學(xué)習(xí)情景1.二極管整流電路的組裝與調(diào)試

學(xué)習(xí)情景1

二極管整流穩(wěn)壓電源的組裝與調(diào)試學(xué)習(xí)情景1

二極管整流穩(wěn)壓電源的組裝與調(diào)試

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

技能目標(biāo)

1.會對各種常用二極管的識別與檢測；

2.會二極管整流穩(wěn)壓電源的組裝與調(diào)試。知識目標(biāo)

1.了解二極管的種類、特性，掌握各種常用二極管的識別、檢測與選用；

2.了解二極管整流電源的種類與特點；

3.掌握二極管整流、電容濾波、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的計算和分析。

4.掌握二極管整流穩(wěn)壓電源的組裝與調(diào)試任務(wù)1.1二極管的識別與檢測【任務(wù)描述】

二極管是電子電路最基本、最常用的半導(dǎo)體器件。掌握二極管的識別方法、測試方法以及特性參數(shù)是電子工程技術(shù)人員的基本技能?！救蝿?wù)分析】1.會識別各種常用二極管；

2.會用萬用表檢測各種常用二極管。

3.了解二極管的種類、特性、參數(shù)和電路符號；

4.掌握用萬用表測試二極管極性、好壞的方法?！局R準(zhǔn)備】

1.半導(dǎo)體的知識

1.1半導(dǎo)體知識在自然界，物質(zhì)按其導(dǎo)電性能可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。半導(dǎo)體的材料有硅、鍺等，它們都是4價元素。半導(dǎo)體具有下列特性：（1）熱敏性半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力受環(huán)境溫度影響很大，隨著溫度的升高，導(dǎo)電能力越好。（2）光敏性半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力對光照輻射也很敏感。光照越強導(dǎo)電能力越強，利用半導(dǎo)體的光敏特性可以制成光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管等。（3）摻雜性在純凈的半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)，可以顯著提高它的導(dǎo)電能力。摻雜濃度越高，導(dǎo)電性就越強。

1.1.1本征半導(dǎo)體純凈的沒有雜質(zhì)的單晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，叫本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)如圖1-1-1所示。在絕對溫度T=0K時，所有的價電子都被共價鍵緊緊束縛在共價鍵中，不會成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時，束縛電子能量增高，有的電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，稱為空穴。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)可見本征激發(fā)同時產(chǎn)生電子空穴對。外加能量越高（溫度越高），產(chǎn)生的電子空穴對越多。與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象稱為復(fù)合。在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合同時進(jìn)行，達(dá)到動態(tài)平衡。電子空穴對的濃度一定。電子空穴對1.1.2摻雜半導(dǎo)體為了增強半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，在本征半導(dǎo)體中人為摻入微量元素使之成為摻雜半導(dǎo)體。按照摻雜的不同，可獲得Ｎ型和Ｐ型摻雜半導(dǎo)體。（1）Ｎ型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中摻入了微量５價元素如磷（Ｐ），其平面模型如圖１-１-３所示。（2）Ｐ型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中摻入了微量三價元素如硼(B),其平面模型如圖1-1-4所示

2.PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?/p>

2.1PN結(jié)的形成2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦匀鐖D1-1-6和圖1-1-7，可見PN結(jié)就像一個閥門，正向偏置時，PN結(jié)電阻很低,正向電流較大，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；反向偏置時，PN結(jié)電阻很高，電流幾乎不能通過，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。正向偏置反向偏?/p>

3.半導(dǎo)體二極管3.1二極管結(jié)構(gòu)與符號圖1-1-8為常用二極管外形；圖1-1-9為二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電路符號；圖1-1-10為常用二極管的符號。3.2二極管的伏安特性（1）正向特性：0

U

Uth

，iD

=0。

Uth=0.5V，(硅管)；

Uth=0.1V，(鍺管)。

U

Uth，iD

急劇上升。

UD(on)=0.6

0.8V，硅管0.7V；

UD(on)=0.1

0.3V，鍺管0.2V。（2）反向特性：U（R）

U

0（3）擊穿特性：U<U（R），反向電流急劇增大，（反向擊穿）。反向擊穿類型：電擊穿—PN結(jié)未損壞，斷電即恢復(fù)。熱擊穿—PN結(jié)燒毀。（4）溫度對二極管特性的影響

