二極管及其應(yīng)用模塊一1課題一二極管的識(shí)別與檢測(cè)課題二整流濾波電路的安裝與檢測(cè)課題三整流濾波電路的仿真分析2課題一

二極管的識(shí)別與檢測(cè)3學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解常見(jiàn)二極管的外形特點(diǎn)。2.能正確判別二極管的極性。3.掌握二極管的單向?qū)щ娦浴?任務(wù)1認(rèn)識(shí)二極管任務(wù)引入各種電子產(chǎn)品都是由許多電子元器件根據(jù)一定的功能和要求組成的，其中半導(dǎo)體二極管（簡(jiǎn)稱二極管）是最基本的電子元器件，它由一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線和管殼封裝而成。二極管種類很多，因其單向?qū)щ姷墓δ芴攸c(diǎn)，在電子產(chǎn)品中有著廣泛的應(yīng)用。掌握二極管的基本知識(shí)，是學(xué)習(xí)和應(yīng)用電子技術(shù)的基礎(chǔ)。本任務(wù)的內(nèi)容就是觀察二極管的外形，判別二極管的極性，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察二極管的單向?qū)щ姮F(xiàn)象。5一、觀察二極管的外形1.識(shí)別不同封裝形式的二極管二極管的封裝形式有金屬封裝、塑料封裝、玻璃封裝和貼片式封裝等形式，如圖所示。6任務(wù)實(shí)施二極管的封裝形式a）金屬封裝b）塑料封裝c）玻璃封裝d）貼片式封裝2.根據(jù)外形判別二極管的正、負(fù)極觀察這些二極管，雖然它們外形不同，但都有兩個(gè)引出極，一個(gè)稱為正極或陽(yáng)極，另一個(gè)稱為負(fù)極或陰極。二極管的文字符號(hào)為VD或V，圖形符號(hào)如圖所示，圖中箭頭指向?yàn)槎O管正向電流的方向。7二極管的圖形符號(hào)二極管的正、負(fù)極一般都在外殼上用圖形符號(hào)、色點(diǎn)、標(biāo)志環(huán)等標(biāo)注出來(lái)，見(jiàn)下表。8幾種常見(jiàn)二極管的正、負(fù)極9幾種常見(jiàn)二極管的正、負(fù)極二、觀察二極管的單向?qū)щ姮F(xiàn)象二極管單向?qū)щ娦詫?shí)驗(yàn)電路如圖所示。10二極管單向?qū)щ娦詫?shí)驗(yàn)電路a）加正向電壓時(shí)b）加反向電壓時(shí)上圖a中二極管正極接高電位，PN結(jié)外加正向電壓，稱為PN結(jié)正向偏置，簡(jiǎn)稱正偏；上圖b中二極管正極接低電位，PN結(jié)外加反向電壓，稱為PN結(jié)反向偏置，簡(jiǎn)稱反偏。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解二極管的型號(hào)命名方法、特性曲線和主要參數(shù)。2.能正確選用二極管。3.能完成二極管的檢測(cè)。11任務(wù)2二極管的檢測(cè)和選用任務(wù)引入某電源電路中，要求二極管最大整流電流為800mA，最高反向工作電壓為200V，應(yīng)該如何選擇合適的二極管呢？選好二極管后，又該如何判斷它的極性和質(zhì)量好壞呢？要根據(jù)電路要求選擇合適的二極管，首先必須了解二極管型號(hào)、參數(shù)的含義，通過(guò)查閱相關(guān)手冊(cè)確定二極管的型號(hào)。本任務(wù)的內(nèi)容就是根據(jù)要求選擇合適的二極管型號(hào)，并使用萬(wàn)用表對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。12一、二極管的型號(hào)二極管種類很多，國(guó)家采用規(guī)定型號(hào)加以標(biāo)注。13相關(guān)知識(shí)二、二極管的主要參數(shù)1.最大整流電流IFM（也稱最大正向電流）最大整流電流是指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)允許通過(guò)的最大正向平均電流。2.最高反向工作電壓URM（也稱耐壓值）最高反向工作電壓是指二極管正常工作所允許外加反向電壓的最大值。3.反向飽和電流IR（也稱反向漏電流）反向飽和電流是指室溫下在二極管未擊穿的情況下，加上規(guī)定反向電壓時(shí)流過(guò)的反向電流。4.最高工作頻率fM最高工作頻率是指二極管正常工作的上限頻率。14三、二極管的伏安特性加在二極管兩端的電壓和流過(guò)二極管的電流之間的關(guān)系稱為二極管的伏安特性。利用晶體管特性圖示儀可以很方便地測(cè)出二極管的伏安特性曲線，如圖所示。15用晶體管特性圖示儀測(cè)試二極管的伏安特性a）晶體管特性圖示儀b）正向特性曲線c）反向特性曲線為了便于分析，在如圖所示的二極管伏安特性曲線中，標(biāo)明了與晶體管特性圖示儀顯示曲線相應(yīng)的電壓、電流值。16

