电子技术基础与技能助教课件第1章二极管及其应用教学文案.ppt

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1、电子技术基础与技能助教课件第1章二极管及其应用电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章1.1 认识二极管认识二极管1.1.1 1.1.1 二极管外形与结构二极管外形与结构 1.1.常见的二极管外形常见的二极管外形 电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章2.二极管的结构二极管的结构1）点接触型二极管的结构）点接触型二极管的结构 电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章2.二极管的结构二极管的结构2）面接触型二极管的结构）面接触型

2、二极管的结构 电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章3.二极管的符号二极管的符号 电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章演示实验演示实验二极管的单方向导电特性二极管的单方向导电特性 电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章二极管分类二极管分类 1.按构成二极管的半导体种类，可分为硅管和锗管；按构成二极管的半导体种类，可分为硅管和锗管；2.按二极管的耗散功率，可分为大功率管和小功率管；按二极管的耗散功率，可分为大功率管和小功率

3、管；3.按二极管的工作频率，可分为高频管和低频管；按二极管的工作频率，可分为高频管和低频管；4.按二极管的用途，可分为普通管、整流管、变容管、按二极管的用途，可分为普通管、整流管、变容管、稳压管、开关管和阻尼管等。稳压管、开关管和阻尼管等。电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章1.1.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线，如图二极管的伏安特性曲线，如图1-8所示。所示。图图1-8 二极管伏安特性曲线二极管伏安特性曲线电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章1.1

4、.3 1.1.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 【最大整流电流【最大整流电流IF】IF是指二极管用于整流时，所允许是指二极管用于整流时，所允许通过的最大正向平均电流值。通过的最大正向平均电流值。【最大反向工作电压【最大反向工作电压URM】URM是指为避免击穿所能是指为避免击穿所能加于二极管的最大反向电压。加于二极管的最大反向电压。【反向电流【反向电流IR(反向饱和电流反向饱和电流)】反向电流反向电流IR是指在室是指在室温环境下，在最大反向工作电压下的反向电流值。温环境下，在最大反向工作电压下的反向电流值。【最高工作频率【最高工作频率fH】最高工作频率最高工作频率fH是指保持二极管是指保持二

5、极管单向导电性时，允许通过交流信号的最高频率。单向导电性时，允许通过交流信号的最高频率。电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章1.1.4 给二极管体检给二极管体检 用万用表的欧姆挡进行判别。用万用表的欧姆挡进行判别。判别依据是二极管的单向导电性，判别依据是二极管的单向导电性，其反向电阻远大于正向电阻其反向电阻远大于正向电阻。a)测正向电阻 b)测反向电阻 电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章判别硅管、锗管判别硅管、锗管 用万用表测量二极管正向压降，硅二极管一般为用万用表测量二极

6、管正向压降，硅二极管一般为0.60.7V，锗管为，锗管为0.10.3V。电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章1.2 二极管的应用二极管的应用 1.2.1 整流电路整流电路 1.单相半波整流电路 1）电路结构电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章 2）单相半波整流电路工作波形 电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章 3）单相半波整流电路电量计算负载上输出的平均电压UO为 UO=0.45U2 (1-1)式中，U2为u2的有效

7、值。流过负载和二极管的平均电流ID为 ID=UO/RL=0.45U2/RL (1-2)二极管承受的最大反向电压URM (1-3)电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章4）二极管的选择 一般根据流过二极管的平均电流ID和它承受的最大反向电压URM来选择二极管的型号，为保证器件安全，选择二极管时要求 IF（1.52）ID URM（1.52）UR 电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章例例1-1 如图1-10a所示，纯电阻性负载RL为60，要求电压UO为12 V，求变压器二次绕组的有效

8、值U2和流过二极管的电流ID，并选择合适的二极管。解：解：UO=0.45U2二极管承受最大反向电压，根据计算结果，查阅电子器件手册选择二极管1N4002(URM=100V，IDM=1A)。电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章2.单相桥式整流电路1）电路结构 图1-15 单相桥式整流电路 电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章2)工作原理 图1-16 u2为正半周 图1-17 u2为负半周 电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章

