项目1 晶体二极管及其应用.ppt

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2、了解半导体的基本知识，理解PN结的单向导电性。结的单向导电性。2.熟悉二极管的电路符号和特性。熟悉二极管的电路符号和特性。3.熟悉整流二极管和发光二极管的实际应用。熟悉整流二极管和发光二极管的实际应用。4.了解其他类型的二极管。了解其他类型的二极管。5.熟悉用万用表检测二极管的方法。熟悉用万用表检测二极管的方法。【技能目标技能目标】1.能用目视法判断识别常见二极管的种类，能正确叫出各种二极管的名称。能用目视法判断识别常见二极管的种类，能正确叫出各种二极管的名称。2.对二极管上标识的型号能正确识读，知晓该二极管的作用和用途。对二极管上标识的型号能正确识读，知晓该二极管的作用和用途。3.会用万用表

3、对各种二极管进行正确测量，并对其质量做出评价。会用万用表对各种二极管进行正确测量，并对其质量做出评价。4.会按照电路图连接使用二极管进行整流的实用电路。会按照电路图连接使用二极管进行整流的实用电路。一向沉默于世的半导体自从诞生了二极管和三极管，顿时身价倍增，竟然成为引领世界技术革命的急先锋。你认识二极管吗？其实它就在你的身边，至少在图1.1里右边的两个发光二极管，你会在各种家用电器的面板上见到过它们，一般是用来做电源指示的。你也许使用过电褥子，实际上你只要把电褥子的开关打到保温挡，就把一个在图1.1里左下角的一个二极管串在电路里，电褥子消耗的电功率就大约降为原来的五分之一，电褥子也就不那么热了

4、。 图1.1 常用二极管的外形在二极管的外壳上均印有一些字母、数字和符号，它们是用来表示二极管的型号和正负极的。表示二极管正负极的标记方法有箭头、色点和色环三种。用箭头表示二极管的正负极时，箭头所指方向为二极管的负极；通常标有白色或红色色点的一端是二极管的正极；1N40系列二极管上大多标有黑色或银色的色环，靠近色环的一端是二极管的负极。要注意的是，有些厂家的标记方法例外，这时最好用万用表来测量一下再做出判断。用万用表的欧姆挡对二极管的正负极和质量进行判别，具体过程如下：判别二极管的极性 将指针式万用表的挡位选在R1k挡，两只表笔分别接二极管的两个电极。若测出的电阻值较小（硅管为几百几千，锗管为

5、1001k），表示二极管处在正向导通状态，此时黑表笔接的是二极管的正极，红表笔接的则是负极；若测出的电阻值较大（几十k几百k），为反向截止，此时红表笔接的是二极管的正极，黑表笔为负极。判别二极管的好坏 可通过测量正、反向电阻来判断二极管的好坏。一般小功率硅二极管正向电阻为几百k几千k，锗管约为1001k。二极管的反向电阻均应为200k以上，接近无穷大为最好。判别制作二极管的材料是硅还是锗 制作二极管的材料一般使用单晶硅或者是单晶锗，这两种材料制作的二极管在导通时压降不同，硅材料二极管的正向导通压降大约是0.6V0.7V，锗材料二极管的正向导通压降大约是0.1 V0.3V 。可以用数字万用表直接

6、测量出二极管的材料，将数字式万用表的挡位选在测量二极管的挡位上，当表的屏幕上有数字显示但不是“1”时，此时表上显示的数值就是二极管的正向导通压降，根据显示的数值大小，马上就能判断出该二极管的材料。 也可以将二极管接在一个电源回路中，如图1.2所示。合上电源开关，二极管处于导通状态，这时用万用表测出二极管两端的正向压降值,即可判断出该二极管的材料。 图1.2 二极管材料判别接线图将指针式万用表的挡位选择在R1k挡，对各种类型的二极管进行测量。每个二极管进行两次检测，分别测量出二极管的正向电阻值和反向电阻值，将测量值填在表1.1中。万用表和二极管的连接方法如图1.3所示。 图1.3用万用表对二极管

