电子技术基础与技能-(1)

了解半导体的主要特性；了解二极管的结构、电路符号及引脚；了解二极管的单向导电性、主要参数及伏安特性；了解其他类型二极管的外形特征、功能及应用；会用万用表检测二极管极性和质量优劣。1.1.1半导体的奇妙特性一、对温度反应灵敏测试比较如图所示不加温测试加温测试1.1.1半导体的奇妙特性二、对光照反应灵敏测试比较如图所示遮光测试光照测试1.1.1半导体的奇妙特性三、掺入杂质后会改善导电性在纯净的半导体中，掺入适量的杂质，会使半导体的导电能力有成百万倍的增长，使半导体获得了强大的生命力。人们正是通过掺入某些特定的杂质元素，人为地、精确地控制半导体的导电能力，将其制造成各种性质、用途的半导体器件。几乎所有的半导体器件（如二极管和三极管、场效晶体管、晶闸管以及集成电路等），都是采用掺有特定杂质的半导体。1.1.2二极管结构与电路图形符号一、二极管的结构普通二极管是由一个PN结加上两条电极引线做成管芯，从P区引出的电极作为正极，从N区引出的电极作为负极，并且用塑料、玻璃或金属等材料作为管壳封装起来，就构成了二极管。二极管的体积较小时，在其中的一端用一个色环来表示负极，无色环一端就是正极；体积较大时，常在壳体上印有标明正极和负极的符号。二极管的结构实物图1.1.2二极管结构与电路图形符号二、二极管的图形符号二极管被广泛应用于各类电子产品中，其电路图形符号如图所示，文字符号用字母“VD”表示。电路图形符号用箭头形象地表示了二极管正向电流流通的方向，箭头的一边代表正极，用“＋”号表示，另一边代表负极，用“－”号表示。电路图形符号1.1.3二极管的单向导电特性测试电路如图所示1.1.3二极管的单向导电特性一、二极管具有单向导电特性（1）加正向电压二极管导通将二极管的正极接电路中的高电位，负极接低电位，称为正向偏置（正偏）。此时二极管内部呈现较小的电阻，有较大的电流通过，二极管的这种状态称为正向导通状态。（2）加反向电压二极管截止将二极管的正极接电路中的低电位，负极接高电位，称为反向偏置（反偏）。此时二极管内部呈现很大的电阻，几乎没有电流通过，二极管的这种状态称为反向截止状态。二、二极管的特性曲线当正向电压较小时，二极管呈现的电阻很大，基本上处于截止状态，这个区域常称为正向特性的“死区”，一般硅二极管的“死区”电压约为0.5V，锗二极管约为0.2V。当正向电压超过“死区”电压后，二极管的电阻变得很小，二极管处于导通状态，二极管导通后两端电压降基本保持不变，硅二极管约为0.7V，锗二极管约为0.3V。如图所示。1.正向特性1.1.3二极管的单向导电特性（1）反向截止区二极管加反向电压时，仍然会有反向电流流过二极管，称为漏电流。漏电流基本不随反向电压的变化而变化，称为反向截止区。（2）反向击穿区当加到二极管两端的反向电压超过某一规定数值时，反向电流突然急剧增大，这种现象称为反向击穿现象。实际应用时，普通二极管应避免工作在击穿范围。如图所示。2.反向特性1.1.3二极管的单向导电特性二、二极管特性曲线1.1.4二极管的使用常识一、二极管的型号二、二极管的主要参数1.1.4二极管的使用常识1.1.4二极管的使用常识三、二极管的检测1．用万用表检测二极管1）用万用表判断二极管极性示意图如图所示（1）先将万用表电阻挡旋钮置于R×100或R×1k挡。（2）用万用表红、黑表笔任意测量二极管两引脚间的电阻值。（3）交换万用表表笔再测量一次。如果二极管是好的话，两次测量结果必定一大一小。（4）以阻值较小的一次测量为准，黑表笔所接的二极管一端为正极，红表笔所接的二极管一端为负极。1.1.4二极管的使用常识三、二极管的检测1．用万用表检测二极管2）用万用表检测普通二极管的好坏测试图如图所示（1）万用表置于R×1k挡。测量正向电阻时，万用表的黑表笔接二极管的正极，红表笔接二极管的负极。（2）万用表置于R×1k挡。测量反向电阻时，万用表的红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极。