T升高時，UD(on)以

2

2.5mV/

C下降。（5）二極管的主要參數(shù)①IF—最大整流電流（最大正向平均電流）②URM—最高反向工作電壓，為U（R）/2③IR—反向電流（越小單向?qū)щ娦栽胶茫救蝿?wù)實施】1.實施地點：電子技術(shù)實訓(xùn)室2.實訓(xùn)所需器材（1）萬用表（MF47型或DT9204型一塊）（2）二極管（2AP9、2CZ12.1N4001各一只）3.實施內(nèi)容與步驟：（1）學(xué)生分組：4人左右一組，指定組長。工作始終各組人員盡量固定。（2）教師布置工作任務(wù)。學(xué)生了解工作內(nèi)容，明確工作目標(biāo)，制定實施方案。（3）教師通過圖片、實物或多媒體分析演示讓學(xué)生了解二極管的基本特性，或指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。（4）實際進(jìn)行二極管的識別與檢測【知識拓展】1.半導(dǎo)體二極管的型號2.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管。穩(wěn)壓管電路符號與伏安特性如圖1-1-12和圖1-1-13所示。當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下,工作電流IZ在Izmax和Izmin之間變化時,其兩端電壓近似為常數(shù)?！緦W(xué)習(xí)小結(jié)】

1.二極管具有單向?qū)щ娦浴Ｕ蚱脮r，二極管導(dǎo)通；反向偏置時，二極管截止。

2.用萬用表檢測其正、反向電阻值，可以判別出二極管的電極，還可估測出二極管是否損壞。

3.最簡單的方法是通過外觀判別二極管的極性。

4.二極管最重要的參數(shù)有最高反向電壓和正向平均電流。

5.二極管的特性受溫度影響較大。一般的，溫度升高時，電流增大、壓降減小。任務(wù)1.2二極管整流電路的組裝與調(diào)試

【任務(wù)描述】

二極管整流電路是電子電路最基本的電路。掌握二極管橋式整流電路的分析、計算及調(diào)試方法以及參數(shù)選用是電子工程技術(shù)人員的基本技能?！救蝿?wù)分析】1.會組裝二極管整流電路；

2.會調(diào)試二極管整流電路；

3.會選用整流二極管參數(shù)。

4.了解二極管的整流電路種類和結(jié)構(gòu)特點；

5.掌握二極管橋式整流電路的分析計算；

6.掌握二極管橋式整流電路的波形分析。【知識準(zhǔn)備】

二極管整流主要是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電變換成單方向的脈動直流電。根據(jù)電壓的波形，整流可分為半波整流和全波整流。

2.1

單相半波整流電路

2.1.1電路組成單相半波整流電路如圖1-2-1所示。2.1.2工作原理2.2單相全波橋式整流電路

2.2.1電路的組成單相半波整流的缺點是只利用了電源的半個周期，整流電壓的脈動大，輸出電壓的平均值小。為了克服這些缺點，通常采用全波整流電路，其中最常用的是單相橋式整流電路。它是由四個二極管接成電橋形式構(gòu)成的。圖1-2-3中所示是橋式整流電路。2.2.2電路的基本工作原理在u2的正半周，a點電位為正，b點為負(fù)，二極管Ｖ1.Ｖ3加正向電壓導(dǎo)通，Ｖ2，Ｖ4加反向電壓截止，產(chǎn)生電流由a→V1→R2→V3→b形成通路。這時負(fù)載電阻ＲL上得到一個半波電壓如圖1-2-4（b）所示。在u2的負(fù)半周，a點電位為負(fù)，b點為正，二極管Ｖ2.Ｖ４加正向電壓導(dǎo)通，Ｖ1.Ｖ３加反向電壓截止，產(chǎn)生電流由b→V2→R2→V4→a形成通路。同樣，在負(fù)載電阻上得到一個半波電壓如圖1-2-4（b）所示。下一個周期到來，重復(fù)上述過程。2.3濾波電路的組成與工作原理

