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第1单元 二极管及其应用


中等职业教育课程改革国家规划新教材PPT

电子技术基础 与技能
人民邮电出版社

第1单元
知识目标:

二极管及其应用

? 了解半导体材料的特性,理解PN 结的单向导电性。 ? 了解晶体二极管的结构,掌握其电路符号、引脚。 ? 了解晶体二极管的伏安特性,理解其主要参数。 ?

了解硅稳压管、发光二极管、光电二极管、变容二极管等 特殊二极管的外形特征,熟悉其功能和适用场合。 ? 了解整流电路的作用及工作原理,会合理选用整流电路元 件的参数。 ? 了解滤波电路的作用及其工作原理,会估算电容滤波电路 的输出电压。 ? 了解滤波元件参数对滤波效果的影响。

技能目标:
? 学会查阅晶体管手册,能在实践中合理使用晶体二极管。 ? 能用万用表判别晶体二极管的极性和质量优劣。 ? 掌握用示波器观察整流电路输出电压的波形的方法。 ? 掌握搭接由整流桥组成的应用电路的方法,会使用整流桥。 ? 能识读电容滤波、电感滤波、复式滤波电路图。 ? 掌握用示波器观察滤波电路输出电压的波形的方法。 ? 能根据电路图焊接整流、滤波电路,会用万用表和示波器 测量相关电量参数和波形。

1

二极管的使用
整流电路的应用

2

3

滤波电路的类型及应用 技能实训

4

第1节 二极管的使用
? 一、二极管的结构及特点 ? 二、二极管的主要参数 ? 三、二极管的型号、识别与检测

一、二极管的结构及特点
按图1.2 所示连接电路,接通电源,观察灯泡是否发 光,记下观察的结果;断开电源,将直流电源的正、负极 颠倒一下,再次接通电源,观察灯泡是否发光,记下观察 的结果;对两次观察的结果进行比较。

演示总结:
? 1.比较两次观察的结果,可以发现:当二极管有白色环 的一端接电源的正极、没有白色环的一端接电源的负极时, 灯泡发光,有电流流过二极管,即二极管能导通。 ? 2.当二极管有白色环的一端接电源的负极、没有白色环的 一端接电源的正极时,灯泡不发光,没有电流流过二极管, 即二极管不能导通。

1.半导体的基础知识
(1)半导体的特性。 ①半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间,最常用的半导 体材料是硅和锗。 ②当加热或光照加强时,半导体的电阻值明显下降,导电能 力类似于导体。半导体的这种特性称为热敏特性和光敏特 性,半导体可据此特性制成热敏电阻、光敏电阻、光电二 极管等元件,用于实现自动测量、自动控制等。 ③如果在半导体中掺入少量的杂质,也会使半导体的导电能 力增强。根据掺入的元素不同,有P型半导体和N 型半导 体。

(2)PN 结。 当采用特殊的工艺把P 型半导体和N 型半导体结合在一起 时,在交界面将形成一层带电的区域,如图1.3 所示,该 区域称为PN 结。

PN结 P区 N区

①P区接电源的正极,N 区接电源的负极,有电流从P 区通过PN 结流向N 区, 如图1. 4(a)所示。这时称PN 结正向导通,流过的电流称正向电流。 ②P 区接电源的负极,N 区接电源的正极,只有极微弱的电流从N 区通过PN 结流向P 区,如图1.4 (b)所示。这时称PN 结反向截止,流过的电流称反 向电流,一般情况下可以忽略不计。

总结:PN 结的这种特性称为单向导电性。

2.二极管的结构
正极 负极





电流的方向

归纳:
二极管具有单向导电性。单向导电性的实质是:二极管的正极接电源 的正极,二极管的负极接电源的负极,二极管导通;二极管的正极接电源的 负极,二极管的负极接电源的正极,二极管不导通,又称二极管截止。

3.常用二极管的特点
分类:根据制造材料分为锗(Ge)二极管、硅(Si)二极管等;根据 封装形式分为塑料封装(塑封)二极管、玻璃封装(玻封)二极管、金属封 装二极管、片状二极管等;根据电流容量分为大功率二极管( A 以上)、 中功率二极管(1 ~ A)和小功率二极管(1A 以下);根据用途分为普通 二极管、整流二极管、开关二极管、稳压二极管、发光二极管、变容二极管、 光电二极管等。 ? (1)普通二极管。主要用于检波、小电流整流等,如图1.6所示。 ? (2)整流二极管。如图1.7 所示。常用的国产整流二极管型号有 2CZ11 ~ 1 系列、2CZ 0 ~ 系列、2CZ ~ 0 系列等。进口的整流二极 管型号有1N 0×× 系列、1N ×× 系列、1N ×× 系列等。