9、章章章 图1-19 单相桥式整流电路的波形 电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章3)电量计算负载上输出的平均电压UO为 UO=0.9U2 (1-4)流过负载的平均电流IL为 IL=UO/RL=0.9U2/RL (1-5)流过二极管的平均电流ID为 ID=IL/2=0.45U2/RL (1-6)二极管所承受的最大反向电压URM为 (1-7)电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章例例1-2 如图1-13，已知桥式整流电路负载电阻为80，流过电阻的电流为1.5 A，求变压器二次绕组的

10、电压，并选择二极管。解解：(1)UO=ILRL=1.580=120V UO=0.9 U2 U2=UO/0.9=120/0.9=133V (2)根据计算的结果，并考虑电网电压的波动，查阅电子器件手册选择二极管1N5104(URM=400V，IDM=1.5A)。电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章3.三相桥式整流电路1）电路结构 图1-24 三相桥式整流电路 电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章 2）工作原理 三相桥式整流电路共有六只二极管，其中VD1、VD3、VD5三只管子的阴

11、极连接在一起，称为共阴极组；VD4、VD6、VD2三只管子的阳极连接在一起，称为共阳极组。导通原则导通原则 三相对称交流电源U、V、W的波形如图1-26a所示。共阴极组的二极管哪一个阳极电位最高，哪只二极管优先导通；共阳极组的二极管哪一个阴极电位最低，哪只二极管优先导通。同一个时间内只有两只二极管导通，即共阴极组的阳极电位最高的二极管和共阳极组的阴极电位最低的二极管构成导通回路，其余四只二极管承受反向电压而截止。在三相交流电压自然换相点换流导通。电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章图1-25 三相桥式整流电路的电压波形 电子技术基础与

12、技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章 3）电量计算负载电阻RL上的平均电压为 Uo=2.34U2 (1-8)式中，U2为相电压的有效值。流过负载的平均电流IL为 IL=UO/RL=2.34U2/RL (1-9)流过二极管的平均电流ID为 ID=IL/3=0.78U2/RL (1-10)二极管所承受的最大反向电压URM为 (1-11)电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章1.2.3 限幅电路限幅电路 在电路中增加控制环节，把输出信号幅度限定在一定范围内，即限幅电路。图1-27所示为一双向限幅电

13、路及其工作波形。图1-27 双向限幅电路及其工作波形 电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章1.2.4 保护电路保护电路 在电子电路中，常用二极管来保护其他元件免受过高电压的损害，图1-28所示是晶体三极管带继电器线圈负载的保护电路。图1-28 晶体三极管带继电器线圈负载的保护电路 电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章1.3 滤波电路滤波电路 滤除输出电压谐波成分保留直流成分的电路滤除输出电压谐波成分保留直流成分的电路-滤波电路滤波电路。1.3.1电容滤波电路电容滤波电路 a)

14、b)图图1-29 电容滤波电路及波形电容滤波电路及波形 a)电路电路 b)波形波形电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章电容滤波电路工作原理 利用电容的充放电作用，使负载两端的电压变得比较平滑。正半周正半周 在u2正半周，当u2的数值大于电容两端电压uC时，二极管VD1、VD3导通，VD2、VD4截止，整流电流分为两路，一路通过负载RL，另一路对电容C充电储能，由于充电时间常数很小，所以充电速度很快，使uC随u2增长并达到峰值，如图1-29b中ab段所示。当u2开始按正弦规律下降时，电容通过RL开始放电，uC也开始降低，但放电时间常数较

15、大，如图1-29b中bc段所示。虽然4只整流二极管都截止，但在电容C和RL组成的放电回路中，电容C继续对RL放电，使uC缓慢下降，如图1-29b中cd段所示。负半周负半周 在u2的负半周，如果u2的幅值大于电容两端电压uC，则VD2、VD4导通，VD1、VD3截止，这时，电流一路通过负载RL，另一路为电容充电；当u2达到峰值并等于uC时，充电结束，u2开始下降，uC开始放电；当u2的幅值小于uC时，VD2、VD4截止，uC放电继续进行。电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章电容滤波电路应用场合 在在电电容容滤滤波波电电路路中中，电电容容

