电子线路-陈其纯主编-教案

《电子线路》配套多媒体CAI课件 电子教案1章晶体二极管和二极管整流电路教学重点了解半导体的根本学问：本征半导体、掺杂半导体；把握PN结的根本特性。理解半导体二极管的伏安特性和主要参数。了解几种常用的二极管：硅稳压二极管、变容二极管、发光二极管、光电二极管等。把握单相半波、桥式全波整流电路的电路组成、工作原理与性能特点；了解电容滤波电路的工作原理。了解硅稳压管的稳压特性及稳压电路的稳压原理。教学难点PN结的单向导电特性。整流电路和滤波电路的工作原理。硅稳压管稳压电路的稳压过程。序号内序号内容学时11.1晶体二极管221.2晶体二极管整流电路231.3滤波器和稳压器3425本章小结与习题6本章总学时9晶体二极管晶体二极管的单向导电特性元件：电阻(R)(C)(L)(T)等电子元器件器件：晶体二极管、晶体三极管等1《电子线路》配套多媒体CAI课件 电子教案晶体二极管外形如图1.1.1(a)所示，晶体二极管由密封的管体和两条正、负电极引线所组成。管体外壳的标记通常表示正极。图形、文字符号如图1.1.1(b)所示，晶体二极管的图形由三角形和竖杠所组成。其中，三角形表示正极，竖杠表示负极。V为晶体二极管的文字符号。晶体二极管的单向导电性动画晶体二极管的单向导电性正极电位＞负极电位，二极管导通；正极电位＜负极电位，二极管截止。

图1.1.1 晶体二极管的外形和符号即二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为二极管的单向导电性。1.1.1]1.1.3所示电路中，当开关S闭合后，H1、H2两个指示灯，哪一个可能发光？解SV1正极电位高于负极电位，即处于正向导通状态，所以H1指示灯发光。 图1.1.3 [例1.1.1]电路图PN结二极管由半导体材料制成。动画PN结半导体Si)或锗(Ge)半导体。半导体中，能够运载电荷的的粒子有两种：自由电子：带负电 空穴：带与自由电子等量的正电载流子：在电场的作用下定向移动的自由电子和空穴，统称载流子。如图1.1.4所示。本征半导体不加杂质的纯洁半导体晶体。如本征硅或本征锗。本征半导体电导率低，为提高导电性能，需掺杂，形成杂质半导体。杂质半导体为了提高半导体的导电性能，在本征半导体(4价)中掺入硼或磷等杂质所形成的半导体。依据掺杂的物质不同，可分两种：2

图1.1.4 半导体的两种载流子《电子线路》配套多媒体CAI课件 电子教案P型半导体：本征硅(或锗)中掺入少量硼元素(3价)所形成的半导体，如P型硅。其中，多数载流子为空穴，少数载流子为电子。N型半导体：本征硅(或锗)中掺入少量磷元素(5价)所形成的半导体，如N型硅。其中，多数载流子为电子，少数载流子为空穴。将PN型半导体使用特别工艺连在一起，形成PN结。PN结N型和P型半导体之间的特别薄层叫做PN结。PN结是各种半导体器件的核心。如图1.1.5所示。PN结具有单向导电特性。即：

图1.1.5 PN结P区接电源正极，N区接电源负极，PN结导通；反之，PN结截止。晶体二极管之所以具有单向导电性，其缘由是内PN结。其正、负极对应于PNPN1.1.5所示。二极管的伏安特性动画二极管的伏安特性定义二极管两端的电压和流过的电流之间的关系曲线叫作二极管的伏安特性。1.1.6所示。伏安特性曲线：如图1.1.7所示。特点正向特性

图1.1.6 测试二极管伏安特性电路VF

小于门坎电压VT

VFI=0；F其中，门槛电压VT

0.5V(Si)0.20.2V(Ge)FF端电压根本恒定：导通电压V

V两0.7V(Si)on 0.3V(Ge)结论：正偏时电阻小，具有非线性。反向特性R反向电压V RRM

IR很小，且近似为常数，称为反向饱和电流。RVRVRM时，IR

剧增，此现象称为反向电击穿。对

图1.1.7 二极管伏安特性曲线VRM

称为反向击穿电压。结论：反偏电阻大，存在电击穿现象。3《电子线路》配套多媒体CAI课件 电子教案二极管的简洁测试用万用表检测二极管如图1.1.8所示。判别正负极性万用表测试条件：R100或R1k；时，黑表笔接触处为正极，红表笔接触处为负极。判别好坏万用表测试条件：R1k。假设正反向电阻均为零，二极管短路；假设正反向电阻格外大，二极管开路。

