全套课件·电子技术项目教程(Proteus版)1

1、电子技术项目教程（Proteus版）重要性: 电子技术是电子信息、机电、计算机相关专业的一门十分重要的专业基础课(关键,决定后续课程学习的好与坏)。该课程的后续课程有单片机应用技术、传感器、芯片级检测与维修、嵌入式等。2022/7/202 电子技术的应用领域非常广泛,像收音机、摄像机、数码相机、微波炉、电视机、移动电话等。如果将它们都拆开来,我们会发现这些复杂的功能电路都是由各种电子元器件和简单的电路组合而成的。这里说到的各种电子元器件和简单的电路就是电子技术基础。也就是我们这门课学习的主要内容。2022/7/204 教学方式方法:1、淡化理论,注重实践。2、采用项目式教学,通过具体实例学习相

2、关理论,降低难度,提高学习积极性。3、采用Proteus仿真教学模式,可使理论知识形象化、生动化，使书本文字和电路立体化，促进学生对知识的理解和记忆。项目1 手电筒照明电路设计与实现2022/7/2051.1 工作模块1 手电筒电路设计与实现工作任务: 使用干电池、开关和灯泡等元件实现手电筒照明电路。干电池提供3V直流电压，闭合开关点亮灯泡。2022/7/2061. 用Proteus设计手电筒照明电路2022/7/207 用Proteus设计手电筒照明电路如下图所示。具体画法做实验详细讲解.介绍图 图1-1 手电筒照明电路Proteus软件: 是由英国Labcenter Electronics

3、公司开发的 EDA工具软件，是近年来备受电子爱好者青睐的一款新型电子电路设计与仿真软件。它是一款功能强大的仿真软件，可以对数模电、单片机、微机原理、嵌入式系统进行仿真。该门课程只要掌握Proteus软件的一些基本操作，实现初学者入门。至于更加详细的使用，请参考软件的帮助文件和其他有关书籍。2. 手电筒照明电路Proteus仿真运行调试（1）运行proteus软件，打开“手电筒照明电路”，在灯泡两端并联直流电压表，同时在电路中串联一个直流毫安表，构建手电筒仿真电路如下图所示。（2）全速运行仿真，点击工具栏的“运行”按钮 ，首先闭合S，仿真运行结果如下图所示。?灯泡额定电压小于3V或者大于3V,分

4、析会出现什么情况? 在上图所示电路中,当开关闭合时,电源正极会流出大量的电荷,电荷的定向移动就形成了电流，它们经过导线、开关流进灯泡，这些电荷在流经灯泡内的钨丝时，钨丝会因发热、温度急剧上升而发光,然后电流在从灯泡流出，回到电源的负极。 1.2 电路基础知识1、什么是电路？ 电路（Electrical circuit）或称电子回路，是由电器设备或元器件, 按一定方式连接起来，为电荷流通提供了路径的总体，也叫电子线路或称电气回路，简称网络或回路。(结合仿真电路提问)2、电路的分类 种类繁多,为了便于分析,需进行分类: 电力电路(或称强电电路) 主要用来实现电能(能量)的传输和转换。 一般电压高(

5、220V、 380V) ，如照明电路按功能分: 、供电系统 。 信号电路(或称弱电电路) 主要用来实现信号(信息与数据)的传递和处 理。一般电 压低（12V，24V，36V），如电话，电视有线，网络。 手电筒电路属于？电力电路信号电路 直流电路(电源提供直流电) 直流电 (DC) 是指电压或电流的 大小和方向是不随时间而变化的。 按电路中电源种类分 交流电路(电源提供交流电) 日常生活中的交流电（AC）是指 正弦交流电，它的电压或电流的 大小和方向是随时间而变化的， 因交流电是按sin函数而变化的波 形，由于与数学上学习过的正弦 波曲线一致，因此称为正弦交流电。 手电筒电路属于？ 模拟电路 主

6、要传递、加工和处理的信号是模拟信号 （见图)，这种信号的特点是时间上和幅 度上都是连续变化的。如电话、广播、 电视中传递的各种声音信号和图像信号。 按处理信号不同分 数字电路 主要传递、加工和处理的信号是数字信号(见图) ，这种信号的特点是时间上和幅度上都是断续 变化的。如计算机内部处理的信号等。 手电筒电路属于？3、电路组成 虽然电路种类繁多，但是主要组成部分都是一样的。下面通过日常生活中最常见的最简单的手电筒电路来找出其电路的主要组成部分（见图）。 电池:作用是供应电能,称为电源. 开关、导线:作用是控制和传递电能，称 为中间环节. 灯泡:是消耗电能的用电器，它能够 将电能转化为光能，称为

7、负载.手电筒电路组成 在下面左图采用了画实物外形的方法来表示电路,这样绘制电路很困难也不方便,为此人们就用一些简单的图形符号表示实物的方法来画电路,这样画出的图形就称为电路图。下面右图形左图电路的电路图,从这里可以看出,用电路图表示实际的电路非常方便。 手电筒实物图电路 手电筒电路图 4、电路的主要物理量 电路的作用是进行电能与其它形式的能量之间的相互转换。我们常用一些物理量来表示电路的状态及各部分之间能量转换的相互关系。下面就介绍电路的一些主要物理量。(1)电流 有两个层面的含义:一是表示一种物理现象，即电荷有规则的运动就形成电流.二是电流的大小用电流强度来表示，但电流强度平时人们多简称电流