应用实例:
图1. 8所示为新型LED 护眼节能灯,利用整流二极 管把交流电转变为直流电后,点亮高亮度发光二极管,用 来照明。

(3)稳压二极管。稳压二极管(见图1.9(a))习惯上简称为硅稳压管,利用二极管被 反向击穿后,在一定反向电流范围内反向电压不随反向电流变化这一特性,在电路中 起稳定电压的作用。常用的国产稳压二极管型号有2CW系列和2DW系列,进口的稳 压二极管型号有1N ×× 系列、1N ×× 系列等。

在实际应用中,要求稳压二极管工作在反向击穿状态,即稳压二极管 两端要加反向电压。反向电压较低时,稳压二极管截止;当反向电压达到一 定数值(即稳压二极管的稳压值)时,反向电流突然增大,稳压二极管进入 击穿状态,此时即使反向电流在很大范围内变化,稳压二极管两端的反向电 压也保持基本不变。但反向电流增大到一定程度后,如果再增大,稳压二极 管将被彻底击穿而损坏。 注意:两只稳压二极管可以串联使用,但不能将它们并联注使用。

? (4)开关二极管。在电路中用做电子开关,如图1.10 所示。常用的国产普通开关二极管型号有2AK 系列,高 速开关二极管型号有2CK 系列,进口的高速开关二极管 型号有1N 1×× 系列,如1N418 、1N4150 等。 ? (5)变容二极管在电路中作为可变电容器,主要用于高 频调谐,如图1.11所示。常用的国产变容二极管型号有 2CC 系列和2CB 系列,进口的变容二极管型号有1SV 系列、1T 系列等。
变容二极管

图1.11 变容二极管

应用实例:
图1.12 所示为电视机中使用的高频调谐器,俗称高 频头。它利用变容二极管的电容随外加电压变化的特性, 通过调节外加电压实现对变容二极管电容的调节,从而实 现对不同频道电视节目的调谐,最终选出所需的电视节目。

(6)发光二极管。主要应用在两个方面:一是光电控制电路,如光
电开关、光电隔离、红外遥控等;二是信号状态指示和数字符号显示, 如电源指示、数码显示等。电流增大、亮度变亮。 ①普通单色发光二极管的发光颜色有红色、黄色、绿色等,使用时要 求串联适当的限流电阻,如图1.13所示。

应用实例:
图1.14 所示为由发光二极管组成的交通信号灯, 将多个不同颜色的发光二极管拼排成所需的交通标志或字 符,在控制信号的控制下,实现交通指挥。

② 红外发光二极管又称红外线发射二极管,主要用于各 种光控和遥控发射电路中,如图1.15所示。

应用实例:
图1.16所示为电视机的遥控器,利用红外发光二极管 将操作电视机的控制信号发送出去,与配套的遥控接收器 配合,实现电视节目、音量等遥控操作。

(7)光电二极管又称光敏二极管,主要用于各种控制电 路中,如图1.17所示。在实际应用中,光电二极管应反 接在电路中,即外加反向工作电压。入射光越强,反向电 流也越大。

应用实例:
图1.18所示为电视机中使用的遥控接收头,利用红 外光电二极管接收红外发光二极管发出的信号,通过与遥 控器配套的译码电路翻译出控制信号,实现电视节目、音 量等的控制。遥控接收头外的金属罩起屏蔽作用。

二、二极管的主要参数
1.二极管的伏安特性
二极管的伏安特性是指二极管中流过的电流与二极管两 端电压之间的关系曲线,如图1.19所示。

2.二极管的主要参数
? (1)最大整流电流(IF)。IF 是指二极管长时间使用时,允许流过 二极管的最大正向平均电流。实际应用时电流超过IF,二极管的PN 结将因过热而烧断,其正反向阻值均为无穷大。 ? (2)最高反向工作电压(URM)。URM 是指二极管两端允许施加的 最大反向电压。为了安全,一般取反向击穿电压值的二分之一,作为 最高反向工作电压URM。二极管一旦过压击穿损坏,其正反向阻值均 为零,即失去了单向导电性。 ? (3 )稳压二极管的主要参数。 ① 稳定电压(UZ)。UZ 是指稳压二极管反向击穿稳定工作的电压。 ② 稳定电流(IZ)。IZ 是指稳压二极管工作的最小电流值。 ③ 额定功率(PZ)。PZ 是指稳压二极管正常工作时,允许消耗的最大 功率。

