一章備課教案

1、第1章晶體二極管和二極管整流電路教學(xué)重點(diǎn)1 . 了解半導(dǎo)體的基本知識(shí)：本征半導(dǎo)體、摻雜半導(dǎo)體；掌握PN結(jié)的基本特性。2 .理解半導(dǎo)體二極管的伏安特性和主要參數(shù)。3 . 了解幾種常用的二極管：硅穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管、光電二極管等。4 .掌握單相半波、橋式全波整流電路的電路組成、工作原理與性能特點(diǎn)；了解電容濾波電路的工作原理。5 . 了解硅穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性及穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理。教學(xué)難點(diǎn)1 . PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦浴? .整流電路和濾波電路的工作原理。3 .硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓過程。學(xué)時(shí)分配序號(hào)內(nèi)容學(xué)時(shí)11.1晶體二極管221.2晶體二極管整流電路231.3濾波器和穩(wěn)壓器34實(shí)驗(yàn)二穩(wěn)

2、壓二極管伏安特性曲線的測繪25本章小結(jié)與習(xí)題6本章總學(xué)時(shí)91.1晶體二極管1.1.1晶體二極管的單向?qū)щ娞匦孕? 一 口口風(fēng) 元件：電阻(R)、電容(C)、電感(L)、變壓器(T)等 電子兀希件器件：晶體二極管、晶體三極管等1 .晶體二極管外形如圖1.1.1(a)所示，晶體二極管由密封的管體和兩條正、負(fù)電極引線所組成。管體外 殼的標(biāo)記通常表示正極。(2)圖形、文字符號(hào)如圖1.1.1(b)所示，晶體二極管的圖形由三角 形和豎杠所組成。其中，三角形表示正極，豎杠表 示負(fù)極。V為晶體二極管的文字符號(hào)。2.晶體二極管的單向?qū)щ娦詣?dòng)畫 晶體二極管的單向?qū)щ娦?1)正極電位負(fù)極電位，二極管導(dǎo)通；(2)正極

3、電位負(fù)極電位，二極管截止。隆)外尼匕粕文?符”圖1.1.1晶體二極管的外形和符號(hào)wmA1 *-V-1Vi即二極管正偏導(dǎo)通，反偏截止。這一導(dǎo)電特性稱為二極管的單向?qū)щ娦?。?.1.1圖1.1.3所示電路中，當(dāng)開關(guān) S閉合后，Hi、H2兩個(gè)指示燈，哪一個(gè)可能發(fā)光？解 由電路圖可知，開關(guān) S閉合后，只有二極管 V1正極電位高于負(fù)極電位，即處于正向?qū)顟B(tài)，所以 H1指示燈發(fā)光。1.1.2 PN 結(jié)二極管由半導(dǎo)體材料制成。動(dòng)畫 PN結(jié)1 .半導(dǎo)體導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的一種物質(zhì)。如硅(Si)或錯(cuò)(Ge)半導(dǎo)體。半導(dǎo)體中，能夠運(yùn)載電荷的的粒子有兩種:自由電子：帶負(fù)電空穴：帶與自由電子等 量的正電均

4、可運(yùn)載電荷載流子載流子：在電場的作用下定向移動(dòng)的自由電子和空穴，統(tǒng)稱載流子。如圖 1.1.4所示。2 .本征半導(dǎo)體不加雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體晶體。如本征硅或本征錯(cuò)。圖1.1.4 半導(dǎo)體的兩種載流子本征半導(dǎo)體電導(dǎo)率低，為提高導(dǎo)電性能，需摻雜，形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。3 .雜質(zhì)半導(dǎo)體為了提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，在本征半導(dǎo)體(4價(jià))中摻入硼或磷等雜質(zhì)所形成的半導(dǎo)體。根據(jù)摻雜的物質(zhì)不同，可分兩種:（1） P型半導(dǎo)體：本征硅（或錯(cuò)）中摻入少量硼元素（3價(jià)）所形成的半導(dǎo)體，如 P型硅。其中，多數(shù)載流子為空穴，少數(shù)載流子為電子。圖 1.1.5 PN 結(jié)（2） N型半導(dǎo)體：本征硅（或錯(cuò)）中摻入少量磷元素（5價(jià)）所形 成的半導(dǎo)