8、。所以电流又代表一个物理量.其单位是安培（库/秒），简称安，用大写字母A表示。(注意和微安毫安之间的换算关系)注意: 电流的正方向和真实方向是两个不同的概念,不能够混淆. 习惯上总是把正电荷运动的方向，作为电流的方向，这就是电流的实际方向或真实方向，它是客观存在，不能任意选择，在简单电路中，电流的实际方向能通过电源或电压的极性很容易地确定下来。(手电筒电路电流的真实方向) 在复杂直流电路中，某一段电路里的电流真实方向很难预先确定，在交流电路中，电流的大小和方向都是随时间变化的。这时，为了分析和计算电路的需要，引入了电流参考方向的概念，参考方向又叫假定正方向，简称正方向。 所谓正方向，就是在一段

9、电路里，在电流两种可能的真实方向中，任意选择一个作为参考方向（即假定正方向）。当实际的电流方向与假定的正方向相同时，电流是正值；当实际的电流方向与假定正方向相反时，电流就是负值。(分析手电筒电路 演示) 换一个角度看，对于同一电路，可以因选取的正方向不同而有不同的表示，它可能是正值或者是负值。要特别指出的是，电路中电流的正方向一经确定，在整个分析与计算的过程中必须以此为准，不允许再更改。(2)电压、电位 以手电筒电路为例,电源两端电压就是电场力把单位正电荷从电源正极移动到负极所做的功（两点间）.单位是V,和mV、kV等之间的换算关系。 电路中某点(一点)的电位，即为该点与参考点之间的电压。参考

10、点可以任意选定，选的参考点不同，该点电位也不同。通常设参考电位为0，故参考点又称为零电位点或零点。在电工领域，通常选电路里的接地点为参考点，在电子电路里，常取机壳为参考点。在电路图中用 表示。举例计算电位。 (3) 电功率 电流在单位时间内做的功叫做电功率。在物理学中，用电功率表示消耗电能的快慢以灯泡为例，电功率越大，灯泡越亮。单位时间内耗电多。灯泡的亮暗由实际电功率决定，不用所通过的电流、电压、电能、电阻决定。 电功率用P表示，它的单位是瓦特，简称瓦，符号是W。5、电路模型 为了方便电路的分析和计算,我们引入电路模型的概念。实际电路可以用一个或若干个理想电路元件经理想导体连接起来模拟,这便构

11、成了电路模型。最简单手电筒电路的电路模型如下图所示。 理想电路元器件是一种理想化的模型,简称为电路元件。它是在一定条件下对实际器件加以理想化,只考虑其中起主要作用的某些电磁现象。 通常采用的电路元件有电阻元件、电感元件、电容元件、理想电压源、理想电流源。电阻元件是一种消耗电能的元件;电容元件是储存电场能量的元件; 电感元件是储存磁场能量的元件;电压源是能够产生和维持一定输出电压的元件; 电流源是能够产生和维持一定输出电流的元件。下图是它们的电路模型。 它们是具有两个引出端的元件,称为二端元件;前三种均不产生能量,称为无源元件;后两种电源元件是电路中提供能量的元件, 称为有源元件。 元件有线性和

12、非线性之分, 在金属导体中，电流跟电压成正比，伏安特性曲线是通过坐标原点的直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件。电阻是最普遍的线性元件范例，其他的例子如电容，电感，变压器和运算放大器。对欧姆定律不适用的导体和器件，电流和电压不成正比的电学元件叫做非线性元件。如二极管、三极管等。6、电路的三种状态电路有空载、短路、有载工作三种状态，下面进行详细分析。（1）空载状态 空载状态又称断路或开路状态，如下图所示。它是电路中开关断开或联接导线折断引起的一种极端运行状态。电路空载时，外电路所呈现的电阻可视为无穷大，故电路具有下列特征：1) 电路中的电流为零，即I0。2) U1US，即电源的端电压等于

13、电源电压。此电压称为空载电压或开路电压，用Uoc表示。利用此特点可以测出电源电压; U20。3) 因为电源对外不输出电流，电源的输出功率和负载所消耗的功率均为零。仿真(2) 短路状态 由于电源线绝缘损坏、操作不当等引起电源的两输出端相接触，造成电源被直接短路的情况，是电路的另一种极端运行状态。如下图所示。当电源直接短路时，外电路所呈现的电阻可近似为零，电路具有下列特征：1) 电源中的电流最大，输出电流为零。因为：IS=US/R0 ，在一般供电系统中，电源的内电阻R0很小，故短路电流IS很大，但对外电路无电流输出。2) 电源和负载的端电压均为零。表明电源的电压全部降落在电源的内阻上，电源发出的功

14、率全部消耗在电源内阻上。由以上分析可知，短路时电路中电流很大，容易烧毁电源与设备。另外短路时强电流产生强大的电磁力会造成机械上的损失，因而实际电路中必须设置短路保护装置，最常用的是用熔断器作保护电器。(3) 有载工作状态有载工作状态如下图所示。此时电路有下列特征：电路中的电流为: I=US/(R0+R)当电源电压US和内阻R0一定时，电路中电流的大小取决于负载的大小。电源的端电压为: U1=US-IR0电源的端电压总是小于电源电压。若忽略电源内阻，则电源的端电压U1等于电源电压US。 电路元件在工作时都有一定的使用限度，其限额值称为额定值。举例 通过以上分析可知,电路元件应工作在额定条件下(满

