（中职）电子技术基础与技能（电子信息类）第1章课件

1、（中职）电子技术基础与技能（电子信息类）第1章ppt课件第1章 二极管及其应用1.2 常用二极管1.1 半导体二极管1.3 简单直流稳压电源学习目标 1.了解二极管的基本参数和特性2. 了解常见二极管的应用3. 理解整流电路的工作过程4. 了解滤波电路的基本结构1.1 半导体二极管 半导体二极管（习称二极管）有阳极（正极）、阴极（负极）两个电极。它还有导通、截止和反向击穿三种工作状态。1.1.1 初识二极管 （a）单向打开的门 (b)单向导通的二极管图1.1单向打开的门和二极管实物图1.1（b）是截取电视机的电源电路，目的是把交流电变换为直流电。图中二极管标记为 ，国标是用符号示 。图中二极管

2、有白色标记端为负极，无标记端为正极。 下面通过二极管控制灯泡发光的演示，了解二极管的作用。 演示：（1）如图1-2（a）所示连接电路，二极管的正极接电源正极，二极管的负极通过灯泡接电源负极，此时，灯亮，电路图如图1-2（c）所示。（2）在图1-2（b）所示电路中，改变二极管的连接方向，二极管的正极接电源负极，二极管的负极通过灯泡接电源负极，灯不亮。电路图如图1-2（d）所示。图1-2 二极管单向导电性示意图思考与分析：（1）二极管的连接方向能控制灯泡的发光状态。（2）二极管正极接电源正极，负极通过负载接电源负极时（此时二极管称为正偏），灯L亮，说明电路中有较大的正向电流，二极管呈现出较小的电阻

3、，电路处于导通状态，称为正向导通。（3）二极管负极接电源正极，二极管的正极接电源负极（此时二极管称为反偏），灯L不亮。此时，灯上流过的电流应该是为或者非常小，即此时二极管应该是呈现出很大的电阻，称为反向截止。结论：二极管具有单向导电性，电流从正极流向负极，相当于沿着三角形箭头方向流动。当二极管正偏时，二极管相当于开关接通；当二极管反偏时，二极管相当于开关断开。 1.1.2 二极管的分类表1.1 二极管种类及说明划分方法及种类说明按照功能划分普通二极管常见的二极管，可用于检波整流二极管专门用于整流发光二极管用于指示信号稳压二极管用于直流稳压光电二极管把光的变压转变为电的变化变容二极管二极管的偏压

4、决定其结电容值按照材料分硅二极管硅材料锗二极管锗材料按照外壳封装材料划分塑料封装二极管大量二极管采用这种封装金属封装二极管大功率整流二极管采用这种封装玻璃封装二极管小功率二极管等表1.2 常见二极管的外形图稳压二极管的外形发光二极管光电二极管变空二极管1.1.3 二极管的结构及工作原理 二极管由PN结构成。PN结是P型和N型介于导体和绝缘体之间的不同导电性能的材料（即半导体器件）连接在一起，在两者的结面处形成具有特殊性质的物理结构。PN结只允许电流从P区流向N区，即PN结具有单向导电性。常用的半导体材料有硅和锗。图1-3 PN结构和二极管的图形符号 1.1.4 二极管工作状态 二极管有两种工作

5、状态：截止和导通。二极管导通与截止有一定的工作条件。具体见表1-3。名称二极管导通二极管截止工作条件正向偏压，而且正向偏压要求硅管大于等于0.5V，锗管大于等于0.1V二极管反向偏压，或偏压值硅管小于0.5V，锗管小于0.1V工作电路电流从二极管正极流向负极反偏压，不导通，无电流等效电路二极管等效为一个硅管为0.7V，锗管为0.3管的电压源，串接近似为0的导通电阻rD二极管两根引脚之间的电阻非常大，相当于开路。1.1.5 二极管型号命名方法 表1-4 美国电子工业协会半导体分立器件的命名方法位置标记意义第一部分用符号表示器件用途的类型JAN-军级、JANTX-特军级、JANTXV-超特军级、J

6、ANS-宇航级、（无）-非军用品。第二部分用数字表示PN结数目1-二极管、2-三极管、3-三个PN结器件、n-n个PN结器件第三部分美国电子工业协会（EIA）注册标志N-该器件已在美国电子工业协会（EIA）注册登记第四部分用字母表示器件分档A、B、C、D-同一型号器件的不同档别，部分晶体管不标如：1N4007是整流二极管，1表示二极管，N表示器件已在美国电子工业协会注册登记，4007是编号。 1.1.6 二极管的主要参数 表1-5所示是几项常用参数说明。二极管除了正向平均电流和反向工作峰值电压外，还有反向电流、正向压降、结电容和二极管工作的上限截止频率fM等，在选用二极管时根据需要依据参数合理