5、體，如N型硅。其中，多數(shù)載流子為電子，少數(shù)載流子 為空穴。將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體使用特殊工藝連在一起，形成PN結(jié)。4 . PN 結(jié)N型和P型半導(dǎo)體之間的特殊薄層叫做 PN結(jié)。PN結(jié)是各種半導(dǎo)體器件的核心。如圖 1.1.5所示。PN結(jié)具有單向?qū)щ娞匦?。即：P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負(fù)極，PN結(jié)導(dǎo)通；反之，PN結(jié)截止。晶體二極管之所以具有單向?qū)щ娦?，其原因是?nèi)部具有PN結(jié)。其正、負(fù)極對(duì)應(yīng)于 PN結(jié)的P型和N 型半導(dǎo)體，如圖1.1.5所示。1 .1.3 二極管的伏安特性動(dòng)畫二極管的伏安特性圖1.1.6測試二極管伏安特性電路二極管兩端的電壓和流過的電流之間的關(guān)系曲線叫作二極管的伏安特性。2.測試電路

6、：如圖1.1.6所示。3.伏安特性曲線：如圖 1.1.7所示。4.特點(diǎn)(1)正向特性 正向電壓Vf小于門坎電壓 Vt時(shí)，二極管V截止，正向電流If=0;其中，門檻電壓Vt0.5 V (Si)0.2 V (Ge)VfVt時(shí)，V導(dǎo)通，If急劇增大。導(dǎo)通后V兩端電壓基本恒定：導(dǎo)通電壓Von0.7V (Si)0.3V (Ge)結(jié)論：正偏時(shí)電阻小，具有非線性。(2)反向特性反向電壓 VrVrm(反向擊穿電壓)時(shí)，反向電流Ir很小，且近似為常數(shù)，稱為反向飽和電流。Vr Vrm時(shí)，Ir劇增，此現(xiàn)象稱為反向電擊穿。對(duì)應(yīng)的電壓Vrm稱為反向擊穿電壓。結(jié)論：反偏電阻大，存在電擊穿現(xiàn)象。1.1.4二極管的簡單測試用

7、萬用表檢測二極管如圖1.1.8所示。1 .判別正負(fù)極性圖1.1.8萬用表檢測二極管萬用表測試條件： R 100 或R 1k;將紅、黑表筆分別接二極管兩端。所測電阻小時(shí)，黑表筆接觸處為正極，紅表筆接觸處為負(fù)極。2 .判別好壞萬用表測試條件：R 1k。(1)若正反向電阻均為零，二極管短路；(2)若正反向電阻非常大，二極管開路。(3)若正向電阻約幾千歐姆，反向電阻非常大，二極管正常。1.1.5 二極管的分類、型號(hào)和參數(shù)1 .分類(1)按材料分：硅管、錯(cuò)管；(2)按PN結(jié)面積：點(diǎn)接觸型(電流小，高頻應(yīng)用 卜面接觸型(電流大，用于整流);以(3)按用途：如圖1.1.9所示，例如利用單向?qū)щ娦园呀涣麟娮兂?/p>

8、直流一K管巾)也舊二棍替代比北：柳管電：揚(yáng)餞1以密齊二槌管流電的整流二極管；利用反向擊穿特性進(jìn)行圖1.1.9二極管圖形符號(hào)穩(wěn)壓的穩(wěn)壓二極管；利用反向偏壓改變PN結(jié)電容量的變?nèi)荻O管；利用磷化錢把電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光二極管；將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的光電二極管。2 .型號(hào)舉例如下整流二極管一一2CZ82B穩(wěn)壓二極管一一2CW50變?nèi)荻O管一一2AC1等等。3 .主要參數(shù)(1)普通整流二極管 最大整流電流Ifm:二極管允許通過的最大正向工作電流平均值。 最高反向工作電壓 Vrm :二極管允許承受的反向工作電壓峰值。 反向漏電流Ir:規(guī)定的反向電壓和環(huán)境溫度下，二極管反向電流值。(2)穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)

9、：穩(wěn)定電壓 VZ、穩(wěn)定電流IZ、最大工作電流IZM、最大耗散功率 PZM、動(dòng)態(tài) 電阻z等。1.2晶體二極管整流電路整流：把交流電變成直流電的過程。二極管單相整流電路：把單相交流電變成直流電的電路。整流原理：利用二極管的單向?qū)щ娞匦?，將交流電變成脈動(dòng)的直流電。半波整流單相整流電路種類全波整流對(duì)那器中心抽頭式橋式倍壓整流1.2.1 單相半波整流電路動(dòng)畫單相半波整流電路1 .電路如圖1.2.1(a)所示。V:整流二極管，把交流電變成脈動(dòng)直流電；T:電源變壓器，把V1變成整流電路所需的電壓V2。2 .工作原理設(shè)V2為正弦波，波形如圖1.2.1(b)所示。(1) V2正半周時(shí)，A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)電位，二極