15、载)。如果电路元件工作在低于额定电压很多的状态下(轻载)，则将使设备不能够正常工作。如果电路元件工作在高于额定电压很多的状态下(过载)，这就使电器设备和电源的温度迅速上升，导致电源及其它电气设备烧毁，甚至引起火灾。总结 习题1.3 认识电阻一、电阻器 电阻器通常称为电阻，是电子设备中使用最多的基本元件之一。电阻的主要用途是稳定和调节电路中的电流和电压，其次电阻还可与电容配合起滤波作用。常用电阻电路符号如图1-18所示。 国内1.电阻的分类 电阻的种类繁多，按其材料可分为薄膜电阻和线绕电阻两大类；按其结构可分为固定电阻、可变电阻和敏感电阻。常见电阻实物图如下图所示。下面简要介绍几种常用电阻的特点

16、及应用。水泥电阻 陶瓷绝缘功率型线绕电阻，常被人称作水泥电阻。如下图所示。它广泛应用于计算机，电视机，仪器，仪表，音响之中。一般功率大，外形尺寸也较大。因此，从它的外形结合功率及型号可以很容易判别出来。功率上它分为2W，3W，5W，7W，8W，10W，15W，30W，20W，40W等规格。常见型号为RX27-1型，RX27-3型（3A，3B，3C），RX27-4（4V，4H）型. 水泥电阻散热好，具有优良的绝缘性能，同时具有优良的阻燃，防爆性。有较好稳定性和过负载能力。在负载短路的情况下，可迅速在压接处熔断，对电路有保护功能。水泥电阻(2) 保险电阻 保险电阻如下图所示。在电路图中起着保险丝和

17、电阻的双重作用，其功能就是在电路负载发生短路故障，出现过流时，保险电阻的温度在很短的时间内就会升高到500600，这时电阻层便受热剥落而熔断，保护电路中的其它元件免遭损坏。 主要应用在电源电路输出和二次电源的输出电路中。它们一般以低阻值（几欧姆至几十欧姆），小功率（1/81W）为多。保险电阻(3) 热敏电阻 热敏电阻如下图所示。热敏电阻是电阻值随其电阻体温度的变化而显著变化的热敏元件。在工作温度范围内,电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器。利用NTC热敏电阻的自热特性可实现自动增益控制,构成RC振荡器稳幅电路,延迟电

18、路和保护电路。PTC热敏电阻主要用于电器设备的过热保护、无触点继电器、恒温、自动增益控制、电机启动、时间延迟、彩色电视自动消磁、火灾报警和温度补偿等方面。(4) 湿敏电阻 湿敏电阻如下图所示。湿敏电阻常作为传感器，是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。利用这一特性即可测量湿度。它的特点是随着湿度的增加电阻值增加。热敏电阻湿敏电阻(5) 光敏电阻 光敏电阻如下图所示。光敏电阻器又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻可广泛应用于各种光控电路，如光控开关电路、灯光亮度自动调节

19、电路等。光控开关电路:可以用在一些楼道、路灯等公共场所。通过光敏电阻器，它在天黑时会自动开灯，天亮时自动熄灭。灯光亮度自动调节电路: 能根据外界光线的强弱来自动调节灯光亮度。(6) 磁敏电阻 磁敏电阻器是利用磁阻效应制成的，其阻值会随穿过它的磁通量密度的变化而变化。常用作计量元件、开关电路、磁敏传感器、霍尔器件等。霍尔器件如下图左所示。光敏电阻霍尔器件气敏电阻(7) 气敏电阻 气敏电阻如上图右所示。在现代社会的生产和生活中，人们往往会接触到各种各样的气体，需要对它们进行检测和控制。比如化工生产中气体成分的检测与控制；煤矿瓦斯浓度的检测与报警；环境污染情况的监测；煤气泄漏：火灾报警；燃烧情况的检

20、测与控制等等。气敏电阻传感器就是一种将检测到的气体的成分和浓度转换为电信号的传感器。Led照明电路用的是普通的阻值固定的薄膜电阻 2、 电阻的型号与命名 电阻的型号很多，根据国家标准GB2470-81规定，国产电阻的型号一般由四个部分组成：产品名称、产品制作材料、产品分类、产品序列号。 （1）. 产品名称：用字母表示。R表示电阻；W电位器。 （2）. 产品制作材料：用字母表示，如表1-1所示。 （3）. 产品分类：用数字或字母表示，如表1-2和表1-3所示。 字母HIJNSTXY材料合成膜玻璃釉膜金属膜无机实心有机实心碳膜线绕氧化膜数字1,2345789产品分类普通超高频高阻高温精密高压特殊

21、（4）. 产品序列号：用数字表示。 例如：RJ-71 表示精密金属膜电阻；（提问） RXT-2 为可调线绕电阻。 字母GTXLWD产品分类高功率可调小型测量用微调多圈 3、 电阻的主要性能指标 电阻的主要性能指标有标称阻值、允许偏差、额定功率、最高工作电压等。对有特殊要求的，还要考虑温度系数、噪声系数、高频特性、稳定性等。 （1）. 标称阻值：是指电阻上标出的“名义”阻值，单位为，k，M。换算关系：1 M=103 k= 106常用的标称阻值系列有E6、E12、E24。 标称阻值是不连续分布的，将表中各数乘以10n可得到不同阻值的电阻，如1.1103为1.1 k电阻。提问哪些电阻有和没有 系列代