二極管伏安特性曲線1.正向特性這時(shí)二極管兩端所加的電壓為正向電壓。（1）OA

段這一段曲線較為平坦，外加電壓很小，正向電流幾乎為零，故稱為死區(qū)。與

A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓為二極管開(kāi)始導(dǎo)通的臨界電壓，稱為開(kāi)啟電壓（或門限電壓）。一般硅二極管的開(kāi)啟電壓約為0.5V，鍺二極管的開(kāi)啟電壓約為0.2V。17（2）AB

段這一段隨著外加正向電壓的增大，正向電流也緩慢增大。（3）BC

段這一段曲線陡直上升，正向電壓增加不多，正向電流急劇增大，電壓與電流的關(guān)系近似為線性，稱為正向?qū)▍^(qū)（也稱為線性區(qū)）。正向?qū)ê蠖O管兩端的正向電壓稱為導(dǎo)通壓降，這個(gè)電壓比較穩(wěn)定，幾乎不隨電流的變化而變化。一般硅二極管的導(dǎo)通壓降約為0.7V，鍺二極管的導(dǎo)通壓降約為0.3V。這時(shí)二極管正、負(fù)極之間相當(dāng)于一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)。182.反向特性這時(shí)二極管兩端所加的電壓為反向電壓。（1）OD段外加反向電壓在較大范圍內(nèi)變化而反向電流很小且基本恒定，這個(gè)電流稱為二極管反向飽和電流（或反向漏電流）。一般小功率硅二極管的反向飽和電流約為幾微安，小功率鍺二極管則可達(dá)幾百微安。這一段稱為反向截止區(qū)，這時(shí)二極管對(duì)外電路呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，二極管正、負(fù)極之間相當(dāng)于一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。（2）D

點(diǎn)以后當(dāng)反向電壓增大到

D

點(diǎn)所對(duì)應(yīng)數(shù)值時(shí)，反向電流突然增大，這一現(xiàn)象稱為反向擊穿，所對(duì)應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓。19四、二極管的正確選用1.參數(shù)的選擇為了安全使用二極管，在選用二極管時(shí)要保證二極管在電路中的工作電流、電壓和頻率等參數(shù)不超過(guò)二極管規(guī)定的最大額定值。2.材料的選擇按所用材料不同，二極管可分為硅二極管和鍺二極管兩大類。203.內(nèi)部結(jié)構(gòu)的選擇二極管按內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，可分為點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型等，如圖所示。21二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)a）點(diǎn)接觸型b）面接觸型c）平面型4.根據(jù)用途選擇（1）普通二極管的

IFM

較小，fM較高，多用于信號(hào)檢波、取樣、小電流整流等。（2）整流二極管的

IFM

較大，fM

較低，多用于電源設(shè)備中。（3）穩(wěn)壓二極管的反向擊穿電壓較低，反向特性曲線陡峭，多用于電源設(shè)備中。（4）開(kāi)關(guān)二極管的