7、进行正向电阻的测量和反向电阻的测量利用二极管的单向导电性控制用电器的实际功率利用二极管的单向导电性，可以把交流电变成直流电，如果采用如图1.4所用的电路，则输出的直流电压的平均值大约是输入交流电压有效值的一半，利用这一特点可以实现对用电器的功率控制。在这个图中，已经把实际的二极管用一个图形符号表示出来了。人们日常生活中使用的床头灯、电火锅、电褥子，都属于电热产品，当不需要它们工作在额定功率时，可以将其实际功率变为额定功率的大约五分之一。用一个白炽灯泡作为负载时，其亮暗的变化程度非常明显，可以清楚地看到功率控制的作用。图1.4 简单实用的功率控制电路和二极管前后的电压波形图1 PN 结的形成 在

8、一块完整的本征硅（或锗）片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成 N 型半导体，另一边形成 P 型半导体，在这两种杂质半导体的交界面附近就会形成一个具有特殊性质的薄层，这个特殊的薄层就是PN 结。如图1-5所示。 图1-5 PN 结的形成 2.PN结的单向导电特性如图1.6所示，是演示PN结单向导电特性的实验电路图。 图1.6（a） PN结加正向电压灯泡亮 图1.6（b） PN结加反向电压灯泡不亮 二极管及其应用二极管及其应用 在PN结的两端引出金属电极，外加玻璃、金属或用塑料封装，就做成了半导体二极管。二极管的结构和图形符号 由于使用的用途不同，二极管的外形各异，几种常见的二极管外形和通用图形符号

9、如图1.7所示。 图1.7 常见二极管的外形和通用符号 二极管的结构按PN结的制造工艺方式可分为点接触型、面接触型和平面型几种。点接触型二极管PN结的接触面积小，不能通过很大的正向电流和承受较高的反向电压，但它的高频性能好，适宜于在高频检波电路和小功率电路中使用；面接触型二极管PN结的接触面积大，可以通过较大电流，能承受较高的反向电压，适宜于在整流电路中使用。平面型二极管适宜用作大功率开关管，在数字电路中有广泛的应用。二极管结构的示意图和外形如图1.8所示。图1.8 二极管结构的示意图 二极管的实际应用二极管是电子电路中最常用的器件。利用其单向导电性及导通时正向压降很小的特点，可用来进行整流、

10、检波、对其它元件进行保护等，在数字电路中则将二极管当做开关来使用。 1.整流 所谓整流，就是将交流电变成脉动直流电。利用二极管的单向导电性可组成单相和三相整流电路，再经过滤波和稳压，就可以得到平稳的直流电。整流二极管的的结构和外形如图1.10所示。二极管在整流电路中的具体应用在后面还要详述。图1.10 整流二极管的的结构和外形2. 检波在收音机和电视机中，需要将音频信号和视频信号从载波中分离出来，这个任务就叫做检波，承担检波任务的主要元件就是二极管。检波二极管的结构和外形如图1.11所示。用二极管实现检波的电路和波形图如图1.12所示。3. 限幅利用二极管导通后压降很小且基本不变的特性，可以构

11、成限幅电路，使输出电压幅度限制在某一电压值内，以保证放大器不因为信号过强而造成阻塞。限幅电路用到的二极管和普通的二极管一样，其典型的双向限幅电路和波形图如图1.13所示。图1.13 双向限幅电路和波形图4.电子开关利用二极管的导通状态和截止状态，将其串联在电路中，就构成了一个电子开关，并且这个电子开关没有机械动作，没有磨损和接触不良现象，更为重要的是，其开关频率可以很高，可达到每秒几百万次，这是机械开关根本办不到的。开关二极管在数字电子技术中有广泛的应用。开关二极管的结构和外形如图1.14所示。 图1.14 开关二极管的结构和外形5.定向人们在日常生活中使用的电话机，连接在由电信公司引来的两根