22、号标称阻值允许偏差精度等级E61.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.820%E121.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7 3.3 3.9 4.7 5.6 6.8 8.210%E241.0 1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.7 3.03.3 3.6 3.9 4.3 4.7 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5 8.2 9.15% （2）. 允许偏差：是指电阻的标称阻值与实际阻值之差。允许偏差越小，电阻的精确度越高。普通电阻的允许偏差分为5%、10%、20%三个等级。 （3）. 额定功率：是指在一定的条件下，电阻能长期连续运行而不改变性能的

23、允许功率，单位为瓦（W）。当超过额定功率时电阻的阻值将发生变化，甚至发热烧毁。 额定功率分九个等级：1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、3W、5W、10W、20W，一般用数字印在电阻的表面上。其中1/4W、1/2W、1W、2W在实际工作中应用较多。 （4）. 最大工作电压：是指由电阻最大电流密度、电阻体击穿及其结构等因素所规定的工作电压限度。当工作电压过高时，虽然功率不超过额定值，将导致电阻变质、损坏。 级别0050102允许偏差0.5%1%2%5%10%20% 4、 电阻的识别方法 电阻的型号和规格一般可从电阻的表面数值直接读出它的阻值和精度，有时也可以从电阻上印刷的不同色环来判断它的

24、阻值和精度。 （1）. 固定电阻的识别 1）直标法：是指将电阻的主要参数和技术性能指标直接印刷在电阻的表面上。例如电阻上印有“RJ7 100k 5%”，则表示阻值为100 k、允许偏差为5%的精密金属膜电阻。适用于体积大（大功率）的电阻。 2）色标法：是指用不同颜色的色环表示电阻的标称阻值和允许偏差。普通电阻采用四环表示，精密电阻采用五环表示。 （熟练掌握、解释表格、例题） 3）文字符号法：是用字母和数字符号有规律的组合来表示电阻的标称阻值。其规律：例如，R3表示0.3，3k6表示3.6k，8M2表示8.2M。 对于这种识别方法如何判断哪一条是第一条色环和最后一条色环非常关键。紧靠电阻体一端头

25、的色环为第一环，露着电阻体本色较多的另一端头为末环。表示电阻器标称阻值的那四条环之间的间隔距离一般为等距离，而表示偏差的色环（即最后一条色环）一般与第四条色环的间隔比较大。解：由表1-6可知，四条色环的含义如图1.2（b）所示。因此 标称阻值为：27103=27 k。 允许偏差为：5% 。 例1.1某一电阻的色标如图1.2（a）所示，试指出其标称阻值和允许偏差。 (a) (b)图1.2 例1.1图 （2）. 电位器的识别 电位器一般采用直标法，标志内容分为四个部分：主称、导体材料、性能形状、序号。其后用数字及单位直接标明电位器的额定功率、标称阻值及电位器阻值变化特性。 （见表）例如，“WH1

26、4.7 k”表示合成膜电位器，阻值为4.7 k。 “WSX1 150”表示小型实心电位器，阻值为150。 总结：掌握电阻器的作用、分类、型号命名规则、主要性能指标及识别方法。练习：见习题1、2第一部分(主称)第二部分(导体材料)第三部分(性能形状)第四部分(序号)字母含义字母含义字母含义W电位器TJHYSXD碳膜金属膜合成膜氧化膜实心线绕导电塑料GRWJX高功率耐热微调精密小型用数字、字母表示，包括标称阻值、额定功率、阻值变化特性等【技能训练1-1】 万用表使用和电阻检测1. 万用表使用“万用表”是万用电表的简称，它是我们电子制作中一个必不可少的测量工具(必须掌握)。万用表能测量电流、电压、电

27、阻，有的还可以测量三极管的放大倍数，以及频率、电容值、逻辑电位、分贝值等。万用表是公用一个表头，集电压表、电流表和欧姆表于一体的仪表。万用表有很多种，现在最流行的有机械指针式的和数字式的万用表，如图1-27所示。（1）数字万用表数字式万用表的测量值由液晶显示屏直接以数字的形式显示，读取方便，有些还带有语音提示功能。数字式万用表在万用者的下方有一个转换旋钮，旋钮所指的是测量的挡位。数字万用表的挡位主要有以下几种： V表示测量交流电压的挡位；V-表示测量直流电压的挡位；A表示测量交流电流的挡位； A-表示测量直流电流的挡位; (R)表示测量电阻的挡位；HFE表示测量三极管的挡位。数字万用表的红笔表

28、示接内电路正极，黑笔表示接内电路负极。数字万用表测量电阻的使用方法如下：第1 步:将黑表笔插进COM 孔，红表笔插进V 孔中。第2步:把挡位旋钮调到 中所需的量程，用表笔接在电阻两端金属部位，测量中可以用手接触电阻，但不要把手同时接触电阻两端，这样会影响测量精确度的(人体是电阻很大的导体)。第3步:保持表笔和电阻接触良好的同时，开始从显示屏上读取测量数据。（2）指针万用表指针万用表是以表头为核心部件的多功能测量仪表，测量值由表头指针指示读取。指针万用表的外观和数字万用表表有一定的区别，但它们的转挡旋钮是差不多的，挡位也基本相同。指针万用表的挡位主要有以下几种：标有标记的是测电阻时用的刻度尺；标