IFM

較小，fM

較高，多用于數(shù)字電路和控制電路中。5.替換原則如果電路中的二極管需要替換，應(yīng)遵循類型相同、特性相近、外形相似的原則。22五、用萬(wàn)用表檢測(cè)二極管的方法萬(wàn)用表電阻擋等效電路如圖所示。將萬(wàn)用表置于“R×100”或“R×1k”電阻擋，這時(shí)指針式萬(wàn)用表內(nèi)的電池為1.5V，紅表筆連接表內(nèi)電池負(fù)極，黑表筆連接表內(nèi)電池正極。23萬(wàn)用表電阻擋等效電路先將兩表筆短接調(diào)零，然后將萬(wàn)用表的紅、黑表筆跨接在二極管的兩端（下圖a），若測(cè)得阻值較?。◣浊W以下），再將紅、黑表筆對(duì)調(diào)后接在二極管兩端（下圖b），測(cè)得的阻值較大（幾百千歐以上），說(shuō)明二極管質(zhì)量良好，測(cè)得阻值較小的那一次黑表筆所接為二極管的正極。24用萬(wàn)用表檢測(cè)二極管a）測(cè)二極管正向電阻b）測(cè)二極管反向電阻如果是用數(shù)字式萬(wàn)用表檢測(cè)二極管，應(yīng)將量程選擇開(kāi)關(guān)撥至“”擋，紅表筆插入“V·Ω”插孔（注意：數(shù)字式萬(wàn)用表紅表筆連接表內(nèi)電池正極），接二極管正極；黑表筆插入

“COM”

插孔，接二極管負(fù)極。此時(shí)，顯示的是二極管的正向壓降（下圖a）；如果顯示

“000”，表示二極管內(nèi)部短路。再將二極管反接，如果顯示

“1”，表示二極管反向電阻趨向無(wú)窮大，該二極管質(zhì)量良好（下圖b）。25先將兩表筆短接調(diào)零，然后將萬(wàn)用表的紅、黑表筆跨接在二極管的兩端（下圖a），若測(cè)得阻值較?。◣浊W以下），再將紅、黑表筆對(duì)調(diào)后接在二極管兩端（下圖b），測(cè)得的阻值較大（幾百千歐以上），說(shuō)明二極管質(zhì)量良好，測(cè)得阻值較小的那一次黑表筆所接為二極管的正極。26用數(shù)字式萬(wàn)用表檢測(cè)二極管a)測(cè)二極管正向壓降b)測(cè)二極管反向壓降課題二整流濾波電路的安裝與檢測(cè)27學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握單相半波整流電路和單相橋式整流電路的工作原理。2.能識(shí)讀單相半波整流電路和單相橋式整流電路的電路原理圖。3.能完成單相半波整流電路和單相橋式整流電路的安裝。4.能使用雙蹤示波器檢測(cè)單相半波整流電路和單相橋式整流電路的波形。28任務(wù)1單相整流電路的安裝與檢測(cè)任務(wù)引入將交流電變換為直流電稱為整流，具有單向?qū)щ娦缘亩O管是最常用的整流元件。整流電路是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，整流電路有多種類型。本次任務(wù)的內(nèi)容是在面包板或多孔板上裝接單相半波、單相橋式這兩個(gè)典型的單相整流電路，并使用雙蹤示波器檢測(cè)其波形，觀察波形特點(diǎn)。29一、單相半波整流電路的工作原理單相半波整流電路由電源變壓器T、整流二極管VD和負(fù)載RL

構(gòu)成，如圖a所示。單相半波整流電路波形圖如圖b所示。30相關(guān)知識(shí)單相半波整流電路及其波形圖a）電路b）波形圖1.工作過(guò)程當(dāng)

u2

為正半周期時(shí)，設(shè)

A

端為正，B

端為負(fù)，二極管VD正偏導(dǎo)通，電流由

A

端流出，經(jīng)VD、RL

回到

B

端。忽略二極管正向壓降，負(fù)載兩端電壓uL≈u2

。當(dāng)

u2

為負(fù)半周期時(shí)，B

端為正，A

端為負(fù)，二極管VD反偏截止，負(fù)載上無(wú)電流通過(guò)，uL=0。由此可見(jiàn)，在交流電一個(gè)周期內(nèi)，二極管有半個(gè)周期導(dǎo)通，另半個(gè)周期截止，在負(fù)載RL