7、选择。表1-5 二极管项常用参数说明参数名称符号/单位说明正向平均电流IF/A 二极管长期连续工作时，所允许通过平均电流的最大值。超过这一数值，二极管将过热而损坏。反向工作峰值电压URRM/V 二极管工作时，所能允许的最大的反向工作电压。若使用中，二极管所加反向电压超过此值，则管子可能被击穿。 二极管的种类很多，二极管的参数是合理选用二极管的主要依据。二极管的参数可在产品说明书和有关手册中查到。表1-6是整流二极管1N4007和1N5407的主要参数。型 号反向工作峰值电压URRM/V正向平均电流IF/A正向压降UF/V反向电流Is/AIs/A1N4007100011.05501N540780

8、030.8550测试条件IFM=1A(25)25,VRM =VRRM100,VRM =VRRM 表1-6 二极管1N4007和1N5407的主要参数1.1.7 二极管的伏安特性 二极管的伏安特性就是指在二极管两端加电压时，通过二极管的电流与所加电压的关系。 表1-7 硅二极管的伏安特性及说明伏安特性曲线说明 1正向特性：当uvDUTH（二极管的门限电压或称死区电压。在室温下，硅二极管的UTH约为05V，锗二极管的UTH约为01V）。二极管处于正向导通时，硅二极管导通电压约为0.7V（锗二极管导通电压为0.3V）。 二极管导通后，近似认为正向电阻rD=0。 2反向特性：二极管两端加上反向电压时，

9、反向饱和电流IS近似认为IS0，rD，即二极管相当于开路。 3反向击穿特性：当反向电压达到左图中UZ值时，二极管进入反向击穿状态。 稳压二极管就是利用反向击穿特性工作。普通的二极管工作于这种状态会击穿损坏。1.2 常用二极管 除了整流二极管外，常用的二极管有稳压二极管、发光二极管、光电二极管和变容二极管。1. 稳压二极管表1-8 二极管的外形符号和应用电路外形图符号实际应用电路 从外形上看，大功率稳压管镙栓端为负极，贴片二极管有白线端为负极，塑封和玻璃封装的稳压二极管管体上有黑环一端表示负极，对于同向引线的二极管，其引线长的一根为正极。（1）稳压二极管的外形和应用表1-9 稳压电路的原理分析典

10、型电路应用特性原理分析应用二极管在击穿时陡峭的反向击穿特性，实现输出电压的稳定。 假设某种原因（如输入电源电压升高）使输出电压uO增大，则稳压管电压UVD增大，通过稳压管的电流IVD也增大， IVD是通过限流电阻R电流I的一部分，所以I随IVD增大，R两端电压UR增大，uO趋于稳定。即 注意：1. 为避免二极管被击穿，限流电阻一定要连接。 2.使用时，根据稳压管的额定电流和IL来确定限流电阻的阻值。 （2）稳压二极管稳压值的读数 a)较大体积的稳压二极管，管体上标有稳压值。如标8V2，表示稳压值为8.2V。 b)若小功率稳压二极管体积小，在管子上标注型号较困难时，则采用色环来表示它的标称稳压值

11、。 2发光二极管 发光二极管是用特殊的半导体材料制成的。材料不同所发出的光的颜色就不同。 表1-10 常见发光二极管的外形、符号和应用名称外形和符号应用单色发光二极管用于指示三端变色发光二极管能变换颜色，用于指示红外发光二极管用于光控和各种遥控电路 注意：可以用肉眼观察发光二极管识别它的正、负极，透过玻璃观察两条引出线在管体内的形状较小的是正极。未使用过的发光二极管可根据管脚长短来区分正负极，管脚较长的就是正极。 发光二极管特点是：正向工作电压为（1.53.0）V，比普通二极管的正向工作电压要高，不同颜色的发光二极管正向工作电压不同。当通过发光二极管的电流越大时，发光越亮，但电流不允许超过最大

12、值，以免将二极管烧毁。发光二极管的工作电流较小，通常为（1030）mA，发光二极管的反向击穿电压一般在5V左右使用中不应使发光二极管承受超过5V的反向电压。 表1-11 发光二极管应用电路及分析发光二极管LE1接通正向电压5V时导通发光。LE2接通正向8V电压时导通发光。R611，R612是限流电阻，避免电流超过发光二极管正向导通允许的最大值，烧毁发光二极管。 原理分析实物（电视机的电源和待机指示电路） 应用电路图1-4 是由发光二极管构成的发光数码管。控制不同的发光二极管发光就可以显示不同的数字 3光电二极管光电二极管常用于光控开关，是一种能将接收的光信号转换成电信号输出的半导体二极管，又称