12、电话线上。也许你并不注意，电话机不仅通过这两根线传递信号，还要靠它提供电话机电路所需的直流电。电话机的两根线只要随意和外来线路连接上，电话就能工作，这是为什么呢？难道直流电没有正负极吗？其实在电话机里，设计人员已经安装了一个电源定向电路，它能保证电话机的两根线无论怎样连接，都能使电路得到正确的电源电压。如图1.15所示，由四个二极管组成的电源定向电路，可以使电话机始终得到正确的连接。这种电路还可以用到其他地方，比如盲人需要连接的各种电器，只要随意将两根线连接起来即可。图1.15二极管定向电路特殊二极管 1. 硅稳压二极管硅稳压二极管（简称稳压管）是一种用特殊工艺制造的面结合型硅半导体二极管。它

13、工作在反向击穿区，在规定的电流范围内使用时，不会因击穿而损坏。因为二极管在反向击穿区内，其电流变化很大而电压基本不变，利用这一特性可实现直流电压的稳定。 在实际中使用稳压二极管要满足两个条件：一是要反向运用，即稳压二极管的负极接高电位，正极接低电位，使管子反向偏置，保证管子工作在反向击穿状态；二是要有限流电阻配合使用，保证流过管子的电流在允许范围内。如图1.17所示，是典型的稳压二极管稳压电路，稳压二极管和负载是并联关系，限流电阻和稳压二极管、负载是串联关系。图1.17稳压管典型应用电路 2. 发光二极管（LED）发光二极管是一种光发射器件，能把电能直接转化成光能。它是由镓（Ga）、砷（AS）

14、、磷（P）等元素的化合物制成。由这些材料构成的PN结在加上正向电压时，就会发出光来，光的颜色主要取决于制造所用的材料。如砷化镓发出红色光、磷化镓发出绿色光等。目前市场上发光二极管的颜色有红、橙、黄、绿、蓝五种，其外型有圆型、长方型等数种。如图1.19所示，是发光二极管的外形和符号。图1.19发光二极管的外形和符号3. 光电二极管光电二极管又称光敏二极管，是一种光接收器件，其PN结工作在反偏状态。图1.21为光电二极管的符号和结构。图1.21光电二极管的符号和结构。4. 变容二极管变容二极管是利用PN结的电容效应工作的，它工作于反向偏置状态，它的电容量与反偏电压大小有关。改变变容二极管的直流反偏

15、电压，就可以改变电容量。变容二极管被广泛应用于谐振回路中。例如，在电视机中就使用它作为调谐回路的可变电容器，实现电视频道的选择。在高频电路中，变容二极管作为变频器的核心元件，是信号发射机中不可缺少的器件。变容二极管的符号如图1.22所示。图1.22 变容二极管的符号单相整流滤波电路单相整流滤波电路 凡是电子仪器，必须使用直流电才能工作。在生活中用到的许多家用电器，都是采取把交流电变成直流电再供给电路工作的。利用二极管的单向导电性，就可以把交流电变成直流电，供给电子仪器和许多家用电器使用。把单相交流电变成直流电的电路叫做单相整流电路。单相整流电路又有半波整流、全波整流、桥式整流和倍压整流电路四种

16、方式。电路连接电路连接电路连接如图1.23所示。图1.23 二极管桥式整流电容滤波的电路图操作步骤操作步骤（1）按图1.23连线，连接变压器时要注意分清交流电压的输入端和输出端；连接整流部分时，要注意二极管的正、负极不要接错；滤波电容可先不连接，等测量完整流之后的波形后再安装滤波电容。要注意：电解电容的电极有正负极之分，千万不能接错。（2）连接完毕经检查无误后方可通电，观察3分钟，在元器件无冒烟、发烫的情况下，再用万用表测试U2、UC及U的电压值，用示波器测量输出电压的交流波形。双踪示波器上显示的输入交流电压和经过桥式整流后的的脉动直流电压波形如图1.24所示。图1.24 输入的交流电压波形和

