简易充电器的制作.ppt

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1、简易充电器的制作项目一 1.1 项目描述 本项目通过最简单的电子产品-简易充电器来认识电子元器件。它的作用就是将我们使用的交流电 交流电降压，再把他从交流变换成直流，达到我们所需要的直流电压 直流电压。简易充电器的实物图 由半导体物质所构成的二极管 二极管具有单向导电性，能将交流电整流成为脉动的直流，而由两个平面构成的电容 电容却能将脉动的直流电滤波，使其成为平滑的直流供我们的电子产品使用。充电器的介绍 充电器的内部实物图1变压器 将220V的交流电变换成我们所需要的电压值。变压器分为三种：第一种为降压器 降压器，将高电压变换成低电压；第二种为升压器 升压器，将低电压变换为高电压；第三种为隔离

2、变压器 隔离变压器，就是不升也不降电压，只是起到与外电回路进行断开的作用。充电器的内部结构2二极管 将交流电整流成脉动的直流电，将交流变成直流。3电容 将脉动的直流电变成为平滑的直流电，电容可以分为有极性电容与无极性电容。有极性电容 有极性电容主要用于滤波，而无极性电容 无极性电容主要用于藕合。4电阻 形成电路回路，将电能转换成为其它能量的耗能元件。电阻按结构分可以分为可变电阻 可变电阻与固定电阻 固定电阻，电阻阻的标注方式有：直接标注、数字标注、色环标注等几种。由简易充电器的内部实物图，我们可以知道，它的主体部分由以下元器件构成：如表1-1所示：表1-1 简易充电器元件列表1.2 项目资讯导

3、体：导体：一般为低价元素，如铜、铁、铝绝缘体：绝缘体：一般为高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如塑料和橡胶）。半导体：半导体：其导电性介于导体和绝缘体之间（如硅和锗以及砷化镓）1.2.1 半导体基础知识1.1.半导体的导电特性 半导体的导电特性(可做成温度敏感元件，如热敏电阻 可做成温度敏感元件，如热敏电阻)掺杂性 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显 往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显 改变 改变。光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 当受到光照时，导电能力明显变化热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 当环境温度升高时，导电能力显著增强(可做成

4、各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等 管、光敏三极管等)(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）三极管和晶闸管等）9晶体中原子的排列方式 晶体中原子的排列方式 硅单晶中的共价健结构 硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为 共价键中的两个电子，称为价电子 价电子。Si Si Si Si价电子（1）本征半导体 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。11）原子结构及共价键）原子结构及共价键10 Si Si S

5、i Si价电子价电子在获得一定能量（温度升 价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子 高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为 核的束缚，成为自由电子 自由电子（带负（带负电），同时共价键中留下一个空 电），同时共价键中留下一个空位，称为 位，称为空穴 空穴（带正电）。（带正电）。22）本征激发）本征激发这一现象称为本征激发。空穴 温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该相邻原子中出现一个空穴，其结果相当于 而在该相邻原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动 空

6、穴的运动（相当于正电荷的移动）（相当于正电荷的移动）。11本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，出现两部分电流 当半导体两端加上外电压时，出现两部分电流:(1)(1)自由电子作定向运动 自由电子作定向运动 电子电流 电子电流(2)(2)价电子递补空穴 价电子递补空穴 空穴电流 空穴电流注意：注意：(1)(1)本征半导体中载流子数目极少 本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；其导电性能很差；(2)(2)温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多 载流子的数目愈多,半导体的导电性能也 半导体的导电性能也就愈好。就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半

7、导体器件性能影响很大。自由电子和 自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。自由电子和 自由电子和空穴成对地产 空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和 生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。动画：两种载流子13掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为主要的导电方式，称为电子半导体或N型半导体。掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂

8、质半导体。在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。11）NN型半导体型半导体（2）杂质半导体14掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或 P型半导体。掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si在 P 型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。B硼原子接受一个电子变为负离子空穴无论无论NN型或型或PP型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。22）PP型半导体型半导体15对比P型半导体和N型半导体：注意：注意：(1)(1)杂质半导体中 杂质半导体中多子数目 多子数目与掺杂浓度有关；与掺杂浓度有关；(2)

9、(2)杂质半导体中 杂质半导体中少子数目 少子数目与温度有关。与温度有关。16 1.1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与（a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。2.2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与（a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。aabb 3.3.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P P 型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是，N N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是。（a.a.电子电流、电子电流、b.b.空穴电流）空穴电流）bbaa17P P 型半导体 型半导体 N N 型半

10、导体 型半导体+形成空间电荷区（1）PN结的形成2.PN 2.PN结的形成与特性 结的形成与特性18 1）PN 结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）PN 结变窄 P接正、N接负 外电场IF PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。PN+（2）PN结的单向导电性192）PN 结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）外电场 外电场 P P接负、接负、NN接正接正 P P N N+20PN PN 结变宽 结变宽外电场 外电场IR P P接负、接负、NN接正接正+PN PN 结加反向电压时，结加反向电压时，PN PN结变宽，反向电流较小，反向电阻 结变宽，反向电流

11、较小，反向电阻较大，较大，PN PN结处于截止状态。结处于截止状态。P P N N+2）PN 结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）1.2.2 半导体二极管 半导体二极管是由PN结加上引出线和管壳构成的。1.二极管的结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。PNPN符号阳极阴极按PN结分点接触型面接触型按材料分硅管锗管按用途分普通管整流管23硅管 硅管0.5V 0.5V锗管 锗管0 0.2V.2V反向击穿电压U(BR)导通压降导通压降外加电压大于死区电压，二极管才能导通。外加电压大于反向击穿电压，二极管被击穿，失去单向导电性。正向特性 正向特性反向特性 反向特性特点：非线性 特点：非线性硅

12、硅0.7 0.7V V锗 锗0.3V 0.3VUI死区电压死区电压PN+PN+反向电流在一定电压范围内保持常数（很小，A级）2.二极管的伏安特性动画：二极管的伏安特性 二极管的单向导通 二极管的阳极电压高于阴极，二极管D1导通，正向电流IF产生，灯泡L1发光。相反的，二极管D1截止，电路中没有电流产生，灯泡L1不发光。在交流的情况下，交流信号Vs在正半周时，二极管D1的阳极电压为正、阴极为负，于是二极管D1导通，灯泡L1发光；当Vs在负半周时，二极管D1的阳极电压为负、阴极为正，于是二极管D1截止，灯泡L1不发光。如果频率较大，灯泡从视觉效果上看也是连续发光的。二极管的单向导通27伏安特性的实

13、际，近似与理想情况对比：UI0UD近似特性UI0理想特性UI0AB伏安特性硅正向：OA段（死区）：硅管约0.5V，锗管约0.2V 正向导通：硅管约0.7V，锗管约0.3V反向：OB段（截止区）：I近似为0 击穿区：管子被击穿283.二极管的主要参数1、额定正向平均电流IF:长期使用允许流过二极管的最大正向平均电流。2、最高反向工作电压URM:是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。3、最大反向电流IR：指二极管加UR时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，IR受温度的影响，温度越高反向电流越大。以下各参数是选择二极管的依据4、最高工作

14、频率fM：指二极管允许工作的最高频率，当外加信号频率高于此值时，二极管将失去单向导电性。国产二极管的型号命名由五部分组成，序号（用数字表示）类型（字母表示）材料和极性（用字母表示）二极管2*规格（字母）4.国产二极管型号命名方法二极管型号的意义：例 2AP9 表示为N型锗材料普通二极管，序号91.2.3 特殊二极管 有稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管和肖特基管等。32 符号 伏安特性稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，在电路中可起稳压作用。UZIZminIZmax UZ IZUIO_+1.稳压二极管（1）稳压管结构及工作特性1)稳定电压U Z:稳压管

