第02章二极管应用电路

-19-课题2.1单相整流电路课型新课授课班级授课时数2教学目标1．掌握单相半波整流电路原理。2．掌握单相全波整流电路原理。3．理解单相桥式整流电路原理。4．了解滤波电路。教学重点1．整流电路的工作原理。2．整流电路有关量值的计算，输出电压、电流及二极管的承受电压。教学难点整流电路中半导体二极管的工作状态及电路各波形分析。学情分析教学效果教后记-20-新课A．引入将交变电流变换成单向脉动电流的过程称为整流。实现这种功能的电路称为整流电路或称整流器。B．复习二极管的单向导电特性。当二极管加正向电压时，二极管导通，其正向电阻很小；当加反向电压时，只要不引起反向击穿，二极管截止，呈现很大的电阻。所以，二极管相当于一个开关。C．新授课2.1单相整流电路2.1.1单相半波整流电路单相半波整流电路如图所示。由电源变压器T、整流二极管VD和负载电阻LR组成。1．工作原理工作原理示意图如图所示。（1）当2v为正半周时，二极管VD加正向电压，处于导通状态，LR上产生正半周电压Ov，如图（b）所示。（2）当2v为负半周时，二极管VD加反向电压，处于截止状态，LR上无电流流过，如图（c）所示。各波形之间的对应关系如图（d）所示。（提问，学生回答）（分析工作原理）-21-结论：脉动直流电：大小波动，方向不变的电流（或电压）称为脉动直流电。半波整流：电路仅利用电源电压2v的半个波，故称半波整流。半波整流后的输出信号为半波脉动直流电。半波整流电路的缺点是电源利用率低，且输出脉动大。2．负载与整流二极管的电压和电流（1）半波整流负载两端的电压的平均值OV：OV=0.452V（2）流过负载电流的平均值OI是：L2LOO450RV.RVI（3）流过二极管的正向电流VI：VI=OI（4）截止时，二极管承受的反向峰值电压RV：2R2VV（5）正确选择二极管的参数：最大整流电流：VMI≥OI；最高反向工作电压：RMV≥22V。2.1.2单相全波整流电路单相全波整流电路如图所示。1．工作原理（1）当1v为正半周时，如图（b）所示，1VD导通，2VD截止，LR两端输出电压2aOvv。（2）当1v为负半周时，如图（c）所示，2VD导通，1VD截止，LR两端输出电压2bOvv。全波整流波形如图所示。（讲解）（讨论，引导学生分析）-22-2．负载与整流二极管的电压和电流（1）负载所获得的直流电压平均值：OV=20.452V=0.92V。（2）负载平均电流：L2O90RV.I（3）每只二极管承受的反向峰值电压RV：2R22VV。（4）每只二极管通过的平均电流：L2OV45021RV.II2.1.3单相桥式整流电路1．工作原理具有电阻负载的桥式整流电路如图所示。桥式整流工作示意图如图所示。（1）当1v为正半周时，如图（b）所示，1VD和3VD导通，2VD和4VD截止，LR上产生压降Ov。（2）当1v为负半周时，如图（c）所示，2VD和4VD导通，1VD和3VD截止，LR上产生压降Ov。桥式整流电路波形如图所示。（引导学生讨论完成）（讲解）（引导学生画出波形）（讲解）-23-2．负载与整流二极管的电压和电流（1）负载所获得的直流电压平均值：OV=20.452V=0.92V。（2）负载平均电流：L2O90RV.I（3）每只二极管通过的平均电流：L2OV45021RV.II（4）每只二极管承受的反向电压：2RM2VV。例2-1有一直流负载需要直流电压6V，直流电流0.4A，若采用桥式整流电路，求电源变压器的二次电压。并选择二极管的型号。解因LV=0.92V则V7690V690L2...VV取2V＝9.1V(6.7V+0.7V×2)流过二极管的平均电流A20A402121OV..II二极管承受的反向电压V9121941122R...VV选择二极管可用整流电流为300mA，额定反向工作电压为25V的2CZ53A，共四只。2.1.4滤波电路简介在整流电路后加接滤波电路可使负载得到平滑的直流电压。常见的滤波电路有型LC滤波、型LC滤波和型RC滤波，如图所示。（学生练习）（引导学生分析）-24-1．电容滤波电路（1）电容器在半波整流电路中的滤波作用电路图如图所示。①2v为第一个正半周当2vCv时，VD导通，对C充电。如图（b）所示。当2vCv时，VD截止，电容器对负载LR放电，LR中有电流，放电延续到下一个正半周。如图（c）所示。②2v为第二个正半周2v由0开始上升，但当2vCv时，VD仍截止。当2vCv时，VD导通，继续对C充电，但因为电容器上有剩余电压，充电时间缩短。当2vCv时，VD截止，电容通过LR放电。③电容的充放电反复进行，直到电容器C上充电上升的电压等于放电下降的电压时，进入稳定状态。波形如图（d）所示。负载上的直流电压近似等于输入电压2v的峰值2mV，即OV≈2mV。直流电流：LOORVI（画出波形）（学生讨论完成）-25-（2）电容器在全波整流电路中的滤波作用电路图和波形如图所示。①全波整流电路输出的是全波脉动直流电，输入电压正负半周对电容C充电两次，充电方向相同，电容C对负载放电时间缩短。②输出电压（平均值）：半波：OV2V全波：OV1.22V2．RC滤波电路图示采用型RC滤波电路的桥式整流器。电路中1C的作用和上面讲的滤波作用相同，R和2C起进一步平滑作用，2C越大，效果越好。只是电阻R上的直流压降使输出电压降低。3．型LC滤波电路图示为型LC滤波电路。