29、有DCmA标记的是测直流电流时用的刻度尺；标有DCV标记的是测量直流电压时用的刻度尺；标有ACV标记的是测量交流电压时用的刻度尺；标有HFE标记的是测二极管时用的刻度尺;标有LI 标记的是测量负载的电流、电压的刻度尺；标有DB标记的是测量电平的刻度尺。指针万用表测量电阻的使用方法为:第1 步：先将表笔搭在一起短路，使指针向右偏转，随即调整调零旋钮，使指针恰好指到0。第2步：将万用表的挡位旋钮调到电阻适当的挡位。第3 步：然后将两根表笔分别接触被测电阻（或电路）两端，读出指针在欧姆刻度线(第一条线)上的读数。第4步：将读取的读数来以该挡标的数字，就是所测电阻的阻值。例如：如用R*100挡测量电阻

30、，指针指在80，所测得的电阻值为80*100=8K。由于0刻度线左部读数较密，难于看准，所以测量时应选择适当的欧姆挡。使指针在刻度线的中部或右部，这样读数比较清楚准确。每次换挡，都应重新将两根表笔短接，重新调整指针到零位，才能测准。2. 电阻的好坏判断方法：先把各类电阻原有阻值读出，然后再进行测量，如果测量得出的数值和标识阻值不同则为坏。普通电阻损坏表现为：阻值明显增大或为无穷大。保险电阻损坏表现为：有阻值或为无穷大。 注：在电路板中测量电阻得出的阻值可能比读出的阻值小是正常的，因为在电路中电阻可能和别的元件并联，测得的数值是此电阻和别的元件并联后总的阻值，所以阻值变小。但若测单个电阻测得阻值

31、比读出的阻值大则说明此电阻有问题，或再拆下来测量，阻值变大此电阻应更换。项目2 高亮度LED照明电路设计与实现2022/7/20632.1 简易LED照明电路设计与实现1、用Proteus设计低功耗LED照明电路 运行proteus软件，新建“低功耗LED照明电路”设计文件。按照下图所示，放置并编辑CELL（干电池）、LED-RED（红色发光二极管）、SW-SPDT（单刀双掷开关）和电阻（RES）等元件。设计完成低功耗LED照明电路后，进行电气规则检测。2 、低功耗LED照明电路用Proteus仿真运行调试（1）运行proteus软件，打开“手电筒照明电路”，在LED两端并联直流电压表，同时在

32、电路中串联一个直流毫安表，构建手电筒仿真电路如下图上所示。（2）单片机全速运行仿真，点击工具栏的“运行”按钮 ，首先闭合S，仿真运行结果如下图下所示。2.2 认识二极管在自然界中存在着各种物质，它们的导电性能各不相同。按其导电能力的强弱，可以分为三大类：导体、半导体和绝缘体。（1）导体是善于导电的物体，即是能够让电流通过材料。如铜、铝、银等金属。（2）绝缘体是不善于导电的物体。如橡皮、塑料、陶瓷、木材等。（3）半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物质，如硅、锗、硒、砷化镓、一些硫化物和氧化物等。半导体可分为:本征半导体和杂质半导体杂质半导体可分为N型和P型 应用广泛的二极管就是一种半导体

33、器件,下面介绍半导体二极管的相关基础知识.2.2.1 半导体二极管结构及特性1.半导体二极管的结构（ PN结）采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成很薄的空间电荷区称为PN结。如图1-28所示。 PN结的基本特性是单向导电性 。若外加电压使电流从P区流到N区，此时PN结处于导通状态,正向电阻很小，流过电流很大；反之PN结处于截止状态,反向电阻很大，流过电流很小。如果外加电压使PN结P区的电位高于N区的电位,如图1-29(a)所示,称为加正向电压，简称正偏；PN结P区的电位低于N区的电位, 如图1-29(b)所示,

34、称为加反向电压，简称反偏。把一个PN结加上两根引线,再加上外壳密封起来,便构成了二极管。从P区引出的电极称为二极管的阳极A(或“+”极)，从N区引出的电极称为二极管的阴极K(或“-”极)，二极管的电路符号和常见二极管的实物图分别如图1-30和1-31所示。长正短负彩色边负黑色线条负2.半导体二极管的分类二极管的种类很多，按照不同的分类标准，可以分成不同的类型。（1）按其材料分：硅二极管、锗二极管、砷化镓二极管等；（2）按其制作工艺分：点接触型二极管和面接触型二极管；（3）按其用途分：整流二极管、检波二极管、稳压二极管、变容二极管、发光二极管、光电二极管、开关二极管等；（4）按其封状形式分：塑封

35、二极管、玻封二极管、金属封二极管等。 各类二极管的电路符号如图1-32所示。图1-32 各类二极管的电路符号3.半导体二极管的伏安特性曲线描述半导体二极管的端压U与流过它的电流I之间的关系的曲线称为伏安特性曲线，如图1-33所示。 1）正向特性 对应于图1-33中U大于0的曲线段称为正向特性。当二极管承受的正向电压很低时，二极管的正向电流很小，这一区段称为死区；当二极管承受的正向电压超过死区电压后，二极管的正向电流明显增加，并且随着正向电压的增大而迅速增大，此时二极管的正向电阻变得很小。当二极管充分导通后，二极管的正向电压基本保持不变，这一区段称为正向导通区。2）反向特性 对应于图1-33中U

36、小于0的曲线段称为反向特性。当二极管承受的反向电压很低时，二极管的反向电流极小，这一区段称为反向截止区；当二极管承受的反向电压超过某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。当反向电流能够在很大范围变化时，而管子两端的电压却几乎不变，稳压二极管就是利用这一特性来实现稳压的。伏安特性参数见下表4.半导体二极管的主要技术参数 了解二极管的技术参数是正确使用二极管的前提，不同型号的二极管有不同的参数值。 （1）最大整流电流最大整流电流是指半导体二极管长时间工作时，允许通过的最大正向平均电流。点接触型二极管的最大整流电流在几十毫安以下。面接触型二极管的最大整流电流较大。当电流超过允许值时，将由