15、反向击穿后的稳定电压值。2)稳定电流I Z：稳压管正常工作时的参考电流。电流高于此值时，管子才能起到稳压作用。IZmin实际就取IZ。（2）稳压管的主要参数3)最大耗散功率PZM：稳压管允许的最大功耗。由该参数可以求最大稳定电流IZmax。4）动态电阻Rz：工作在稳压区时，端电压变化量与其电流变化量之比。其值越小，稳压性能越好。结果使输出电压趋于稳定。v稳压管稳压电路的工作原理 电路通过自动调节稳压管电流的大小，以调整电阻R上的压降，使UO基本稳定。VS 电路符号：在普通二极管电路符号的边上加两个朝向管子的箭头。2.光敏二极管特性：无光照时与普通二极管一样具有单向导电性。使用时，光电二极管的P

16、N结应工作在反向偏置状态，在光信号的照射下，反向电流随光照强度的增加而上升。用途：用于测量光照强度、做光电池。发光二极管有许多外形、尺寸、亮度、颜色（红、黄、绿、蓝、紫、白、橙等）选择，发光二极管是有正极和负极之分的，透过外壳可看到发光二极管内部的两片导体。3.发光二极管 符号 视频：点亮发光二极管 发光二极管驱动电路直流驱动 当发光二极管点亮时，流经它的电流IF=20mA，这个电流称为正向电流。而发光二极管两端的电压VF=2.0V，这个电压称为正向电压。电流从发光二极管的正极流入、负极流出，称正向偏置。如果发光二极管发光，称之为发光二极管的导通。电流方向指示器。红色发光二极管只当电流从A 流

17、向B 时点亮，而绿色发光二极管只当电流从B 流向A 时点亮。发光二极管驱动电路直流驱动1.2.4 检测及判别二极管 可用指针万用表或数字式万用表检测二极管的好坏及正负管脚。在 R 100或 R 1 k 挡测量红表笔是(表内电源)负极，黑表笔是(表内电源)正极。正反向电阻各测量一次，测量时手不要接触引脚。(1)用指针式万用表检测一般硅管正向电阻为几千欧，锗管正向电阻为几百欧；反向电阻为几百千欧。正反向电阻相差不大为劣质管。正反向电阻都是无穷大或零则二极管内部断路或短路。1k0001.检测二极管(2)用数字式万用表检测红表笔是(表内电源)正极，黑表笔是(表内电源)负极。2k20k200k2M20M

18、200在 挡进行测量，当 PN 结完好且正偏时，显示值为PN 结两端的正向压降(V)。反偏时，显示。万用表判别极性：拨到二极管测量档，表笔与二极管的阳、阴极相连，如果读数在0.2V0.7V之间，说明红色表笔连接的管脚为阳极，黑色表笔为阴极。如果读数在其他值，说明红色表笔连接的管脚为阴极，黑色表笔为阳极。判断二极管材料：令二极管导通的正向电压常常用VF来表示，VF的大小与二极管的种类有关，常用的硅二极管和锗二极管的VF分别为0.70V和0.15V。判断二极管材料：用万用表的电阻挡对二极管进行测量，红表笔接二极管的阴极，黑表笔接阳极。如果阻值在4k8k说明是硅管；如果阻值在1k左右则为锗管。注意：

19、二极管正反向阻值相差很大 正反向阻值相差很大为正常情况；若均很小，说明其内部已被击穿短路；若均很大，说明其内部已断路。一般发光二极管的正向压降为1.5v-2.3v,用两个万用表串联可进行检查。用两块万用表，拨到相同电阻档(Rx10档)，串联起来，当作电压源。接入二极管，正常的发光二极管便会发光。2.检测发光二极管 稳压二极管的外型与普通二极管相似，极性判断方法与普通二极管相同。稳压值的判断：030V连续可调直流稳压电源 v1.5 k 被测管+-+-3.检测稳压管1.2.5 半导体二极管的基本应用 二极管整流电路 二极管限幅电路 二极管稳压电路51RLuiuOuiuott(1)单相半波整流电路1