图1.1.8 万用表检测二极管假设正向电阻约几千欧姆，反向电阻格外大，二极管正常。二极管的分类、型号和参数分类按材料分：硅管、锗管；按PN结面积：点接触型(电流小，高频应用)、面接触型(电流大，用于整流)；1.1.9所示，例如利用单向导电性把沟通电变成直流电的整流二极管；利用反向击穿特性进展稳压的稳压二极管；利用反向偏压转变PN结电容量的变容二极管；利用磷化镓把电能转变成光能的发光二极管；将光信号转变为电信号的光电二极管。型号举例如下整流二极管——2CZ82B稳压二极管——2CW50变容二极管——2AC1等等。主要参数一般整流二极管

图1.1.9 二极管图形符号FM①最大整流电流I ：二极管允许通过的最大正向工作电流平均值。FMVRM：二极管允许承受的反向工作电压峰值。RI：规定的反向电压和环境温度下，二极管反向电流值。R稳压二极管ZZ Z ZM 主要参数：稳定电压V、稳定电流I、最大工作电流I 、最大耗散功率P 、动态电阻rZZ Z ZM 4《电子线路》配套多媒体CAI课件 电子教案晶体二极管整流电路整流：把沟通电变成直流电的过程。二极管单相整流电路：把单相沟通电变成直流电的电路。整流原理：利用二极管的单向导电特性，将沟通电变成脉动的直流电。半波整流 变压器中心抽头式单相整流电路种类全波整流桥式单相半波整流电路

倍压整流动画单相半波整流电路电路1.2.1(a)所示。V：整流二极管，把沟通电变成脉动直流电；1 Tvv1 工作原理2v为正弦波，波形如图1.2.1(b)所示。22v正半周时，A点电位高于B点电位，二极管2L 2Vvv；L 22v负半周时，A点电位低于B点电位，二极管2LVv。L2由波形可见，v一周期内，负载只有单方向的半个波形，这种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动直流电。上述过程说明，利用二极管单向导电性可把交2

图1.2.1 单相半波整流电路vvv

的半个波2 L 2形，故称为半波整流电路。负载和整流二极管上的电压和电流负载电压负载电流

VL0.45V2 (1.2.1)I VL

0.45V

(1.2.2)L R RL L二极管正向电流和负载电流0.45VI I 2V L RL

(1.2.3)二极管反向峰值电压V 2VRM

25

(1.2.4)

图1.2.2 心抽头式全波整流电路《电子线路》配套多媒体CAI课件 电子教案选管条件：二极管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰值电压；二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管的实际工作电流。电路缺点：电源利用率低，纹波成分大。解决方法：全波整流。单相全波整流电路变压器中心抽头式全波整流桥式一、变压器中心抽头式单相全波整流电路电路图2a 变压器中心抽头式单相全波整流电路如图1.2.2所示。V1、V2为性能一样的整流二极管；T为电源变压器，作用是产生大小相等而相位相反的v 和v 2a 工作原理1v正半周时，T次级A点电位高于B点电位，在12a 1 2 V1 Lv 作用下，V导通(V截止)，i 自上而下流过R；2a 1 2 V1 L1v负半周时，T次级A点电位低于B点电位，在1v 的作用下，V导通(V截止)，i 自上而下流过R；2b 2 1 V2 L1 V1 V2可见，在v一周期内，流过二极管的电流i 、i 叠1 V1 V2加形成全波脉动直流电流iR

两端产生全波脉动直L Lv。故电路称为全波整流电路。

图1.2.3 桥式整流电路L负载和整流二极管上的电压和电流负载电压V 0.9VL 2

(1.2.5)负载电流V 0.9VI L 2L R RL L

(1.2.6)

图1.2.4 桥式整流电路工作过程二极管的平均电流1IV2IL

(1.2.7)二极管承受反向峰值电压V 2 2V (1.2.8)RM 2缺点：单管承受的反向峰值压比半波整流高一倍，变压器T需中心抽头。二、单相桥式全波整流电路动画桥式全波整流电路1．电路图

图1.2.5 桥式整流电路工作波形图6《电子线路》配套多媒体CAI课件 电子教案V单相桥式全波整流电路如图1.2.3所示。V1V4为整流二极管，电路为桥式构造。2．工作原理V1()v12

1.2.4(a)所示，A点电位高于BV、

导通(、V3 2V1V截止)，i1V4

R；L(2)v1.2.4(b)所示，A点电位低于B点电位，则V、V

导通(V、2V截止)，iV3

R；L

2 4 12 1 1.2.5可见，v一周期内，两组整流二极管轮番导通产生的单方向电流i2 1 i。于是负载得到全波脉动直流电压v。L L3．负载和整流二极管上的电压和电流负载电压负载电流

