电子技术基础与技能第1单元__二极管及其应用

项目内容：二极管及其应用一、项目知识目标：1、了解半导体材料的特性，理解PN结的单向导电性。2、了解晶体二极管的结构，掌握其电路符号、引脚。3、了解晶体二极管的伏安特性，理解其主要参数。4、了解硅稳压管、发光二极管、光电二极管、变容二极管等特殊二极管的外形特征，熟悉其功能和适用场合。6、了解整流电路的作用及工作原理，会合理选用整流电路元件的参数。二、项目技能目标：1、学会查阅晶体管手册，能在实践中合理使用晶体二极管。2、能用万用表判别晶体二极管的极性和质量优劣。3、能根据电路图焊接整流、滤波电路，会用万用表和示波器测量相关电量参数和波形。三、项目素质目标：培养学生学习该课程的主动性，提高学生实际动手能力，培养学生分析和解决问题的能力。四、项目重点内容：判别晶体二极管的极性和质量优劣。能根据电路图焊接整流、滤波电路。五、项目考核方式：理论考核+实践考核六、项目所用时间：24课时项目主持人：李传龙2任务一：二极管的使用一、二极管的结构及特点按图1.2所示连接电路，接通电源，观察灯泡是否发光，记下观察的结果；断开电源，将直流电源的正、负极颠倒一下，再次接通电源，观察灯泡是否发光，记下观察的结果；对两次观察的结果进行比较。演示总结：1.比较两次观察的结果，可以发现：当二极管有白色环的一端接电源的正极、没有白色环的一端接电源的负极时，灯泡发光，有电流流过二极管，即二极管能导通。2.当二极管有白色环的一端接电源的负极、没有白色环的一端接电源的正极时，灯泡不发光，没有电流流过二极管，即二极管不能导通。1.半导体的基础知识（1）半导体的特性。①半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，最常用的半导体材料是硅和锗。②当加热或光照加强时，半导体的电阻值明显下降，导电能力类似于导体。半导体的这种特性称为热敏特性和光敏特性，半导体可据此特性制成热敏电阻、光敏电阻、光电二极管等元件，用于实现自动测量、自动控制等。③如果在半导体中掺入少量的杂质，也会使半导体的导电能力增强。根据掺入的元素不同，有P型半导体和N型半导体。项目实施过程及步骤教学反思及心得体会：3（2）PN结。当采用特殊的工艺把P型半导体和N型半导体结合在一起时，在交界面将形成一层带电的区域，如图1.3所示，该区域称为PN结。①P区接电源的正极，N区接电源的负极，有电流从P区通过PN结流向N区，如图1.4（a）所示。这时称PN结正向导通，流过的电流称正向电流。②P区接电源的负极，N区接电源的正极，只有极微弱的电流从N区通过PN结流向P区，如图1.4（b）所示。这时称PN结反向截止，流过的电流称反向电流，一般情况下可以忽略不计。总结：PN结的这种特性称为单向导电性。2.二极管的结构教学反思及心得体会：4归纳：二极管具有单向导电性。单向导电性的实质是：二极管的正极接电源的正极，二极管的负极接电源的负极，二极管导通；二极管的正极接电源的负极，二极管的负极接电源的正极，二极管不导通，又称二极管截止。3.常用二极管的特点分类：根据制造材料分为锗（Ge）二极管、硅（Si）二极管等；根据封装形式分为塑料封装（塑封）二极管、玻璃封装（玻封）二极管、金属封装二极管、片状二极管等；根据电流容量分为大功率二极管（A以上）、中功率二极管（1～A）和小功率二极管（1A以下）；根据用途分为普通二极管、整流二极管、开关二极管、稳压二极管、发光二极管、变容二极管、光电二极管等。（1）普通二极管。主要用于检波、小电流整流等，如图1.6所示。（2）整流二极管。如图1.7所示。常用的国产整流二极管型号有2CZ11～1系列、2CZ0～系列、2CZ～0系列等。进口的整流二极管型号有1N0××系列、1N××系列、1N××系列等。应用实例：图1.8所示为新型LED护眼节能灯，利用整流二极管把交流电转变为直流电后，点亮高亮度发光二极管，用来照明。教学反思及心得体会：5（3）稳压二极管。