無論哪種整流電路，它們的輸出電壓都含有較大的脈動成分。通常都需要采取一定的措施。一方面盡量降低輸出電壓的脈動成分。另一方面要盡量保留其中的直流成分，使輸出電壓接近于理想的直流電壓，這就是濾波。電容和電感是基本的濾波元件，利用它們在二極管導(dǎo)電時儲存一部分能量，然后再逐漸釋放出來，從而得到比較平滑的波形。下面介紹幾種常用的濾波電路。

2.3.1電容濾波器⑴電路的組成單相半波整流電容濾波電路如圖1-2-8（a）所示。電容濾波電路中，電容Ｃ與負(fù)載ＲL并聯(lián)，利用電容兩端的電壓不能突變的特性來實現(xiàn)濾波。當(dāng)u2為正半周時，二極管導(dǎo)通，一方面供電給負(fù)載，同時對電容器Ｃ充電。充電電壓u與上升的正弦電壓u一致，如圖1-2-8（b）所示。u和uc達(dá)到了最大值，而后u

和uc都開始下降，u按正弦規(guī)律下降，而uc按放電曲線BC下降。在u的下一個正半周內(nèi)，當(dāng)u﹥uc時二極管再行導(dǎo)通，電容器再被充電，重復(fù)上述過程。輸出電壓波形如圖1-2-8（b）所示。單相全波橋式整流電容濾波電路如圖1-2-9（a）所示，輸出電壓波形圖如圖1-2-9（b）所示，其工作原理與半波電路相同。⑶輸出電壓電容器兩端電壓uc即為輸出電壓u0，可見輸出電壓的脈動成分大為減小，使輸出電壓的平均值增大。通常?。篣0=U2（半波）

U0=1.2U2（全波）⑷濾波電容器的選擇采用電容濾波時，輸出電壓的脈動程度與電容器的放電時間常數(shù)RC

有關(guān)系。RC大一些，脈動就小一些。2.3.2電感濾波⑴電感濾波電路的組成單相全波橋式整流電感濾波電路如圖1-2-10（a）所示。電感濾波電路中，電感L與負(fù)載RL為串聯(lián)連接，利用電感中的電流不能突變的特性來實現(xiàn)濾波。⑵工作原理當(dāng)負(fù)載電流iL增大時，電感線圈中的自感電動勢eL與電流iL反向，限制電流的增加，將一部分電能轉(zhuǎn)換為磁場能量儲存在磁場中；負(fù)載電流iL減小時，電感線圈中的自感電動勢eL與電流iL同向，阻止電流的減小，即釋放能量。因此通過負(fù)載RL的電流的脈動成分受到抑制而變得平滑，電感L愈大，濾波效果愈好。其波形如圖1-2-10（b）所示。2.3.3復(fù)式濾波⑴LC濾波在電容C濾波之前串接一個電感L，如圖1-2-11（a）所示，即組成LC濾波器。⑵π形濾波在LC濾波器前再并聯(lián)一個電容器，如圖1-2-11（b）所示，組成π形LC濾波器，濾波效果進(jìn)一步改善。如果是小電流負(fù)載時，可將電感用一個小電阻R代替，組成π形RC濾波器，如圖1-2-11（c）所示?！救蝿?wù)實施】1.實施地點：電子技術(shù)實訓(xùn)室2.實訓(xùn)所需器材⑴雙蹤示波器⑵電子毫伏表⑶萬用表⑷半波與橋式整流濾波電路印刷線路板⑸半波與橋式整流濾波電路相關(guān)元件3.實施內(nèi)容與步驟：⑴學(xué)員分組：4人左右一組，指定組長。工作始終各組人員盡量固定。⑵教師布置工作任務(wù)。學(xué)生了解工作內(nèi)容，明確工作目標(biāo)，制定實施方案。⑶教師通過圖片、實物或多媒體分析演示讓學(xué)生了解二極管整流、濾波電路，或指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。⑷實際進(jìn)行二極管整流電路的組裝與調(diào)試【知識拓展】1.PCB的基本知識