V L 2

(1.2.9)V 0.9V二极管的平均电流

I L 2L R RL L

(1.2.10)I 1IV 2

(1.2.11)1.2.6所示，二极管承受反向峰值电压为V 2VRM

(1.2.12)优点：输出电压高，纹波小，VRM所示。

较低，应用广泛。桥式整流电路简化画法如图1.2.7图1.2.6 桥式整流二极管承受的反向峰值电压 图1.2.7 桥式整流电路简化画法1.2.1]有始终流负载，需要直流电压VL60VI

4A。假设承受桥式整流电路，求电源变压器次级电压V

L，并选择整流二极管。2解由于VL

0.9V2

所以V2

V 60V L V0.9 0.9流过二极管的平均电流I 1IV 2

14A2A2二极管承受的反向峰值电压V 2V 1.4166.794VRM 23A，额定反向工作100V2CZ12A(3A/100V)四只。整流元件组合件称为整流堆，常见的有半桥2CQ型，7

图1.2.8 半桥和全桥整流堆《电子线路》配套多媒体CAI课件 电子教案1.2.8(a)所示；全桥QL1.2.8(b)所示。优点：电路组成简洁、牢靠。1.3 滤波器和稳压器滤波器作用：滤除脉动直流电中脉动成分。种类：电容滤波器、电感滤波器、复式滤波器一、电容滤波器动画电容滤波电路电路特点：电容器与负载并联。工作原理利用电容器两端电压不能突变原理平滑输出电压。10t1

v2

的作用，V正偏导通，电容C充

图1.3.1 电容滤波电路1.3.1(bOA所示； 在t t期间，因v v，反偏截止，电容 1 2 2 C1.3.1(bAB所示； 在t t期间，因v v 2 3 C 21.3.1(bBC。重复上述过程，可得近于平滑波形。这说明，通过电容的充放电，输出直流电压中的脉动成分大为减小。全波整流电容滤波输出波形如图1.3.2所示。工作原理与半波整流电路一样，不同点是：v正、负半周2V 内，、轮番导通，对电容CCV 1 2负载的放电时间，从而使输出电压更加平滑。输出电压的估算公式为VL1.2V2

图1.3.2 电容滤波输出波形应用：小功率电源。二、电感滤波器电路1.3.3所示。特点：电感与负载串联。工作原理利用流过电感电流不能突变原理平滑输出电流。

图1.3.3 滤波器的全波整流电路当电路电流增加时，电感存储能量；当电流减小时，电感释放能量。使负载电流比较平滑，从而得到比较平滑的直流电压。8《电子线路》配套多媒体CAI课件 电子教案应用：较大功率电源。缺点：体积大、重量大。三、复式滤波器构造特点：电容与负载并联，电感与负载串联。性能特点：滤波效果好。1．L型滤波器1.3.4所示。原理：整流输出的脉动直流经过电感L，沟通成分被减弱，再经过电容C滤波，就可在负载上获得更加平滑的直流电压。应用：较大功率电源中。图1.3.4 带L型滤波器的桥式整流电路 图1.3.5 型滤波器桥式整流电路2．型滤波器1.3.5所示。1 原理：整流输出的脉动直流经过电容CLC滤波，使1 应用：小功率电源中。硅稳压二极管稳压电路硅稳压管的伏安特性及符号如图1.3.6所示。滤波电路：将脉动的直流电变成平滑的直流电。稳压电路：抑制电网电压和整流电路负载的变化引起的输出电压变化，将平滑的直流电变成稳定的直流电。硅稳压二极管的特性稳压管工作在反向击穿状态。当工作电流I 满足I I IZ A Z B条件时，稳压管两端电压V几乎不变。Z稳压二极管的主要参数V——稳压管在规定Z电流下的反向击穿电压。ZI——稳压管在稳定电压下的工作电流。ZZ最大稳定电流Imax——稳压管允许长期通过的最大反向电流。Z

图1.3.6 硅稳压管的伏安特性及符号9CAI课件电子教案ZZ Z r——稳压管两端电压变化量与电流变化量的比值，即rV/IZZ Z 稳压管稳压电路的工作原理电路图1.3.7所示。V为稳压管，起电流调整作用；R电路的稳压过程：

图1.3.7 硅稳压管整流稳压电路ZVO↓→IZ

↓→I

↓→V

↓→V↑RRO应用：小功率场合。RRO本章小结N型