（3）根据二极管正、反向电阻阻值变化判断二极管的质量好坏。1.1.5其他类型的二极管一、稳压二极管1．稳压二极管的图形符号稳压二极管又称为齐纳二极管，是一种用于稳压（或限压）、工作于反向击穿状态的二极管。其外形及图形符号如图所示。1.1.5其他类型的二极管一、稳压二极管2．稳压二极管的伏安特性当反向电压达到VZ时，即使电压有一微小的增加，反向电流也会增加很多（反向击穿曲线很徒直），这时，二极管处于击穿状态，其两端电压基本保持不变（稳压区）。如果把击穿电流通过电阻限制在一定的范围内，管子就可以长时间在反向击穿状态下稳定工作。而且，稳压二极管的反向击穿特性是可逆的，去掉反向电压，稳压二极管又恢复常态。如图所示。1.1.5其他类型的二极管一、稳压二极管3．稳压二极管的检测（1）检测方法与普通二极管相同，但稳压二极管的正向电阻比普通二极管的正向电阻要大一些。（2）若需要对稳压二极管稳定电压做精确测量，则可用晶体管特性图示仪测量。1.1.5其他类型的二极管二、发光二极管1．发光二极管的图形符号发光二极管与普通二极管一样也是由PN结构成，同样具有单向导电性。实物及图形符号如图所示。发光二极管的实物图发光二极的管图形符号及文字符号1.1.5其他类型的二极管二、发光二极管2．发光二极管的基本特性发光二极管是采用磷化鎵或磷砷化鎵等半导体材料制成的，可以直接将电能转换成光能的发光器件。发光二极管的发光颜色和它本身的颜色相同，但也有透明色的发光二极管，也能发出红色、黄色、绿色、白色等可见光。还有三色变色发光二极管和人眼看不见的红外线二极管，它们被广泛运用于电路的状态显示、信息显示、装饰工程、照明等领域。通常，发光二极管通过10mA电流时，就可以发出强度令人满意的光线，高强度的发光二极管只需5mA左右电流就能正常发光。1.1.5其他类型的二极管二、发光二极管3．发光二极管的检测1）极性判别方法1：由管子的引脚长短识别，电极长的引脚为正极，短的引脚为负极。方法2：用指针式万用表R×10k电阻挡测量，测得电阻小的（约几十千欧），其黑表笔接的引脚是正极，红表笔接的引脚是负极，同时可仔细观察到发光二极管发出的微弱光线。2）质量的简易判别方法1：将指针式万用表置于R×10k电阻挡，测量其正向电阻应在几十千欧之内，反向电阻应大于几百千欧（通常为无穷大）为正常。方法2：将发光二极管长引脚（正极）插入万用表的NPN型“c极”插孔，短引脚（负极）插入“e极”插孔，则发光二极管正常发光。3）正、反电压降测量将数字万用表置于二极管挡，红表笔接二极管正极，黑表笔接负极，显示屏显示电压在1.8V左右，调换表笔再测试，显示为1V，则表示被测管合格。1.1.5其他类型的二极管三、光电二极管1．图形符号及文字符号实物与图形符号如图所示。1.1.5其他类型的二极管三、光电二极管2．工作原理及特性光电二极管是在反向电压作用下工作的，它的正极接较低的电平，负极接较高的电平。工作电路如图所示。没有光照时，反向电流极其微弱，称为暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为亮电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，该电流流经负载，产生输出电压UO，由此可以把光信号转换成电信号，故将其称为光电传感器件。光电二极管工作电路1.1.5其他类型的二极管三、光电二极管3．光电二极管的简易检测（1）极性判别首先应在无光照的条件下用指针式万用表R×100或R×1k挡检测光电二极管的正负极性，检测方法同普通二极管的检测。（2）性能检测使光电二极管处于反向工作状态，即万用表黑表笔接光电二极管的负极，红表笔接其正极，在没有光照射时，其阻值应在数十kΩ至数百kΩ，该电阻值称为暗电阻。再将光电二极管移到光线明亮处，其阻值应会大大降低，万用表指示值通常只有数kΩ，该电阻值称为亮电阻。检测示意图如图所示检测示意图1.1.5其他类型的二极管四、变容二极管1．变容二极管的图形符号变容二极管像稳压二极管一样，工作于反向偏置状态。实物及图形符号如图所示。