上的脈動(dòng)直流電壓波形是交流電壓

u2

的一半，故稱單相半波整流。312.負(fù)載上的直流電壓

UL負(fù)載上脈動(dòng)直流電壓在一個(gè)周期內(nèi)的平均值

UL=0.45U2

。式中，U2

為變壓器二次電壓有效值。3.整流二極管的選用（1）二極管最大整流電流

IFM

。

單相半波整流電路中流過(guò)二極管的平均電流

IF

就是流過(guò)負(fù)載的平均電流

IL

，因此整流二極管的最大整流電流應(yīng)大于負(fù)載電流，即IFM>IL

。（2）二極管最高反向工作電壓

URM

。當(dāng)交流電壓u2

在1.5π、3.5π等時(shí)刻時(shí)，二極管承受最高反向電壓

URm=U2

，因此應(yīng)滿足

URM>U2

。32二、單相橋式整流電路的工作原理單相橋式整流電路如圖所示，電路中4只整流二極管連接成電橋形式，故稱為橋式整流電路。33單相橋式整流電路a）電路畫(huà)法一b）電路畫(huà)法二c）簡(jiǎn)化畫(huà)法單相橋式整流電路波形圖如圖所示。34單相橋式整流電路波形圖1.工作過(guò)程當(dāng)

u2

為正半周期時(shí)，設(shè)

A

端為正，B

端為負(fù)，則二極管VD1、VD3導(dǎo)通，VD2、VD4截止。電流通路如圖a所示，RL

上電流方向由上向下，電壓極性為上正下負(fù)。當(dāng)

u2

為負(fù)半周期時(shí)，設(shè)

B

端為正，A

端為負(fù)，二極管VD2、VD4導(dǎo)通，VD1、VD3截止。電流通路如圖b所示，RL

上電流方向和電壓極性與

u2

正半周期時(shí)相同。35單相橋式整流電路的電流通路a）u2

為正半周期時(shí)的電流通路b）u2

為負(fù)半周期時(shí)的電流通路2.負(fù)載上的直流電壓

UL此值即負(fù)載上脈動(dòng)直流電壓在一個(gè)周期內(nèi)的平均值，相當(dāng)于兩個(gè)半波整流合成作用在負(fù)載上，故

UL=0.45U2+0.45U2，即

UL=0.9U2

。3.整流二極管的選用（1）二極管最大整流電流

IFM。單相橋式整流電路中流過(guò)二極管的平均電流

IF

是流過(guò)負(fù)載電流

IL

的一半，因此整流二極管的最大整流電流應(yīng)大于負(fù)載電流的一半，即

IFM>IL

。（2）二極管最高反向工作電壓URM

。單相橋式整流電路中二極管承受的最高反向電壓URm=U2

，因此應(yīng)滿足

URM>U2

。36學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握單相橋式整流電容濾波電路的工作原理。2.能識(shí)讀單相橋式整流電容濾波電路的電路原理圖。3.能完成電解電容器的檢測(cè)。4.能完成單相橋式整流電容濾波電路的安裝。5.能使用雙蹤示波器檢測(cè)單相橋式整流電容濾波電路的波形。37任務(wù)2單相橋式整流電容濾波電路的安裝與檢測(cè)任務(wù)引入交流電經(jīng)整流后轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電，其中還含有較大的交流成分，俗稱紋波。為了得到平滑的直流電，必須在整流電路之后接入濾波電路，目的是把脈動(dòng)直流電中的交流成分過(guò)濾掉，使負(fù)載上得到的直流成分盡可能多，交流成分盡可能少，從而獲得較為平滑的直流電。電容器是最常用的濾波元件。本任務(wù)將在多孔板上完成單相橋式整流電容濾波電路的安裝，并使用雙蹤示波器檢測(cè)整流電路和濾波電路的波形。38一、電容濾波原理1.實(shí)驗(yàn)觀察如圖所示為單相橋式整流電容濾波電路。按如圖所示連接實(shí)驗(yàn)電路。39相關(guān)知識(shí)單相橋式整流電容濾波電路接通電源后，用雙蹤示波器觀測(cè)輸出電壓波形（下圖b），可以看到接入濾波電容器后輸出電壓波形得到明顯改善。40單相橋式整流電容濾波實(shí)驗(yàn)a）電路連接b）uo實(shí)測(cè)波形2.濾波原理設(shè)接通電源前電容器C兩端電壓為零，當(dāng)接通電源后，在