13、光敏二极管，其基本特性是在光的照射下能产生电流。光电二极管常工作在反向偏置状态，其几种光种二极管的实物、电路符号及工作电路如图1-5所示。 图1-5 光电二极管的实物图、图形符号与应用电路光电二极管在无光照时，其反向电阻很大，只有极小的反向漏电流（0.3A）流过，称为暗电流；当有光照时，产生与光强成正比的电流（称为光电流），该电流流经负载，产生输出电压UO，这就实现了光信号到电信号的转换。 4变容二极管 变容二极管是利用反向偏压来改变二极管电容量的一种二极管。正常工作，变容二极管工作在反偏状态，相当于一个电压调节容量的小电容。其几种变容二极管的实物外形，符号和应用电路见图1-6 。a)几种变容

14、二极管实物图 b)符号 c)应用电路图1-6 变容二极管的实物、图形符号和应用电路5.肖特基二极管肖特基二极管属于一种低功耗、超高速半导体器件。它最显著的特点为反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.3V左右。其多用做高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管等。肖特基二极管的图形符号如图1-7所示。图1-7 肖特基二极管图形符号【边学边练】 1.用指针式万用表判别二极管的极性和质量优劣 二极管性能好坏说明：通常，锗材料二极管的正向电阻值为1k左右，反向电阻值为300k左右。硅材料二极管的电阻值为5k左右，反向电阻值为（无穷大）。正向电阻越小越好，反向电阻越大越好。若测

15、量时，表针左右摆动，则说明二极管热稳定性差。 表1-12 用指针式万用表识别二极管极性方法说明2稳压二极管的检测（1）稳压二极管其极性与性能好坏的测量 测量稳压二极管的极性与性能好坏的方法 与普通二极管的测量方法相似，不同之处在于：当使用万用表的Rlk挡测量二极管时，测得其反向电阻是很大的，此时，将万用表转换到R10k档，如果出现万用表指针向右偏转较大角度，即反向电阻值减小很多的情况，则该二极管为稳压二极管；如果反向电阻基本不变，说明该二极管是普通二极管，而不是稳压二极管。此方法仅用于稳压值小于万用表R10k档表内电池电压的稳压二极管。（2）稳压二极管稳压值的测量接线示意图说明用030V连续可

16、调直流电源，对于13V以下的稳压二极管，可将稳压电源的输出电压调至15V，将电源正极串接1只1.5k限流电阻后与被测稳压二极管的负极相连接，电源负极与稳压二极管的正极相接，再用万用表测量稳压二极管两端的电压值，所测的读数即为稳压二极管的稳压值。若稳压二极管的稳压值高于15V，则应将稳压电源调至20V以上表1-13 稳压二极管稳压值的测量3.发光二极管的检测 正、负极的判别与普通二极管极判定相同，利用R10k档（此档用于测量的内部电池通常为9V），通过测量发光二极管的正、反向电阻值可判别二极管的极性。 性能好坏的判断： 利用R10k档测量发光二极管，当指针偏转时，发光二极管会发光，此时黑表笔接的

17、为发光二极管的正极，且说明发光二极管正常。 若用万用表R1k档测量发光二极管的正、反向电阻值，则会发现其正、反向电阻值均接近（无穷大），这是因为大多数发光二极管的正向压降大于1.6V（高于万用表R1k档内电池的电压值1.5V）的缘故。 此外，也可以采用直流电源串接电阻来测量发光二极管的好坏。4数字万用表测试二极管物管脚及极性表1-14 用数字万用表检测二极管的方法说明接线示意图指示数值说明转换开关拨到有二极管图形符号所指示的挡位上硅二极管正向偏置导通时，硅管有500800的数字显示。显示的是二极管正向导通的压降，数值单位mV。锗管显示数值在2 00左右。这时，红表笔所接引脚是干二极管的正极。指