三、二极管的型号、识别与检测
1.二极管的型号
国产二极管的型号由 部分组成:第1 部分用数字表示电极数;第2 部 分用字母表示材料第 部分用字母表示类型(即用途);第 部分用数字表示 序号,反映电流参数;第 部分用字母表示规格号,反映耐压参数。二极管型 号的各部分符号及意义如表1.1 所示。

2.二极管的识别
? (1)型号识别。2AP1 ~ 2AP 、2CP1 ~ 2CP20 适用于高频检波、小电 流整流;2CZ 0 ~ 2CZ 、2DZ10 ~ 2DZ20适用于不同功率的整流; 2AK1 ~ 2AK 、2CK1 ~ 2CK1 多用于电子计算机、脉冲控制和开关电路 中;2CW100 ~ 2CW1 、2DW 0 ~ 2DW 适用于各种稳压电路。对进口 二极管因其型号不能直接反映出用途,一般需借助半导体手册才能判别出它 的适用场合。 ? (2)外形识别。二极管通常采用塑料、玻璃和金属 种材料封装,不同类型 的二极管具有不同的外形,其引出端的标记符号也不尽相同,如表1.2 所示。

3.二极管的检测
二极管的检测主要指:借助万用表测量二极管正、反向电阻,根据阻值 判别其正、负极,评估其质量。二极管简易测试方法如表1.3所示。

第2节 整流电路的应用
? 一、整流电路的构成 ? 二、整流电路元件的参数选择

一、整流电路的构成
1.半波整流电路
半波整流电路由1 只整流二极管构成,如图1.21 所示。

实验现象:
演示电路如图1.22(a)所示,观察到的波形如图 1.22(b)所示,波形图如图1.22(c)所示。

图1.22 半波整流演示

图1.22 半波整流演示(续)

知识探究:
当u2(t) 为正半周时,VD 正偏而导通,电流经VD → RL 形成回路,RL 上输出的电压波形与u2(t) 的正半周波 形相同,电流iL 从上流向下; 当u2(t) 为负半周时,VD 截止,电路不导通,RL 上 没有电流流过。此时,u2(t) 全部降在整流二极管两端, 最大值为u2(t) 的峰值。

2.桥式整流电路
在如图1.20(b)所示的电视机的机芯板中,使用的是一个桥式整流电路。无电 源变压器的电路如图1.23(a)所示,图1.23(b)所示为其简化电路。它由 只整 流二极管接成电桥形式,其中一个对角之间接负载电阻RL,另一个对角之间接交 流电源。若有电源变压器,则接交流电源的对角之间接电源变压器的次级,如图 1.23(c)所示。

实验现象
演示电路如图1.24(a)所示,观察到的波形如图1.24 (b)所示,波形图如图1.24(c)所示。

图1.24 桥式整流电路演示

图1.24 桥式整流电路演示(续)

知识探究
当u2(t) 为正半周时,VD1、VD3正偏而导通,VD2、VD4 反偏而截止。 电流经VD1 → RL →VD3 形成回路,RL 上输出的电压波形与u2(t) 的正半 周波形相同,电流iL 从b 流向c。 当u2(t) 为负半周时,VD1、VD3 截止,VD2、VD4 导通,电流经VD2 → RL → VD4 形成回路,RL 上输出的电压波形是u2(t) 的负半周波形倒相, 电流iL仍从b 流向c。

提示:
在图1.23 中:有1 只二极管断开时,整流电路输出会减半,相当 于半波整流电路;有1 只二极管接反时,会引起短路,烧坏元件。在 实际应用中,一定要在电源输入端串接起过流保护作用的熔断器(保 险丝),并且在电路安装完毕通电前,一定要检查电路安装是否正确。

整流桥堆如图1.2 (a)、(b)所示。用整流桥堆组 成的整流电路如图1.2 (c)所示,图1.2 (d)所示为整流 桥堆在彩色电视机电源中的应用。

二、整流电路元件的参数选择
1.半波整流电路
半波整流电路输出的直流电压估算公式为 UL = 0.45 U2 式中,U2 ——电源变压器次级电压的有效值。 负载上的直流电流IL 为 整流二极管通过的电流为 I V = IL 整流二极管截止时承受的最大反向电压为