稳压二极管（见图1.9（a））习惯上简称为硅稳压管，利用二极管被反向击穿后，在一定反向电流范围内反向电压不随反向电流变化这一特性，在电路中起稳定电压的作用。常用的国产稳压二极管型号有2CW系列和2DW系列，进口的稳压二极管型号有1N××系列、1N××系列等。在实际应用中，要求稳压二极管工作在反向击穿状态，即稳压二极管两端要加反向电压。反向电压较低时，稳压二极管截止；当反向电压达到一定数值（即稳压二极管的稳压值）时，反向电流突然增大，稳压二极管进入击穿状态，此时即使反向电流在很大范围内变化，稳压二极管两端的反向电压也保持基本不变。但反向电流增大到一定程度后，如果再增大，稳压二极管将被彻底击穿而损坏。注意：两只稳压二极管可以串联使用，但不能将它们并联注使用。教学反思及心得体会：6（4）开关二极管。在电路中用做电子开关，如图1.10所示。常用的国产普通开关二极管型号有2AK系列，高速开关二极管型号有2CK系列，进口的高速开关二极管型号有1N1××系列，如1N418、1N4150等。（5）变容二极管在电路中作为可变电容器，主要用于高频调谐，如图1.11所示。常用的国产变容二极管型号有2CC系列和2CB系列，进口的变容二极管型号有1SV系列、1T系列等。应用实例：图1.12所示为电视机中使用的高频调谐器，俗称高频头。它利用变容二极管的电容随外加电压变化的特性，通过调节外加电压实现对变容二极管电容的调节，从而实现对不同频道电视节目的调谐，最终选出所需的电视节目教学反思及心得体会：7②红外发光二极管又称红外线发射二极管，主要用于各种光控和遥控发射电路中，如图1.15所示。（7）光电二极管又称光敏二极管，主要用于各种控制电路中，如图1.17所示。在实际应用中，光电二极管应反接在电路中，即外加反向工作电压。入射光越强，反向电流也越大二、二极管的主要参数二极管的伏安特性是指二极管中流过的电流与二极管两端电压之间的关系曲线，如图1.19所示。教学反思及心得体会：82、二极管的主要参数（1）最大整流电流（IF）。IF是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。实际应用时电流超过IF，二极管的PN结将因过热而烧断，其正反向阻值均为无穷大。（2）最高反向工作电压（URM）。URM指二极管两端允许施加的最大反向电压。为了安全，一般取反向击穿电压值的二分之一，作为最高反向工作电压URM。二极管一旦过压击穿损坏，其正反向阻值均为零，即失去了单向导电性。（3）稳压二极管的主要参数。①稳定电压（UZ）。UZ是指稳压二极管反向击穿稳定工作的电压。②稳定电流（IZ）。IZ是指稳压二极管工作的最小电流值。③额定功率（PZ）。PZ是指稳压二极管正常工作时，允许消耗的最大功率。三、二极管的型号、识别与检测1．二极管的型号国产二极管的型号由部分组成：第1部分用数字表示电极数；第2部分用字母表示材料第部分用字母表示类型（即用途）；第部分用数字表示序号，反映电流参数；第部分用字母表示规格号，反映耐压参数。二极管型号的各部分符号及意义如表1.1所示。教学反思及心得体会：92．二极管的识别（1）型号识别。2AP1～2AP、2CP1～2CP20适用于高频检波、小电流整流；2CZ0～2CZ、2DZ10～2DZ20适用于不同功率的整流；2AK1～2AK、2CK1～2CK1多用于电子计算机、脉冲控制和开关电路中；2CW100～2CW1、2DW0～2DW适用于各种稳压电路。对进口二极管因其型号不能直接反映出用途，一般需借助半导体手册才能判别出它的适用场合。（2）外形识别。二极管通常采用塑料、玻璃和金属种材料封装，不同类型的二极管具有不同的外形，其引出端的标记符号也不尽相同，如表1.2所示。教学反思及心得体会：103．二极管的检测二极管的检测主要指：借助万用表测量二极管正、反向电阻，根据阻值判别其正、负极，评估其质量。二极管简易测试方法如表1.3所示。教学反思及心得体会：11任务二：整流电路的应用一、整流电路的构成1．半波整流电路半波整流电路由1只整流二极管构成，如图1.21所示。