17、经过桥式整流后的的脉动直流电压波形测量完上述波形后，再将滤波电容连接上，可以用示波器观察此时的电压波形，可以发现，在示波器上已经没有明显的脉动的直流电压波形了，而是比较平滑的一条直线了。 半波整流电路半波整流电路 1. 半波整流电路的组成和工作原理如图1.25所示，是单相半波整流电路。变压器T将电网的正弦交流电u1变成u2,设 u2 =U2sint 在变压器副边电压u2的正半周期间，二极管VD正偏导通，电流经过二极管流向负载，在负载电阻RL上得到一个极性为上正下负的电压，即UL=u2。在u2的负半周期间，二极管反偏截止，负载上几乎没有电流流过，即UL=0。所以负载上得到了单方向的直流脉动电压，

18、负载中的电流也是直流脉动电流。半波整流的波形如图1.26所示。 图1.25 整流二极管外形和半波整流电路 图1.26 半波整流的波形图 单相桥式整流电路 1. 电路组成和工作原理电路如图1.27所示。桥式整流电路中的四只二极管可以是四只分立的二极管，也可以是一个内部装有四个二极管的桥式整流器（桥堆）。图1.27桥式整流电路桥式整流输出电压的直流分量大，纹波小，且每个二极管流过的平均电流也小，因此桥式整流电路应用最为广泛。为了使用方便，工厂已生产出桥式整流的组合器件，通常叫做桥堆。它是将四个二极管集中制作成一个整体，其外形如图1.29示。其中标示“”符号的两个引出线为交流电源输入端，另两个引出线

19、为直流输出端，分别标有“+”号和“”号。图1.29 桥堆的外形图滤波电路 单相半波和桥式整流电路的输出电压中都含有较大的脉动成分，除了在一些特殊场合（如电镀、电解和充电电路）可以直接应用外，不能作为电源为电子电路供电，必须得采取措施减小输出电压中的交流成分，使输出电压接近于理想的直流电压，这种措施就是要采用滤波电路。构成滤波器的主要元件是电容器和电感器。由于电容器和电感器对交流电和直流电呈现的电抗不同，如果把它们合理地安排在电路中，就可以达到减小交流成分，保留直流成分的目的，实现滤波的作用。常见的几种滤波器如图1.30所示。 图1.30常见的几种滤波器1电容滤波电路如图1.31所示，是单相桥式

20、整流电容滤波电路。图1.32是电容滤波电路的电压波形图。图1.31单相桥式整流电容滤波电路 图1.32电容滤波电路的电压波形图2电感滤波电路如图1.33所示，是桥式整流电感滤波电路，电感L串联在负载RL回路中。由于电感的直流电阻很小，交流阻抗很大，因此直流分量经过电感后基本上没有损失，而交流分量大部分降在电感上，所以减小了输出电压中的脉动成分，负载RL上得到了较为平滑的直流电压。电感滤波的波形如图1.34所示。图1.33桥式整流电感滤波电路 图1.34电感滤波的波形图在忽略滤波电感L上的直流压降时，输出的直流电压UO；UO = 0.9 U2 电感滤波的优点是输出特性比较平坦，而且电感L越大，负载RL的阻值越小，输出电压的脉动就越小，适用于电压低、负载电流较大的场合，如工业电镀等。其缺点是体积大，成本高，有电磁干扰。3. 型滤波电路如图1.35所示，是型LC滤波电路，这种滤波电路是在电容滤波的基础上再加一级LC滤波电路构成的。图1.35型LC滤波电路交流电经过整流后得到的脉动直流电再经过电容C1滤波以后，剩余的交流成分在电感L中受到感抗的阻碍而衰减，然后再次被电容C2滤波，使负载得到的电压更加平滑。当负载电流较小时，常用小电阻R代替电感L，以减小电路的体积和重量。在收音机和录音机中的电源滤波电路中，就经常采用型RC滤波电路。