16、的的充充电电回回路路阻阻值值非非常常小小，那那么么充充电电的的时时间间常常数数也也很很小小，充充电电电电流流非非常常大大；另另一一方方面面，由由于于电电容容两两端端电电压压不不能能突突变变，使使二二极极管管导导通通时时间间变变短短，这这样样在在短短时时间间就就产产生生较较大大的的浪浪涌涌电电流流，作作用用在在整整流流二二极极管管上上，有有可可能能烧烧毁毁整整流流二二极极管管，所所以以电容滤波适合电流较小的场合电容滤波适合电流较小的场合。电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章电容滤波电路电容的选择 电容电容C一般应满足一般应满足 CRL(

17、35)T2 (1-12)C(35)T（2RL）(1-13)式中，式中，T为交流电为交流电u2的周期。的周期。选择电容时，除需考虑它的容量外，耐压也不容忽选择电容时，除需考虑它的容量外，耐压也不容忽略，电容两端最大电压为，一般取电容的耐压为略，电容两端最大电压为，一般取电容的耐压为UC=(1.52)U2。电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章电容滤波电路其他电量计算 输出电压的平均值，一般用下面的近似估算法：输出电压的平均值，一般用下面的近似估算法：在在CRL(35)T2的条件下，近似认为的条件下，近似认为 UO=1.2U2(桥式桥式)(

18、1-14)UO=U2(半波半波)(1-15)二极管可能承受的最高反向电压二极管可能承受的最高反向电压 (桥式桥式)(1-16)(半波半波)(1-17)电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章1.3.2 电感滤波电路电感滤波电路 桥式整流电感滤波电路如图1-35所示，滤波元件L串接在整流输出与负载RL之间(电感滤波一般不与半波整流电路搭配)。图图1-35 电感滤波电路电感滤波电路 电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章电感滤波电路工作原理 电电感感是是电电抗抗元元件件，如如果果忽忽略

19、略内内阻阻，那那么么整整流流输输出出的的直直流流成成分分全全部部通通过过电电感感L降降在在负负载载RL上上，而而交交流流成成分分大大部部分分降降在在电电感感L上上。当当电电感感中中通通过过交交变变电电流流时时，电电感感两两端端便便产产生生一一个个反反电电动动势势阻阻碍碍电电流流的的变变化化，电电流流增增大大时时，反反电电动动势势会会阻阻碍碍电电流流的的增增大大，并并将将一一部部分分能能量量以以磁磁场场能能量量储储存存起起来来；电电流流减减小小时时，反反电电动动势势会会阻阻碍碍电电流流的的减减小小，电电感感释释放放出出储储存存的的能能量量。这这就就大大大大减减小小了了输输出出电电流流的的变变化化

20、，使使输输出出电电压压变变得得平平滑滑，达达到到了了滤滤波波的的目目的的。当当忽忽略略L的的直直流流电电阻阻时时，RL上上的的直直流流电电压压UO与与不不加加滤滤波波时时负负载载上上的的电电压压相相同同，即即UO=0.9U2。电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章1.4 特殊二极管 1.4.1 稳压二极管稳压二极管 稳稳压压二二极极管管的的伏伏安安特特性性曲曲线线、图图形形符符号号及及稳稳压压管管电电路路如如图图1-40所所示示。在在正正常常情情况况下下稳稳压压管管工工作作在在反反向向击击穿穿区区，由由于于曲曲线线很很陡陡，反反向向电电

21、流流在在很很大大范范围围内内变变化化时时，端端电电压压变变化化很很小小，因因而而具具有有稳稳压压作作用用。图图中中的的UB表表示示反反向向击击穿穿电电压压，当当电电流流的的增增量量(IZIZmaxIZmin)很很大大时时，只只引引起起很很小小的的电电压压变变化化UZ。只只要要反反向向电电流流不不超超过过其其最最大大稳稳定定电电流流，就就不不会会形形成成破破坏坏性性的的热热击击穿穿。因因此此，在在电电路路中中应应与与稳稳压压管管串串联联一个具有适当阻值的限流电阻。一个具有适当阻值的限流电阻。电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章 a)b)

22、c)图图1-40 稳压管的伏安特性曲线、符号和稳压电路稳压管的伏安特性曲线、符号和稳压电路 a)伏安特性曲线伏安特性曲线 b)符号符号 c)稳压电路稳压电路电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数 1稳定电压稳定电压Uz 指在规定的测试电流下，稳压管指在规定的测试电流下，稳压管工作在击穿区时的稳定电压。由于制造工艺的原因，工作在击穿区时的稳定电压。由于制造工艺的原因，同一型号的稳压管的同一型号的稳压管的Uz分散性很大。但对每一个稳分散性很大。但对每一个稳压管来说，对应一定的工作电流只有一个确定值，压