37、于PN结过热而使管子损坏。（2）最高反向工作电压最高反向工作电压是指保证二极管安全可靠工作的最高反向电压，通常为二极管反向击穿电压的一半或三分之二。点接触型二极管的最高反向工作电压一般是数十伏。面接触型二极管的最高反向工作电压可达数百伏。使用二极管时，反向电压不能够超过此值，否则会有击穿的危险。（3）最大反向电流最大反向电流是指在最高反向工作电压下允许流过二极管的反向电流。它的大小反映了二极管单向导电性能的好坏，其值越小，表明二极管的质量越好。 硅管的最大反向电流一般在几微安以下，锗管的最大反向电流一般在几十至几百微安。（4）最高工作频率最高工作频率是指二极管在正常工作下的最高频率。若通过二极

38、管的电流频率大于此值，二极管就不能正常工作。 5.半导体二极管的命名规定 半导体二极管的型号一般由五个部分组成。第一部分用数字2表示二极管。第二部分用字母表示材料和极性，如表1-10所示。第三部分用字母表示类型，如表1-11所示。第四部分用数字表示序号。第五部分用字母表示规格。 字母ABCD含义N型,锗材料P型,锗材料N型,硅材料P型,硅材料字母含义字母含义字母含义PVWC普通管微波管稳压管参量管ZLSN整流管整流堆隧道管阻尼管UKB光电器件开关管雪崩管例如：2CW51。其中“2”表示二极管；“C”表示N型、硅材料；“W”表示稳压管；“51”表示序号。对于日本和美国半导体器件的命名方法这里不再

39、阐述了，如果大家感兴趣可以查阅书籍或上网搜索。2.2.2 发光二极管及应用 发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。LED的优点的是亮度高、电压低、体积小、可靠性高、寿命长、响应速度快、颜色

40、鲜。下面来分析下发光二极管的特性。LED的伏安特性见下图(1) 正向工作电压：比普通二极管高（0.2、0.7），约 1.2 V 2.5 V；(2) 反向击穿电压：一般比普通二极管低，约 5 V 左右。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算：R=（EUF）/IF式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。【技能训练1-2】 二极管识别与检测使用数字万用表二极管档或电阻档，将红表笔插入V孔黑表笔插入COM孔，我们知道在数字万用表里红表笔接触内部电池正极，黑表笔接触内部电池负极，而在指针万用表里电阻挡是红表笔接触内部电池

41、负极黑表笔接触内部电池正极，将数字万用表红表笔接触二极管正极，黑表笔接触二极管负极时，则二极管处于正偏，万用表有一定数值显示（此方法也用于识别二极管阴阳极）。若将红表笔接二极管阴极，黑表笔接二极管阳极，二极管处于反偏，万用表高位显示为“1”或很大的数值，此时说明二极管是好的。 在测量时若两次的数值均很小，则二极管内部短路；若两次测得的数值均很大或高位为“1”，则二极管内部开路关键知识点问题与讨论 2022/7/2086 任何电子设备都有一个共同的电路-电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。 电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满

42、足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。项目3 直流稳压电源电路设计与实现 本项目所介绍的直流稳压电源为单相小功率电源,它将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为+5v直流电压。实际上也可转化为其它电压大小的直流电压,主要修改下变压器的参数和稳压电路的元件即可,只不过+5v直流电压用的多些而已。例如,电源适配器、单片机的供电、主机电源的输出电压等等。 单相交流电压是怎样转换为直流电压的呢？单相交流电是经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压，其方框图

43、及各电路的输出电压波形如图2-1所示。电源变压器将交流电源电压变换为整流需要的电压（两者相差较大，需要降压）；整流电路将交流电压变换为单向脉动电压；滤波电路能够减少整流电压的脉动程度，以适合负载的需要；稳压电路能够输出稳定直流电压，使输出电压不受电源电压波动和负载变化的影响。 下面章节将介绍这几个组成部分的相关知识。 3.1 工作模块3 变压电路设计与实现 在项目一中的手电筒和LED电路它们的供电是直流电,我们今天讲的变压器电路的供电是交流电, 大小和方向随时间变化。对于交流电我们通常使用的是正弦交流电,其变化规律是按照正弦规律变化的.1周期 正弦交流电完成一次循环变化所用的时间叫做周期，用字

44、母 T 表示，单位为秒：s 。显然正弦交流电流或电压相邻的两个最大值(或相邻的两个最小值)之间的时间间隔即为周期。2频率它表示正弦交流电流在单位时间内作周期性循环变化的次数，即表征交流电交替变化的速率(快慢)。用符号 f 表示，国际单位制是：赫兹(Hz)，频率和周期互为倒数关系,即f=1/T。我国工业和民用交流电源的频率为50 Hz，因而通常将这一交流电压简称为工频电压。3.幅值4.有效值：为了计算方便引入的, 把直流电和交流电分别通过两个相同的电阻器件，如果在一个周期时间内它们产生的热量相等，那么就把此直流电的电压作为此交流电的有效值。 对于正弦交流电幅值是有效值的 倍 220v仿真修改3.