1.1.5其他类型的二极管四、变容二极管2．变容二极管的基本特性当给变容二极管施加反向电压时，由于PN结展宽而呈现电容特性，其两个电极之间的PN结电容大小随加到变容二极管两端反向电压大小的改变而变化，其特性相当于一个可以通过电压控制的自动微调电容。3．变容二极管的检测变容二极管的检测方法与检测普通二极管相同，通过测量二极管的正向电阻和反向电阻鉴别变容二极管的质量好坏。了解整流电路的用途和元器件的主要作用；理解桥式整流电路的组成与工作原理；会估算桥式整流电路的输出电压和输出电流；了解滤波电路的作用；掌握电容滤波电路的构成，会估算电容滤波电路的输出电压；熟悉电感滤波电路的构成，了解滤波原理与电路特点；会根据实际电路选择滤波电路的类型。1.2.1半波整流电路一、电路的组成测试电路如图所示。单向半波整流电路由电源变压器、整流二极管、和用电负载构成。电源变压器将电网电压的交流电压降压为数值适当的交流压，整流二极管在这里主要是利用它的单向导电性，即交流正半周时导通，负半周时截止。是需要直流供电的负载电阻，是脉动的直流输出电压。TVDLR1u2uLRLU1.2.1半波整流电路二、整流原理1.半波整流工作过程电路及波形图如图所示（1）当输入电压为正半周时，二极管VD因正向偏置而导通，在负载电阻上得到一个极性为上正下负的电压。（2）当输入电压为负半周时，二极管VD因反向偏置而截止，此期间无电流通过，负载上的电压等于零。由此可见，在交流电一个周期内，二极管有半个周期导通，另半个周期截止，在负载电阻RL上的脉动直流电压波形是输入交流电压的一半，故称单相半波整流。输出电压的极性取决于二极管在电路中的连接方式，如在图中二极管反接时，输出电压的极性也将变反。1.2.1半波整流电路二、整流原理2.负载上的直流电压与直流电流的估算（1）负载上的直流电压负载上的半波脉动直流电压平均值可用直流电压表直接测得，也可按下式计算求出（1-2-1）（2）负载上的直流电流流过负载的直流电流为（1-2-2）2L45.0UUL2LLL45.0RURUI1.2.1半波整流电流三、整流二极管的选择整流二极管与负载是串联的,如图所示，所以流经二极管的电流（平均值）与负载电流相等，故选用二极管时要求其（1-2-3）二极管承受的最大反向电压是发生在u2达到最大值时，即（1-2-4）根据最大整流电流和最高反向工作电压的计算值，查阅有关半导体器件手册，选用合适的二极管型号使其额定值大于计算值。DF≥II2RMUUDILI1.2.2桥式整流电路一、电路的组成单相桥式整流电路由电源变压器和四个同型号的二极管接成电桥形式组成，桥路的一对角点接变压器的二次绕组，另一对角点接负载。电路原理及简化画法如图所示。1.2.2桥式整流电路二、工作原理1.整流工作过程测试、接线及波形图如图所示。（1）当输入电压为正半周时，VD1、VD3导通，VD2、VD4截止。此电流流经负载RL时，在负载上形成了上正下负的输出电压。（2）当输入电压为负半周时，VD2、VD4导通，VD1、VD3截止。同样在负载上形成了上正下负的输出电压。1.2.2桥式整流电路二、工作原理2.负载上的直流电压与直流电流的估算（1）负载上的直流电压（1-2-5）（2）负载上的直流电流（1-2-6）LLLLL9.0RURUI2L9.0UU1.2.2桥式整流电流三、整流二极管的选择在桥式整流电路中，每只二极管都是在交流电的半周期内导通，每个二极管的平均电流是输出电流的二分之一。所以二极管的最大电流为（1-2-7）二极管承受的最高反向电压是交流电压u2的峰值，所以二极管的最高反向电压为（1-2-8）2RM≥UU2≥OFII1.2.3滤波的基本概念一、什么是滤波整流电路是利用二极管的单向导电性把交流电变为脉动的直流电，其中含有很大的交流成分。除一些特殊的场合可以作为供电电源使用外，一般不能作为电子电路的供电电源。这样就必须采取一定的措施，一方面尽量滤除输出电压中的交流成分，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电