实验现象:演示电路如图1.22（a）所示，观察到的波形如图1.22（b）所示，波形图如图1.22（c）所示。教学反思及心得体会12知识探究:当u2(t)为正半周时，VD正偏而导通，电流经VD→RL形成回路，RL上输出的电压波形与u2(t)的正半周波形相同，电流iL从上流向下；当u2(t)为负半周时，VD截止，电路不导通，RL上没有电流流过。此时，u2(t)全部降在整流二极管两端，最大值为u2(t)的峰值。2．桥式整流电路在如图1.20（b）所示的电视机的机芯板中，使用的是一个桥式整流电路。无电源变压器的电路如图1.23（a）所示，图1.23（b）所示为其简化电路。它由只整流二极管接成电桥形式，其中一个对角之间接负载电阻RL，另一个对角之间接交流电源。若有电源变压器，则接交流电源的对角之间接电源变压器的次级，如图1.23（c）所示。实验现象演示电路如图1.24（a）所示，观察到的波形如图1.24（b）所示，波形图如图1.24（c）所示。教学反思及心得体会:13知识探究当u2(t)为正半周时，VD1、VD3正偏而导通，VD2、VD4反偏而截止。电流经VD1→RL→VD3形成回路，RL上输出的电压波形与u2(t)的正半周波形相同，电流iL从b流向c。当u2(t)为负半周时，VD1、VD3截止，VD2、VD4导通，电流经VD2→RL→VD4形成回路，RL上输出的电压波形是u2(t)的负半周波形倒相，电流iL仍从b流向c。提示：在图1.23中：有1只二极管断开时，整流电路输出会减半，相当于半波整流电路；有1只二极管接反时，会引起短路，烧坏元件。在实际应用中，一定要在电源输入端串接起过流保护作用的熔断器（保险丝），并且在电路安装完毕通电前，一定要检查电路安装是否正确。教学反思及心得体会：14整流桥堆如图1.2（a）、（b）所示。用整流桥堆组成的整流电路如图1.2（c）所示，图1.2（d）所示为整流桥堆在彩色电视机电源中的应用。二、整流电路元件的参数选择1．半波整流电路半波整流电路输出的直流电压估算公式为UL=0.45U2式中，U2——电源变压器次级电压的有效值。负载上的直流电流IL为整流二极管通过的电流为IV=IL整流二极管截止时承受的最大反向电压为：在半波整流电路中，对整流二极管的要求如下。最大整流电流：IF≥IL最高反向工作电压：2．桥式整流电路桥式整流电路输出的直流电压估算公式为UL=0.9U2式中，U2——电源变压器次级电压的有效值。负载上的直流电流IL为：教学反思及心得体会：15流过每只整流二极管的电流为：整流二极管承受的电压与半波整流电路相同。因此，在桥式整流电路中，对整流二极管的要求如下。最大整流电流：最高反向工作电压：教学反思及心得体会：16任务三：滤波电路的类型及应用一、滤波电路的类型滤波电路的主要元件有电容器和电感器，电容器在电路中应接成并联形式，而电感器在电路中应接成串联形式。根据选用的元件及元件之间的连接方式不同，滤波电路的类型如图1.27所示。1．电容滤波电路内容滤波电路如图1.28所示。实验现象:演示电路如图1.29（a）所示，观察到的波形如图1.29（b）所示。电容器两端的电压波形图如图1.2（c）所示教学反思及心得体会：17教学反思及心得体会：知识探究电容滤波电路是最常用的一种滤波电路，其特点如下。（1）滤波后的输出电压中直流分量提高了，交流分量降低了。（2）电容滤波适用于负载电流较小的场合。（3）存在浪涌电流。（4）RL开路时，输出UL约为1.4U2；C开路时，输出UL约为0.9U2；若C的容量减小，则输出UL小于1.2U2。2．其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路如图1.27所示。二、电容滤波电路元件的参数选择整流、电容滤波电路的输出直流电压估算公式为UL≈1.2Ui式中，U——整流电路输入电压的有效值。滤波电容器的电容量通常取RLC，即式中，T——电网交流电压的周期。滤波电容器的额定工作电压（又称耐压）应大于整流电路输入电压的峰值，通常取UC≥(1.5～2)Ui18任务四：技能实训实训1二极管的