45、1.2 认识变压器变压器是一种静止的电气设备。它是根据电磁感应的原理，将某一等级的交流电压和电流转换成同频率的另一等级电压和电流的设备 (频率不变,大小变化) 。变压器具有变换交流电压、交换交流电流和变换阻抗的功能,它在电力系统和电子电路中得到了广泛的应用。 在电力系统中，传输电能的变压器称为电力变压器，它是电力系统中的重要设备。在远距离输电中，当输送一定功率时，输出电压越高，则电流越小，输电导线截面、线路的能量损耗也越小，为此大功率远距离时都将输电电压升高。但用电设备的电压又较低，为了安全可靠用电，又需把电压降下来。因此，变压器对电力系统的高效输送、灵活分配及安全用电有着极其重要的意义。 在

46、电子电路中，常常需要一种或几种不同电压的直流电，因此变压器作为电源变压器将电网电压转换为所需要的各种电压。 1.变压器的分类和基本构造（1）变压器的分类按用途分：分为电力变压器、整流变压器、仪用变压器、特种变压器；按相数分：可分为单相、三相、多相变压器；按结构分：可为分双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器、自耦变压器等；按冷却方式：可分为干式、油浸式、充气式变压器。如图2-14和2-15所示为电子电路中的小容量变压器，如图2-16所示为电力系统的大容量电力变压器。（2）变压器的基本构造变压器的主要部件为铁芯和绕组（构成器身）。1) 铁芯结构上分为心式和壳式，电力变压器主要用心式，小容量变压

47、器主要用于壳式。心式和壳式变压器分别如图2-18和图2-19所示。2) 绕组绕组是是变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。高压绕组匝数多，导线细；低压绕组匝数少，导线粗。依照高低压绕组的相对位置分为同心式和交叠式。心式壳式为了分析方便,我们把高、低压绕组画在铁芯的两侧，与电源相连的绕组为原边绕组，即初级绕组；与负载相连的绕组为副绕组，即次级绕组。其示意图和变压器符号如图2-20所示。原理 例子2.变压器的工作原理如图2-21所示是一台单相变压器的原理图。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。下面以单相变压器为例,分别讨论变压器在空载和负载时的运行情况,从而说明变换电压、电流

48、和阻抗匹配的原理。（1）空载运行和电压变换空载运行是指一次侧接交流电源，二次侧开路,不接负载时的运行情况, 如图2-22所示。通过分析计算可以得到：式中K为变压器的变比。此式表明：变压器原、副绕组的电压比等于两者的匝数比。当K1时为降压变压器，当K1.1IOUDRM1.1URM单相半波整流电路简单易行,所用二极管数量少。但是由于它只利用了交流电压的半个周期，所以输出电压低，交流分量大（即脉动大），效率低。因此，这种电路仅适用于整流电流较小，对脉动要求不高的场合。3.2.2 桥式全波整流电路单相桥式全波整流电路是一种应用广泛的电路，它由四个二极管接成电桥的形式，如图2-9所示。现在人们把接成桥式

49、电路的四个二极管制作在一起，称为“全桥”或“桥堆”，如图2-10所示。它应用起来更加方便。工作过程:由于负载上得到的电压为全波电压，所以称为全波整流。 显然，全波整流电路输出电压Uo的平均值比半波整流时增加了一倍，即：Uo= 20.45U = 0.9U负载中的Io电流也增加一倍二极管承受的最大反向压降：URM=Um= U在选择二极管时,为了安全起见，二极管的最高反向工作电压UDRM和最大整流平均电流IOM均应至少留有10%的余地,即选取IOM UDRM单相桥式整流电路与单相半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点

50、，因此得到相当广泛的应用。目前有不同性能指标的集成电路，称之为“整流桥堆”。它的主要缺点是所需二极管的数量多，由于实际上二极管的正向电阻不为零，必然使得整流电路内阻较大，当然损耗也就越大。总结与作业总结、1、直流稳压电源电路方框图2、交流电的参数3、变压器的作用、原理、检测4、半波整流和全波整流原理及整流二极管的选择作业、 p49 1-1 1-33.3 工作模块5 滤波电路设计与实现 交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小（电流强度）还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装置供电的。要把脉动直流变成波形平滑的直流，方法就是滤波。换句话说，滤波的任务，就是把整流器

51、输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电。 滤波电路有电容滤波、电感滤波、复式形滤波电路。 3.3.1 几种滤波电路1.电容滤波电路 电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路,在整流电路的输出端(即负载电阻两端)并联一个电容即构成电容滤波电路,如图2-27所示。滤波电容容量较大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路原理就是利用电容的充、放电作用(仿真)，使输出电压趋于平滑。如图2-28所示。蓝色线波形为整流的波形,红色线波形电容滤波后的输出电压波形。 下面分析电容滤波电路的工作原理：1）当 u 为正半周且 uuC 时，D1、D3 导通，电容C 被

52、充电，当充电电压达到最大值 Um 后，u 开始下降，电容C放电，经过一段时间后，uCu，D1、D3 截止，uC 按指数规律下降。2）当 u 为负半周且 u uC 时，D2、D4导通，电容 C 重新被充电，当充电电压达到最大值 Um 后，u 开始下降，电容C放电，经过一段时间后，uC u ，D2、D4 截止，uC 按指数规律下降。由于波形下降速率由放电时间常数(=RC)来决定，所以越大（也就是RC越大），下降速率越慢，波形就越平滑，滤波效果越好。电容滤波电路一般只适用于输出电压高，负载电流较小，即负载RL较大的场合。可见，经过电容滤波后，负载电压的脉动减小，平均值提高。2.电感滤波电路假若负载电