2.印制線路板的設(shè)計與制作

3.焊接訓(xùn)練【學(xué)習(xí)小結(jié)】1.單相半波整流電路只用一只二極管，結(jié)構(gòu)簡單，但波形脈動程度大，效率低。

2.單相橋式整流電路，由四個二極管接成電橋形式構(gòu)成。與半波整流電路比較，主要優(yōu)點是可得到高一倍的直流輸出電壓，而且電壓脈動程度減小了，提高了變壓器的利用率，降低了二極管的平均電流值，而每一個二極管承受的最高反向電壓與半波整流電路相同。

3.電容和電感是基本的濾波元件，利用它們在二極管導(dǎo)電時儲存一部分能量，然后再逐漸釋放出來，從而得到比較平滑的波形。任務(wù)1.3二極管整流穩(wěn)壓電源的組裝與調(diào)試

【任務(wù)描述】

二極管整流穩(wěn)壓電路是電子電路最基本的電路。掌握二極管橋式整流穩(wěn)壓電路的分析、計算及調(diào)試方法以及參數(shù)選用是電子工程技術(shù)人員的基本技能。【任務(wù)分析】1.會組裝二極管整流穩(wěn)壓電路；

2.會調(diào)試二極管整流穩(wěn)壓電路；

3.會選用穩(wěn)壓二極管參數(shù)。

4.了解二極管的整流穩(wěn)壓電路種類和結(jié)構(gòu)特點；

5.掌握二極管橋式整流穩(wěn)壓電路的分析計算；

6.掌握二極管橋式整流穩(wěn)壓電路的波形分析。【知識準(zhǔn)備】3.1穩(wěn)壓二極管的基本知識3.1.1穩(wěn)壓管的伏安特性穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管。由于它在電路中與適當(dāng)?shù)碾娮枧浜虾竽芷鸱€(wěn)定電壓的作用，故稱為穩(wěn)壓管。其符號如圖1-3-1（a）所示。穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。穩(wěn)壓管的反向特性曲線較陡電流在一個較大的范圍內(nèi)變化電壓變化量ΔU卻很小3.1.2穩(wěn)壓管的主要參數(shù)⑴穩(wěn)定電壓UZ⑵穩(wěn)定電流IZ⑶耗散功率PZ⑷動態(tài)電阻rZ

⑸

電壓溫度系數(shù)αZ3.2并聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成與工作原理整流濾波電路雖然能把交流電變?yōu)檩^平滑的直流電，但輸出的電壓仍不穩(wěn)定。一是交流電網(wǎng)電壓的波動，使得整流濾波后輸出的電壓隨之改變；二是整流濾波電路總有一定的內(nèi)阻，如果負(fù)載電流變化，則輸出電壓也隨之變化。通常需在濾波電路之后再接入穩(wěn)壓電路。常用的穩(wěn)壓電路有并聯(lián)型硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路等等。3.2.1并聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成。并聯(lián)型硅穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電路如圖1-3-2所示。3.2.2穩(wěn)壓過程無論是負(fù)載變化還是電網(wǎng)電壓變化，穩(wěn)壓電路都能通過一系列調(diào)節(jié)，使負(fù)載兩端電壓UO保持不變。它的穩(wěn)壓原理可以通過下列的過程來說明：電網(wǎng)電壓升高UI↑→UO↑→IZ↑→IR↑→UR↑→UO↓（=UI↑－UR↑）電網(wǎng)電壓降低UI↓→UO↓→IZ↓→IR↓→UR↓→UO↑（=UI↓－UR↓）負(fù)載增大RL↓→UO↓→IZ↓→IR↓→UR↓→UO↑（=UI－UR↓）負(fù)載減小RL↑→UO↑→IZ↑→IR↑→UR↑→UO↓（=UI－UR↑）并聯(lián)型穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便。但電路輸出電壓由穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值決定的，不能調(diào)節(jié)，輸出電流受穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流限制。因此輸出電流的變化范圍很小，只適用于電壓固定的小功率負(fù)載且負(fù)載電流變化范圍不大的場合。

3.2.3直流穩(wěn)壓電源的組成與工作原理生產(chǎn)與科研中常需要直流電源，為獲得直流電源，除采用直流發(fā)電機，蓄電池外，目前廣泛采用各種半導(dǎo)體器件將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。主要經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓幾個過程?？驁D如1-3-3所示：⑴整流變壓器