23、管来说，对应一定的工作电流只有一个确定值，选用时应以实际测量结果为准。选用时应以实际测量结果为准。2稳定电流稳定电流Iz 指稳压管在稳定电压时的工作电指稳压管在稳定电压时的工作电流，其范围在流，其范围在IzminIzmax之间。之间。3最大耗散功率最大耗散功率PM 指管子工作时允许承受的指管子工作时允许承受的最大功率，其值为最大功率，其值为PM=IzmaxUz。电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章1.4.2 光敏二极管光敏二极管 光敏二极管的基本原理是光照到光敏二极管的基本原理是光照到PN结上时，吸收结上时，吸收光能并转换为电能。它具

24、有两种工作状态：光能并转换为电能。它具有两种工作状态：（1）当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反）当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反向电流随光照强度的改变而改变，光照强度越大，向电流随光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态大多数都工作在这种状态。（2）光敏二极管上不加电压，利用）光敏二极管上不加电压，利用PN结在受光结在受光照时产生正向电压的原理，把它用于微型光电池。照时产生正向电压的原理，把它用于微型光电池。这种工作状态，一般作光电检测器。这种工作状态，一般作光电检测器。图图1-41光敏二极管的外形及电气符号光敏二极管的外形及电气符号电子

25、技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章1.4.3 发光二极管发光二极管 光光敏敏二二极极管管是是受受光光器器件件，而而与与之之功功能能相相对对的的还还有有一一种种电电能能转转换换为为光光能能的的特特殊殊器器件件发发光光二二极极管管（LED）。）。a)b)图图1-42 发光二极管发光二极管 a)外形外形 b)电气图形符号电气图形符号电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章LED工作原理工作原理 在在发发光光二二极极管管中中，不不仅仅具具有有普普通通二二极极管管的的正正、反反向向特特性性，

26、而而且且当当给给管管子子施施加加正正向向偏偏压压时时，管管子子还还会会发发出出可可见见光光和和不不可可见见光光(即即电电致致发发光光)。还还有有变变色色发发光光二二极极管管，即即当当通通过过二二极极管管的的电电流流改改变变时时，发发光光颜颜色色也也随随之之改改变变。发发光光二二极极管管常常用用作作显显示示器器件件，例例如如常见的七段式或矩阵式器件。常见的七段式或矩阵式器件。LED管管具具有有工工作作电电压压低低、工工作作电电流流小小、发发光光均均匀匀、寿寿命命长长等等特特点点。因因此此，在在目目前前倡倡导导节节能能型型社社会会的的背背景下，越来越受到人们的关注。景下，越来越受到人们的关注。电子

27、技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章1.4.4 变容二极管变容二极管 变变容容二二极极管管的的外外形形和和电电气气图图形形符符号号如如图图1-43所所示示。其其结结电电容容的的大大小小除除了了与与本本身身的的结结构构和和工工艺艺有有关关外外，还还与与外外加加电电压压有有关关。结结电电容容随随反反向向电电压压的的增增加加而而减减小小，这这种种效效应应显显著著的的二二极极管管称称为为变变容容二二极极管管。变变容容二极管常用于调谐电路和检测电路中。二极管常用于调谐电路和检测电路中。a)b)图图1-43 变容二极管变容二极管 a)外形外形 b)电

28、气图形符号电气图形符号电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章小 结 二极管实际上就是由PN结，它的伏安特性体现了PN结的单向导电性，一般硅管的导通电压约为0.7V，锗管的导通电压约为0.3V。特殊二极管有：硅稳压二极管、光电二极管、发光二极管和电容二极管等。利用二极管单向导电性和正向压降很小的特点，可组成整流、检波、限幅和钳位等电路。整流电路是将交流电压变换为直流脉动电压，目前广泛采用单相桥式整流电路和三相桥式整流电路。滤波电路通常由电抗元件组成。将电容器与负载并联组成电容滤波，将电感器与负载串联组成电感滤波，由电容、电感（或电阻）可组成复式滤波。小电流负载时用电容滤波，大电流负载时用电感滤波。电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能电子技术基础与技能 第第第第1 1章章章章谢谢！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