18、示为“1”，说明二极管处于反偏置状态，红表笔所接引脚是二极管的负极。说明：若二极管正反测量都不符合要求，则说明二极管已损坏。1.3简单直流稳压电源直流稳压电源是把交流电整流变换成稳定的直流电的电子电路。通常包括整流、滤波和稳压三部分电路。 1.3.1 单相半波整流电路1电路组成及工作原理 单相半波整流电路见表1-15，它是在变压器次级绕组回路串入一只二极管，利用其单向导电性而实现把交流电压转变为直流电压的。图中的RL表示负载。表1-15 单相半波整流电路电路结构波形 说明：设二极管工作在理想情况下，uD0导通。交流信号有正负周期，二极管在正半周期导通。所以，负载RL上得到的电压uO0。2负载上

19、直流电压与电流值的估算整流后，负载能得到的直流电压与电流值的估算公式见表1-16。表1-16 负载能得到的直流电压与电流值的估算公式负载中流过的电流是半波脉动直流电流IL负载两端的电压为半波脉动直流电压UO 公式名称3二极管的选择选配整流二极管时，最大平均电流和承受的反向电压最大值不能超过规定值。具体标准见表1-17。表1-17 整流二极管最大平均电流和承受的反向电压最大值的估算公式名称估算公式最大平均电流IFIL0.45U2/RL承受的反向电压最大值1.3.2 单相桥式整流电路 常用的整流电路为桥式整流电路，它是一种全波整流电路，其整流元件使用了四只二极管接成电桥形式。1电路组成及工作原理

20、电路如图1-8(a)所示，电路中的四只二极管可以用四只分立的整流二极管（如IN5408），也可以使用一个内部集成了四只二极管的桥堆构成，图1-8（b）是整流电桥的简化画法。图 1-8 桥式整流电路图和简化符号表1-18 桥式整流电路工作原理分析2. 二极管的选配在桥式整流电路故障需更换二极管时，注意表1-19所示参数。表1-19 桥式整流电路整流二极管的选配估算公式参数名称估算公式说明负载两端的直流电压UOUO=0.9U2输出电流为ILIL= UO/RL二极管的正向平均电流IF=0.45U2/RL 选取二极管的参数要大于对应值，并有一定得宽裕度最高反向工作电压URM3.整流桥堆的使用 在使用过

21、程中，可以把四个整流二极管封装在一起，做成整流桥堆。几种整流桥堆的实物如图1-9所示。 图1-9 几种型号的整流桥实物图【边学边做】 搭接由整流桥组成的应用电路。步骤：1.按图1-10(a)所示电路焊接或在面包板上连接整流桥电路。焊接后实物图如图1-10(b)所示。做完步骤（4）后再连通图中3与5，4与6.2.采用隔离变压器进行降压，把220V的交流信号降为12V的交流信号输出，然后再整流，整流桥堆采用KBP206。3.用示波器观察图中1、2两端波形。4.用示波器观察图中3、4两端波形，注意所测电压极性。5.连通图中的3与5，4与6，即把虚线框中两只电容接入电路。6.再次检测图中3与4两端的波

22、形，注意所检测电压的极性。7.记录测量到的波形并读出相应的电压值。(a)实验原理图（b）焊接后实物图图1-10整流桥堆整流电路1.2.3 滤波电路整流后得到的直流电是脉动直流电，这种直流电一般是不能作为电子电路的供电电源。通过滤波电路滤波可以获得较为平滑的直流电。边学边做中的C1和C2就是起到滤波作用。想一想：1经过滤波后的波形与输入有什么不同？2滤波电容的容量取值是大好还是小好？为什么？为什么在容量为3300uF的电容旁要并联一容量为0.1uF的小电容？思考与分析：电容能储存电荷。把电容与输出端并联，输入高电压时电容储存电荷，输入低电压时电容释放电荷，因此，输出端的信号就比较平滑。结论：电容

23、可作为滤波器件使用。电容滤波电路表1-20 电容在对脉动直流的滤波作用名称电路图波形图说明u2输入波形开关不接滤波电容时电路及负载波形无滤波电容时输出脉动波形接入50uF时的电路及负载波形加入50uF电容后，二极管导通时，RL上有电流流过，同时，电容充电。二极管截止时，二极管放电，RL仍有电流流过，uL的电压一直大于0接入470uF时的电路及负载波形加入470uF电容后，电容量加大，充放电速度放慢，uL的电压波形比较平滑。 （1）滤波电容的选择 对于滤波电容C电容量的数值，理论上，数值越大，滤波效果越好。实际使用时，电容太大会造成二极管在开机瞬间出现很大的电流。通常按下面公式选择电容： RLC