20、.半导体二极管整流电路动画：半波整流电路(1)单相半波整流电路(2)单相桥式整流电路动画：单相桥式整流电路u0时：D1、D3正向导通，D2、D4反向截止，io0，uo=u0 D4D2D1D3RLabuTruoio+-(2)单相桥式整流电路u0，uo=-u0 D4D2D1D3RLabuTruoio-+(2)单相桥式整流电路ttu 2 3 uoio整流电路得到的输出电压电流波形D4D2D1D3RLabuTruoioUo流过每只二极管的平均电流：二极管承受的最高反向电压：讨论：试回答下列问题：答案：1.若V3 管接反，会有什么情况发生？此时U0=？2.若V3 管短路，会有什么情况发生？此时U0=？3

21、.若V3 管开路，会有什么情况发生？此时U0=？1.正半周不通，2.正半周正常，3.正半周不通，负半周变压器被短路。负半周变压器被短路。负半周正常。61uiuott 3-32.半导体二极管限幅电路V VD D1 1R Ruuii+uuoo+V VD D2 2E E2 23V 3VE E1 13V 3V62v二极管的应用举例收音机63当电源波动或负载电流的变化引起Uo变化时Uo Uz Uo=UiUR+UO+UiIRLDZIZIOR Iz I=(Iz+Io)UR=IRU/VIzminIzmaxI/mAUz03.半导体二极管稳压电路注：稳压管正常工作时加反向电压，并要加限流电阻。644.发光二极管指

22、示电路 电路由电源输入电路、变压电路、整流电路、滤波电路、电路状态指示电路及保护电路组成。1.3 项目实施tu 23D1D3导通D2D4导通tuoRLC+uCD4D2D1D3abuTruoiotuoObaD导通C充电 O a段：D导通，电源对C充电，uo=uC=u；ab段：从a点开始，u和uC都开始下降，u按正弦规律下降，uC按指数规律下降，开始uC下降速度大于u，所以D导通，uo=uC=u；bc段：从b点开始，u下降速度大于uC，所以D截止，uo=uC，按指数规律变化，变化快慢决定于=RLC。tu 23cD截止C放电RLC+uCD4D2D1D3abuTruoio 带电容滤波时，uo的脉动大为

23、减小，其平均值Uo增大。无电容滤波tuo带电容滤波tuoORLC+uCD4D2D1D3abuTruoioProtues 仿真软件电路图Protues 仿真软件电压波形图1.电路装配准备1.3.2 项目制作（1）变压器的检测 变压器选用EI型，外形如图所示。变压器有初端与次级端之分，分辩降压变压器的初、次端的方法很多，常用的有两种：变压器实物 第一种：线粗的这一端次级端，线细的这一端为初级端。第二种：用万用表测量，电阻小的这一端为次级端，电阻大的这一端为初级端。2.重要元器件的检测 用万用表欧姆档测量二极管阻值，正向、反向各测量一次，正向测量时电阻值应该比较小，几百欧姆左右。反向测量时电阻值较大，一般是几千欧姆。两者相差很大，如果是两者相近则说明此二极管存在质量就有问题。（3）电容检测 电解电空的好坏判断主要是根所电容的充放电过程。读者可以查找相关资料进行下面电容的检测。（1）判断电解电容正负极（2）用万用表欧姆档检测的质量（2）二极管检测4电路电压检测 按电路接好之后，接通电源测量变压器输出电压是否在15V 左右，如果是远远高于或低于此电压值说明变压器选型不对或者是说变压器有问题。通过二极管整滤波后输出的电压是17V左右。整流滤波后的电压是变压输入电压的1.2倍左右。5故障问题分析 请分析下列原因会使得输出电压发生什么变化，输出电压值是多少，分别填入下表。