10、管(W液后圖1.2.1單相半波整流電路(2) V2負(fù)半周時(shí),A點(diǎn)電位低于B點(diǎn)電位，二極管 V反偏截止，則vl由波形可見，V2 一周期內(nèi)，負(fù)載只有單方向的半個(gè)波形，這種大小波動(dòng)、方向不變的電壓或電流稱為脈動(dòng)直流電。上述過程說明，利用二極管單向?qū)щ娦钥砂呀涣麟?V2變成脈動(dòng)直流電VL。由于電路僅利用V2的半個(gè)波形，故稱為半波整流電路。3.負(fù)載和整流二極管上的電壓和電流(1)負(fù)載電壓Vl0.45 V2(1.2.1)圖1.2.2變壓器中心抽頭式全波整流電路V正偏導(dǎo)通，則VL V2；(2)負(fù)載電流Vl0.45V2I L R Rl(1.2.2)二極管正向電流和負(fù)載電流.0.45V2Iv I L-Rl(1.

11、2.3)(4)二極管反向峰值電壓Vrm. 2V2 1.41V2(1.2.4)選管條件:(1)二極管允許的最大反向電壓應(yīng)大于承受的反向峰值電壓；(2)二極管允許的最大整流電流應(yīng)大于流過二極管的實(shí)際工作電流。電路缺點(diǎn)：電源利用率低，紋波成分大。解決辦法：全波整流。1.2.2單相全波整流電路全波整流變壓器中心抽頭式橋式、變壓器中心抽頭式單相全波整流電路變壓器中心抽頭式單相全波整流電路如圖1.2.2所示。V1、V2為性能相同的整流二極管；T為電源變壓器，作用是產(chǎn)生大小相等而相位相反的v2a和V2b。2 .工作原理(1) V1正半周時(shí)，T次級(jí)A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)電位，在 v2a作用下，V1導(dǎo)通(V2截止)，

12、iV1自上而下流過 Rl；(2) vi負(fù)半周時(shí)，T次級(jí)A點(diǎn)電位低于B點(diǎn)電位，在v2b的作用下，V2導(dǎo)通(Vi截止), iV2自上而下流過Rl；可見，在vi 一周期內(nèi)，流過二極管的電流ivi、iV2疊加形成全波脈動(dòng)直流電流iL,于是Rl兩端產(chǎn)生全波脈動(dòng)直流電壓VL。故電路稱為全波整流電路。3 .負(fù)載和整流二極管上的電壓和電流(1)負(fù)載電壓(1.2.5)Vl0.9V2(2)負(fù)載電流(1.2.6).Vl0.9V2I L RlRl圖1.2.5橋式整流電路工作波形圖(3)二極管的平均電流 1Iv -Il(1.2.7)2(4)二極管承受反向峰值電壓Vrm 2 . 2V2(1.2.8)缺點(diǎn)：單管承受的反向峰

13、值壓比半波整流高倍，變壓器T需中心抽頭。二、單相橋式全波整流電路動(dòng)畫橋式全波整流電路1 .電路圖單相橋式全波整流電路如圖1.2.3所示。ViV4為整流二極管，電路為橋式結(jié)構(gòu)。2 .工作原理(1) V2正半周時(shí)，如圖1.2.4(a)所示，A點(diǎn)電位高于 B點(diǎn)電位，則 Vi、V3導(dǎo)通(V2、V4截止)，ii自上而下流過負(fù)載Rl；(2) V2負(fù)半周時(shí)，如圖1.2.4(b)所示，A點(diǎn)電位低于 B點(diǎn)電位，則 V2、V4導(dǎo)通(Vi、V3截止)，i2自上而下流過負(fù)載Rl;由波形圖1.2.5可見，V2一周期內(nèi)，兩組整流二極管輪流導(dǎo)通產(chǎn)生的單方向電流ii和i2疊加形成了 iLo于是負(fù)載得到全波脈動(dòng)直流電壓VLo3

14、.負(fù)載和整流二極管上的電壓和電流(1)負(fù)載電壓Vl0.9V2(1.2.9)(2)負(fù)載電流IVL0.9V2I L RlRl(1.2.10)(3)二極管的平均電流1Iv - Il(1.2.11)(4)如圖1.2.6所示，二極管承受反向峰值電壓為Vrm2V2(1.2.12)優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓高，紋波小，Vrm較低，應(yīng)用廣泛。橋式整流電路簡化畫法如圖1.2.7所示。圖1.2.6橋式整流二極管承受的反向峰值電壓圖1.2.7橋式整流電路簡化畫法例1.2.1有一直流負(fù)載，需要直流電壓Vl60 V,直流電流IlAo若采用橋式整流電路，求電源變壓器次級(jí)電壓V2,并選擇整流二極管。解因?yàn)?Vl 0.9V2 所以 V2