53、阻RL很小,流过负载的电流很大时,这时若采用电容滤波电路，则电容容量势必很大，而且整流二极管的冲击电流也非常大，在此情况下应采用电感滤波。由于电感线圈的电感量要足够大，所以一般需要采用有铁心的线圈。 下面来分析电感滤波电路的工作原理。当流过电感的电流变化时，电感线圈中产生的感生电动势将阻止电流的变化。当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中；当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。因此经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑

54、，也减小了二极管的冲击电流，平滑了流过二极管的电流，从而延长了整流二极管的寿命。在电感线圈不变的情况下，负载电阻愈小，输出电压的交流分量愈小。只有在RLL时才能获得较好的滤波效果。L愈大，满足RLL时，整流电压的交流分量就大部分将在线圈上，而直流分量则大部分降在负载上。滤波效果愈好。特点:电感滤波电路适用于负载电流较大，其变化也较大但对输出电压脉动程度要求不太高的场合，例如晶闸管电路。 3.复式形滤波电路前述用单一电容或电感构成的滤波电路，其滤波效果往往不够理想，在要求输出电压脉动更小的场合，常采用复式滤波电路。 (LC、 LC、RC 图 )由于电感线圈的体积大而笨重，所以有时候用电阻去代替形

55、滤波器中的电感线圈，这样便构成了形 RC 滤波器。 R 愈大，C2 愈大，滤波效果愈好。但 R 太大，将使直流压降增加，且电阻要发热，消耗电功率，故应选择RUGS(th)0，且UDS UGS-UGS(th)（预夹断电压） UDS不能太大，容易击穿损坏其中UGS(th）为开启电压：是增强型MOS管参数， UGSUGS(th)开始出现漏极电流id。N沟道耗尽型MOS管工作在恒流区的条件是什么？UGSUGS(off)，且UDS UGS-UGS(off)（预夹断电压）其中UGS(off)为夹断电压：结型场效应管和耗尽型MOS的参数，当UGS=UGS(off) 时, 漏极电流为零。对于P沟道上述条件大于

56、号改为小于号即可。（2）可变电阻作用让场效应管工作在可变电阻区N沟道增强型MOS管工作在可变电阻区的条件是什么？UGSUGS(th)0，且0UDSUGS(off)，且0UDS或或 UGS(off) （ds通或ds不通）对于P沟道上述条件大于号改为小于号即可。拓展：N沟道结型放大(恒流区)条件： UGS(off) UGSUGS -UGS(off) 可变电阻（可变电阻区）条件：UGS(off) UGS=0, 0UDSUGS -UGS(off) 开关（夹断区）作用条件：UGS(off) UGS UGS ds不通 开关断开P沟道结型与N沟道结型相反练习测得某放大电路中三个MOS管的三个电极的电位如表1

57、所示，它们的开启电压也在表中。试分析各管的管型和工作状态(夹断区、恒流区、可变电阻区），并填入表内。场效应管的型号命名方法现行场效应管有两种命名方法。 第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表 材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极管。第二种命名方法是CS#，CS代表场效应管，以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。引脚识别 判断与三极管一样，场效应管也有三个电极，分别是栅极G、源极S和漏极D。场

58、效应管可看做是一只普通三极管，栅极G对应基极B，漏极D对应集电极C，源极S对应发射极E（N沟道对应NPN型三极管，P沟道对应PNP型三极管）。可以根据PN结单向导电原理，将数字万用表置于R1k挡，将黑表笔接触管子的一个电极，红表笔分别接触管子的另外两个电极，若测得阻值都很小，则黑表笔所接的是栅极，且为P沟道场效应管。对于N沟道场效应管，红表笔接触管子的一个电极，黑表笔分别接触管子的另外两个电极，测得阻值都很小时红表笔所接的是栅极。 Ugs=0 id=0 增强型，否则耗尽型场管好坏判断1、三极管是双极型晶体管，场效应管是单极型晶体管；2、三极管是电流控件，场效应管是电压控件；3、三极管输入阻抗低

59、，场效应管输入阻抗高；4、三极管分NPN和PNP两种类型，有硅管和锗管之分。场效应管分结型和绝缘栅型两大类，每类又可分为N沟道和P沟道两种，都是硅管；5、在只允许从信号源取较少电流的情况下,应选用场效应管;而在信号电压较低,又允许从信号源取较多电流的条件下,应选用晶体管. 三极管的集电极和发射极不可互换，有些场效应管的源极和漏极可以互换使用,栅压也可正可负,灵活性比晶体管好. 场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作,而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上,因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用.场效应管与晶体三极管的比较扬声器识别检测 一般在扬声器磁体的标牌上都

60、标有阻抗值，但有时也可能遇到标记不清或标记脱落的情况。因为一般电动扬声器的实测电阻值约为其标称阻抗的80%90%，一只8的扬声器，实测铜阻值约为6.47.2，所以可用下述方法进行估测。将万用表置于“R1”挡，调零后，测出扬声器音圈的直流铜阻R，然后用估算公式Z 1.17R即可估算出扬声器的阻抗。例如，测得一只无标记扬声器的直流铜阻为6.8，则阻抗Z1.176.8=8。 扬声器是否正常，除可用以上方法测其阻抗外，还可用以下方法进行简易判断。方法是：将万用表置R1挡，把任意一只表笔与扬声器的任一引出端相接，用另一只表笔断续触碰扬声器另一引出端，此时，扬声器应发出“喀喀”声，指针亦相应摆动。如触碰时