图中L为电感量很大的铁心线圈，使加到LR上的交流成分减小，所以滤波器的平滑滤波作用比RC滤波器好。4．型LC滤波电路图示为型LC滤波电路。（引导学生阅读教材）-26-这种滤波电路线圈体积大、笨重、成本高。滤波作用最好，适用于负载电阻小，电流大，滤波电压要求比较高的场合。练习1．二极管整流电路输出的是_____的直流电压，其极性方向_____，它的大小是_____，为了获得平滑的直流电压，可在_____和_____之间接入_____电路。2．桥式整流电路亦称为_____整流。负载上的平均电压和电流均比_____大一倍。在一个周期内，流过每个二极管的平均电流只有_____电流的一半。每只二极管承受的反向电压为_____。小结1．单相半波整流电路负载所获得的电压、电流是正弦半波，其电压平均值为2O450V.V；整流二极管的极限参数选择：应使VMI≥OI，RMV≥22V。2．单相全波整流电路采用全波整流，使输出电压平均值提高一倍，即2O90V.V。全波整流电路的主要缺点是管子的耐压值需要提高一倍，电源变压器需要有中心抽头，因此元器件费用增加。3．单相桥式整流电路为全波整流电路，在电源正、负半周时，两组电路轮流工作，所以二极管的电流平均值仅为负载电流的一半。4．滤波的目的在于滤去脉动电流中的交流分量。滤波的方法是利用对频率敏感的电路元件去抑制或旁路脉动量中的交流分量。布置作业P38习题二2-1，2-2，2-9，2-10。-27-课题2.2其他二极管及其应用电路课型新课授课班级授课时数2教学目标1．掌握发光二极管的符号、特性和用途。2．掌握稳压二极管的特性和参数。3．理解光电二极管的工作原理。4．了解无引线片状二极管和复合二极管。教学重点发光二极管、稳压二极管、光电二极管的主要特性和应用场合。教学难点发光二极管、稳压二极管、光电二极管的工作特性。学情分析教学效果教后记-28-新课A．引入二极管的种类很多，除普通二极管外，还有各种用途的二极管，如稳压二极管、发光二极管、光电二极管、开关二极管、变容二极管等。B．新授课2.2其他二极管及其应用电路2.2.1发光二极管（LED）1．LED的结构和符号发光二极管的PN采用特殊工艺制成。一般发光二极管加上一定的正向电压时，能发出红、绿和黄色的光。LED的外形和电路符号如图所示。2．LED的特性LED的伏安特性如图所示。①正向工作电压：比普通二极管高，约1.2V2.5V；②反向击穿电压：一般比普通二极管低，约5V左右。优点：亮度高、电压低、体积小、可靠性高、寿命长、响应速度快、颜色鲜。3．LED的主要参数（实物展示发光二极管）（引导学生分析）-29-发光二极管的特性参数主要包括电性能参数和光性能参数。4．LED驱动电路（1）单个LED驱动电路驱动电路如图（a）所示。（2）多个LED驱动电路如需同一电源同时驱动几只LED，应将他们串起来，如图（b）所示。也可将若干个LED分别串联后再并联,如图（c）所示。2.2.2稳压二极管定义：稳压二极管是一种能稳定电压的二极管，电路符号和伏安特性如图所示。1．稳压二极管的特性稳压二极管通常工作在反向击穿区，通过稳压二极管的电流在很大范围内变化时，电压基本不变。（1）管子两端需加上一个大于其击穿电压的反向电压。（2）采取适当措施限制击穿后工作的反向电流值。2．稳压二极管的主要参数（1）稳定电压ZV：稳压二极管在正常工作状态下管子两端的电压值。（2）稳定电流ZI：稳压二极管在正常工作状态下的工作电流。（3）耗散功率ZMP：稳压管的稳定电压ZV与最大稳定ZMI的乘积，若使用中超过这个数值，稳压管将被烧毁。2.2.3光电二极管1．光电二极管的电路符号及工作原理电路符号如图所示。（讲解）（讲解）-30-特性：光电二极管是一种将光信号转变成电信号的半导体器件。光电二极管工作在反向偏置状态。光电流：由于光照射而形成的电流。大小与光照的强度和光的波长有光。2．光电二极管的主要参数（1）最高工作电压RMV光电二极管在无光照条件下，反向电流不超过0.1A时所能承受的最高反向电压。RMV越大，管子性能越稳定。（2）暗电流DI光电二极管在无光照时，在最高反向电压作用下所测得的反向电流。DI越小，管子性能越好，对光的敏感度越高。（3）光电流LI光电二极管在光照时所产生的光电流。LI越大，管子性能越好。2.2.4无引线片状二极管片状二极管是一种无引线、体积小、重量轻、性能好、尺寸标准化的新型二极管。片状二极管的几种主要封装形式如图所示。2.2.5复合二极管复合二极管是指一个封装内包含2个以上的二极管。组合形式：共阴极式、共阳极式、串联式和独立式等几种。如图所示。共阴式串联式共阳式独立输出式（参考教材介绍）（引导学生阅读教材）-31-封装形式：SOT-23、SC-70、EM-3、SOT-89等。如图所示。SOT-23SC-70SOT-89EM-3练习1．普通二极管是否可作为稳压二极管使用？稳压二极管能作否为整流管使用？2．光电二极管为什么要在反向电压作用下才能正常工作？它有单向导电作用吗？小结1．发光二极管发光的条件：在电路中接上正向电压，管子中有几毫安的正向电流就能发光。2．稳压二极管必须工作在反向击穿区。另外，稳压管的工作电流必须限制在安全值以内，否则管子会因过热而损坏。3．光电二极管要加反向工作电压。光电流是将光能转变成电能的一种外在表现，实现将光信号到电信号的转换。布置作业P39习题二2-12，2-17，2-18。