u2

正半周期，二極管VD1、VD3導(dǎo)通，電容器C迅速充電（同時(shí)也向負(fù)載供電），電容器C兩端電壓隨

u2

同步上升，并達(dá)到

u2

的峰值（下圖中的

Oa

段）。u2

由峰值開(kāi)始下降到

u2<uC

時(shí)，VD1、VD3截止（VD2、VD4仍截止），電容器C通過(guò)RL

放電，uo

下降（右圖中的ab

段）。41電容濾波電路輸出波形圖二、電容濾波的特點(diǎn)RL

C

越大，電容器放電越慢，輸出直流電壓平均值越大，濾波效果也越好；反之，輸出電壓低且濾波效果差。當(dāng)濾波電容器的電容量較大時(shí)，在接通電源的瞬間會(huì)有很大的充電電流，稱為浪涌電流。42三、濾波電容器的選用單相半波整流電路和單相橋式整流電路經(jīng)電容濾波后，有關(guān)電壓、電流的計(jì)算可參考下表。43單相整流電容濾波電路中有關(guān)電壓、電流的計(jì)算對(duì)于單相橋式整流電容濾波電路，當(dāng)其負(fù)載兩端電壓平均值在12~36V時(shí)，可根據(jù)負(fù)載電流大小，參考下表選取濾波電容器的電容量。44濾波電容器電容量的選取四、手工焊接的相關(guān)知識(shí)用焊接電子電路的主要工具為電烙鐵，如圖a所示。在使用電烙鐵之前，需檢查其絕緣性；暫時(shí)不使用時(shí)，應(yīng)將其置于烙鐵架（下圖b）上。45電烙鐵和烙鐵架a）電烙鐵b）烙鐵架在焊接過(guò)程中，常用的材料有焊錫絲和助焊劑（如松香）等，如圖所示。46焊接使用的材料a）焊錫絲b）松香手工焊接操作應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1.電烙鐵使用前要上錫，具體方法是將電烙鐵通電加熱，待剛剛能熔化焊錫絲時(shí)，涂上助焊劑，再將焊錫絲均勻地涂在電烙鐵頭上。2.把焊盤和元器件的引腳用細(xì)砂紙打磨干凈，涂上助焊劑。用電烙鐵頭同時(shí)接觸并預(yù)熱焊盤及引腳，送上焊錫絲，待焊點(diǎn)上的焊錫全部熔化并浸沒(méi)元器件引腳頭后，撤走焊錫絲，再用電烙鐵頭沿著元器件的引腳輕輕往上一提，離開(kāi)焊點(diǎn)。3.焊接時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則容易燙壞元器件，必要時(shí)可用鑷子夾住引腳幫助散熱。474.質(zhì)量良好的焊點(diǎn)應(yīng)具有如下特征：表面平滑且有光澤，無(wú)裂紋、針孔、夾渣、漏焊、拉尖、粘連等現(xiàn)象，如圖a所示。下圖b和圖c分別為合格焊點(diǎn)和不合格焊點(diǎn)的示意圖。48

對(duì)焊點(diǎn)的質(zhì)量要求a）焊點(diǎn)實(shí)物圖b）合格焊點(diǎn)c）不合格焊點(diǎn)5.焊接完成后，要用電路板專用洗板水把電路板上殘余的助焊劑清洗干凈，以防炭化后的助焊劑影響電路正常工作。6.集成電路應(yīng)最后焊接，焊接時(shí)電烙鐵要可靠接地或斷電后利用余熱焊接。7.將電源變壓器用螺釘緊固在電路板的元器件面上，一次繞組的引出線向外，二次繞組的引出線向內(nèi)。變壓器一次繞組的兩個(gè)輸入接線端與電源插頭線的連接處應(yīng)用絕緣膠布包住或用套管套緊，以防短路或觸電。498.安裝完成后，認(rèn)真檢查電路板。重點(diǎn)檢查如下幾項(xiàng)：（1）電路板是否出現(xiàn)焊接變形、敷銅面翹皮等現(xiàn)象。（2）電容器、電阻器等有無(wú)燒壞現(xiàn)象，變壓器的引線有無(wú)松動(dòng)或脫落現(xiàn)象，元器件的焊接高度和引腳位置是否符合整機(jī)裝配要求等。（3）電氣連接