24、 （35）T（半波整流电路） RLC （35）T/2（桥式整流电路） 式中的T为交流电的周期。 为了保证电容器的安全，电容器的耐压值UC通常要求： UC 2 U2 （2）输出直流电压的估算 为了保证滤波效果，通常选取RLC （35）T（半波，T为交流电的周期）、RLC （35）T/2（桥式整流电路时）。此时输出电压可按下面的经验公式进行估计： UO （11.1） U2 （半波整流电路，带载） UO （11.2） U2 （桥式整流电路，带载） （空载） 电容滤波电路的结构简单，输出电压相比未加电容滤波时有所提高，输出电压的脉动成分减少，所以电容滤波电路是最常用的一种滤波电路。（3）电容滤波电路的

25、特点2. 电感滤波电路电感也象电容一样，能储存能量，因此同样可以应用于滤波电路中。 图1-11 电感滤波电路关于输出电压的估算：在忽略电感L上的直流压降时，RL的直流电压为 UO 0.9U2 电感滤波的优点是：在负载电流较大的场合，脉动较小，故电感滤波电路适用于电压低，负载电流较大的场合。 缺点：体积大、成本高、存在电磁干扰。3.复式滤波电路 为了提高滤波效果，可以采用复式滤波电路。这种电路中，通过电感与负载串联减小电流的波动，电容与负载并联减小电压的波动，从而使负载RL上得到更加平滑的直流电。（a）型滤波电路 (b) 型滤波电路之一 (c) 型滤波电路之二图1-12 复式型滤波电路【例】如图

26、1-13所示桥式整流电容滤波电路中，已知变压器次级输出电压U2 = 20V（有效值），如果下述元件有故障，测量负载两端电压时，电压应为多少。RL断开了，D1开路，滤波电容C开路 解：根据单相桥式整流电容滤波电路中，输出电压与输入电压的关系式，U0 （11.2）U2，第种情况，VD1开路，相当于半波整流，UO U2=20V。第种情况，在没有负载的情况下，UO 1.420 =28V。第滤波电容C开路，UO=0.9U2 = 18V。 图 1-13 桥式整流电容滤波电路（a）实物图 (b) 实物图2图1-14 桥式整流电路的实物图 桥式整流电路的实物图如图1-14。图1-14（a）所示为截取VCD电源

27、的整流滤波电路，图中最右边容量为0.1F的电容与电解电容并联共同滤波，因为大电容分布电感打，对高频信号的阻抗大，并联小电容后，可以更好地滤除高频信号。图1-14（b）所示为截取于电视机的整波滤波电路，图中与整流二极管并联的瓷片电容是为了防止尖脉冲对二极管的造成冲击，起保护作用。1.3.4 小功率直流电源 图1-15所示为一个实用的小功率输出的直流稳压电路。采用了桥式整流、电容滤波和稳压管稳压电路。当输入电源的电压产生波动或负载电阻大小发生变化时，输出电压Uo的大小基本稳定，其值由稳压管VZ的稳压值决定。图1-15 小功率直流电源本章回顾 1.二极管是由PN结构成的，PN结的单向导电性决定了二极

28、管的单向导电性。当给二极管外加正向电压等于或大于导通电压UTH时，二极管导通；当给二极管外加反向电压时，二极管截止。 2.二极管的伏安特性是二极管的电流与电压关系曲线，总体上反映了二极管的特性。不同用途的二极管所使用的线段不同。反向特性区域分为反向截止段和反向击穿段。稳压二极管工作在反向击穿段。 3.二极管的主要参数在整流电路中最重要的有：最大整流电流IF和最高反向工作电压URM。 4.特殊二极管指的是具有特殊用途的二极管：稳压二极管用于稳压电路；发光二极管用于指示电路；发光数码管是数字电路中常用的显示器件；光电二极管是重要的光电转换器件；变容二极管是利用PN结的电容量随外加电压变化的特性制成

29、的二极管，常用作高频调谐电路，应用广泛。 5.简单的直流稳压电路是由变压器、整流电路、滤波电路和稳压管电路构成。实验1 简单直流稳压电源的安装与调试一、实验目的（1）让学生接触和应用二极管、稳压二极管等元器件。（2）增强学生的实际动手能力，提高学习兴趣。二、实验器材 万能线路板1块、整流桥堆KBP206、选用功率为0.5W，耐压值为6.2V的稳压二极管1只、以及其种二极管若干。0.5W /1.2K限流电阻1只、0.25W/ 2k可调电阻器 1只，作负载RL用，47F/50V和470F/50V电解电容各一只、万用表1块、实验电源（能提供015V，1A交流电源）1台。稳压电源的实验电路见图1-16所示。输入的50Hz交流信号经整流桥整流后成为脉动直流信号，经电容C滤波