15、 60V 66.7 V 0.90.9流過二極管的平均電流劇明S)配口型半酢續(xù)偽ML 41全轎唯圖1.2.8半橋和全橋整流堆111V - IL 4A 2A22二極管承受的反向峰值電壓VRM. 2V2 1.41 66.7 94V查晶體管手冊，可選用整流電流為3A,額定反向工作電壓為100 V的整流二極管 2CZ12A(3A/100V)四 只。整流元件組合件稱為整流堆,常見的有半橋2CQ型，如圖1.2.8(a)所示；全橋QL型,如圖1.2.8(b)所示。優(yōu)點(diǎn)：電路組成簡單、可靠。1 .3濾波器和穩(wěn)壓器1.1.1 濾波器作用：濾除脈動(dòng)直流電中脈動(dòng)成分。種類：電容濾波器、電感濾波器、復(fù)式濾波器、電容濾波

16、器動(dòng)畫電容濾波電路2 .電路特點(diǎn)：電容器與負(fù)載并聯(lián)。3 .工作原理利用電容器兩端電壓不能突變原理平滑輸出電壓。七也充電打電圖1.3.2電容濾波輸出波形在0tl期間，因V2的作用，V正偏導(dǎo)通，電容C充電，波形如圖1.3.1(b)中OA所示；在tlt2期間，因V2VC, V反偏截止，電容C通過負(fù)載放電，波形如圖1.3.1(b)中AB所示；在t2 t3期間，因VCV2,V正偏導(dǎo)通，電容再次充電，波形如圖1.3.1(b)中BC。重復(fù)上述過程，可得近于平滑波形。這說明，通過電容的圖1.3.3帶電感濾波器 的全波整流電路充放電，輸出直流電壓中的脈動(dòng)成分大為減小。全波整流電容濾波輸出波形如圖1.3.2所示。

17、工作原理與半波整流電路相同，不同點(diǎn)是：V2正、負(fù)半周內(nèi)，V1、V2輪流導(dǎo)通，對(duì)電容 C充電兩次，縮短了電容 C向 負(fù)載的放電時(shí)間，從而使輸出電壓更加平滑。輸出電壓的估算公式為Vl1.2V2應(yīng)用：小功率電源。二、電感濾波器1 .電路電感濾波器如圖1.3.3所示。特點(diǎn)：電感與負(fù)載串聯(lián)。2 .工作原理利用流過電感電流不能突變原理平滑輸出電流。當(dāng)電路電流增加時(shí)，電感存儲(chǔ)能量；當(dāng)電流減小時(shí)，電感釋放能量。使負(fù)載電流比較平滑，從而得到比較平滑的直流電壓。應(yīng)用：較大功率電源。缺點(diǎn)：體積大、重量大。三、復(fù)式濾波器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：電容與負(fù)載并聯(lián)，電感與負(fù)載串聯(lián)。性能特點(diǎn)：濾波效果好。1. L型濾波器(1)電路如圖1.

18、3.4所示。(2)原理：整流輸出的脈動(dòng)直流經(jīng)過電感L,交流成分被削弱，再經(jīng)過電容 C濾波,就可在負(fù)載上獲得更加平滑的直流電壓。(3)應(yīng)用：較大功率電源中。圖1.3.4 帶L型濾波器的橋式整流電路圖1.3.5型濾波器橋式整流電路2 .型濾波器(1)電路如圖1.3.5所示。(2)原理：整流輸出的脈動(dòng)直流經(jīng)過電容C1濾波后，再經(jīng)電感L和電容C2濾波，使脈動(dòng)成分大大降低，在負(fù)載上可獲得平滑的直流電壓。(3)應(yīng)用：小功率電源中。1.3.2 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路硅穩(wěn)壓管的伏安特性及符號(hào)如圖1.3.6所示。濾波電路：將脈動(dòng)的直流電變成平滑的直流電。穩(wěn)壓電路：抑制電網(wǎng)電壓和整流電路負(fù)載的變化引起的輸出電壓變化，將平滑的直流電變成穩(wěn)定的直流電。1 .硅穩(wěn)壓二極管的特性(1)穩(wěn)壓管工作在反向擊穿狀態(tài)。(2)當(dāng)工作電流Iz滿足Ia Iz Ib條件時(shí)，穩(wěn)壓管兩端電壓 Vz幾乎不變。2 .穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù):7 /1口)優(yōu)安精怪曲屯巾符9圖1.3.6硅穩(wěn)壓管的伏安特性及符號(hào)