在半波整流电路中,对整流二极管的要求如下。 最大整流电流 I F ≥ IL 最高反向工作电压

2.桥式整流电路
桥式整流电路输出的直流电压估算公式为 UL = 0. 9U2 式中,U2 ——电源变压器次级电压的有效值。 负载上的直流电流IL 为 流过每只整流二极管的电流为

整流二极管承受的电压与半波整流电路相同。因此,在桥式整流电路中, 对整流二极管的要求如下。 最大整流电流

最高反向工作电压

第3节 滤波电路的类型及应用

? 一、滤波电路的类型 ? 二、电容滤波电路元件的参数选择

一、滤波电路的类型
滤波电路的主要元件有电容器和电感器,电容器在电 路中应接成并联形式,而电感器在电路中应接成串联形式。 根据选用的元件及元件之间的连接方式不同,滤波电路的类 型如图1.27 所示。

1.电容滤波电路

内容滤波电路如图1.28 所示。

实验现象:
演示电路如图1.29(a)所示,观察到的波形如图1.29( b) 所示。电容器两端的电压波形图如图1.2 (c)所示。

图1.29 电容滤波演示

图1.29 电容滤波演示(续)

知识探究
电容滤波电路是最常用的一种滤波电路,其特点如下。 (1)滤波后的输出电压中直流分量提高了,交流分量降低 了。 (2)电容滤波适用于负载电流较小的场合。 (3)存在浪涌电流。 (4)RL 开路时,输出UL 约为1. 4U2;C 开路时,输出UL 约为0. 9U2;若C的容量减小,则输出UL 小于1.2U2。

2.其他形式的滤波电路 其他形式的滤波电路如图1.27 所示。

二、电容滤波电路元件的参数选择
整流、电容滤波电路的输出直流电压估算公式为 UL ≈ 1.2Ui 式中,U ——整流电路输入电压的有效值。 滤波电容器的电容量通常取RLC >> ,即 式中,T——电网交流电压的周期。 滤波电容器的额定工作电压(又称耐压)应大于整流电 路输入电压的峰值,通常取 UC ≥ (1.5 ~ 2)Ui

技能实训
实训1 二极管的识别与检测

1.实训目的
? (1)掌握普通二极管的识别与简易检测。 ? (2)掌握专用二极管的识别与简易检测。

2.器材准备

4.内容与步骤
(1)普通二极管的识别与检测。 根据提供的普通二极管完成表1.5 。

(2)专用二极管的识别与检测。 根据提供的专用二极管完成表1. 6。

实训2

整流滤波电路的安装与测试

1.实训目的 (1)掌握示波器的使用。 (2)掌握整流、滤波电路的安装技巧。 (3)掌握整流、滤波电路的测试及故障排除方法。 2.器材准备

4.内容与步骤
(1)根据如图1.40 所示的电路,完成桥式整流、电容滤波电路的安装。

(2)参阅实训相关知识校正示波器。 (3)当开关SA 断开时,用示波器观察桥式整流输出电压的波形,测量输出电压。 (4)合上开关SA,用示波器观察滤波输出电压的波形,测量输出电压。 (5)实训结束后,整理好本次实训所用的器材、工具、仪器、仪表,清扫工作台, 打扫实训室。

单元小结
(1)本单元重点介绍了常用二极管的特点及其在整流电路中的应用。 (2)二极管具有单向导电性,根据二极管正、反向电阻的大小可以判别 其正、负极,当二极管正、反向电阻相差很大时说明其质量较好。 (3)利用二极管的单向导电性可以组成整流电路,常用的整流电路有半 波整流电路和桥式整流电路。在电路的参数相同时,桥式整流电路的输 出比半波整流电路大1 倍,但使用的二极管数量增多。 (4)整流电路的输出是一个大小变化的脉动直流电。将电容器并联在电 路中,组成电容滤波电路,可以得到大小变化比较平缓的直流电。 (5)在电容滤波电路中,通电的瞬间会出现浪涌电流,可能导致元件的 损坏。在实际应用中,采用在整流二极管两端并联0.01μF 陶瓷电容器的 办法,保护整流二极管。


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