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1、第一章 晶体二极管和二极管整流电路学习要点1了解半导体的基本知识：导电机理；种类；PN结；特性。2掌握晶体二极管（PN结）的单向导电特性。3了解半导体二极管的伏安特性和主要参数。4掌握单向整流电路的组成、工作原理及主要参数的分析计算教学难点1晶体二极管（PN结）的单向导电特性。2单向整流电路的分析计算。第一节 半导体的基本知识一、物质的分类按照导电能力，物质可分为导体、绝缘体和半导体三大类。（一）导体容易传导电流的物质为导体，如电缆的线芯所使用的铜、铝等金属。（二）绝缘体能够可靠地隔绝电流的物质为绝缘体，如电缆的包皮所使用的橡胶、塑料等。（三）半导体导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物质。常见
2、的材料如硅(Si)或锗(Ge)。图1-1 半导体的两种载流子二、 导体的导电机理半导体中，能够运载电荷的的粒子有两种： 载流子：在电场的作用下定向移动的自由电子和空穴，统称载流子。如图1-1所示。三、半导体的种类（一）本征半导体不加杂质的纯净半导体晶体。如本征硅（Si）或本征锗（Ge）。本征半导体电导率低，为提高导电性能，需掺杂，形成杂质半导体。（二）杂质半导体为了提高半导体的导电性能，在本征半导体(4价)中掺入硼或磷等杂质所形成的半导体。根据掺杂的物质不同，可分两种：1P型半导体：本征硅(或锗)中掺入少量硼元素(3价)所形成的半导体，如P型硅。其中，多数载流子为空穴，少数载流子为电子。2N型
3、半导体：本征硅(或锗)中掺入少量磷元素(5价)所形成的半导体，如N型硅。其中，多数载流子为电子，少数载流子为空穴。图1-2 PN结四、PN结将P型半导体和N型半导体使用特殊工艺连在一起，形成PN结。1N型和P型半导体之间的特殊薄层叫做PN结。如图1-2所示。2PN结具有单向导电特性。即：P区接电源正极，N区接电源负极，PN结导通；反之，PN结截止。PN结是构成电子元件的基本单元。五、半导体的特性（一）掺杂性在纯净半导体中掺入微量的杂质元素，则它的导电能力大大增强。利用掺杂半导体可以制造各种半导体器件。（二）热敏性温度升高，将使半导体的导电能力大大增强，例如，硅在200时的导电能力要比一般室温时
4、增加几千倍，利用半导体对温度十分敏感的特性，可以制造自动控制中的常用的热敏电阻及其热敏元件。（三）光敏性对半导体照射时，光照越强，导电能力越强，利用半导体的光敏性，可以制造光敏元件和光敏开关，从而实现自动控制。第二节 晶体二极管及其单向导电特性一、晶体二极管 (a) (b) 图1-3 晶体二极管外形和符号图（一）外形如图1-3(a)所示，晶体二极管由密封的管体和两条正、负电极引线所组成。管体外壳的标记通常表示正极。（二）图形、文字符号如图1-3(b)所示，晶体二极管的图形符号由三角形和竖杠所组成。其中，三角形表示正极，竖杠表示负极。V为晶体二极管的文字符号。二、晶体二极管的单向导电性图1-4
5、例1-1电路图晶体二极管内部有一个PN结，因此具有单向导电性。其正、负极对应于PN结的P型和N型半导体，如图1-4所示。（一）正极电位负极电位，二极管正偏；（二）正极电位负极电位，二极管反偏。即二极管正偏导通，反偏截止，这一导电特性称为二极管的单向导电性。例1-1 图1-4所示电路中，当开关S闭合后，H1、H2两个指示灯，哪一个可能发光？解 由电路图可知，开关S闭合后，只有二极管V1正极电位高于负极电位，即处于正向导通状态，所以H1指示灯发光。第三节 晶体二极管的伏安特性一、晶体二极管的伏安特性定义图1-5 测试二极管伏安特性电路二极管两端的电压和流过的电流之间的关系曲线叫作二极管的伏安特性曲
6、线。二、测试电路：如图1-5所示。三、伏安特性曲线：如图1-6所示。四、特性分析（一）正向特性1正向电压VF小于门坎电压VT时，二极管V截止，正向电流IF =0；其中，门槛电压图1-6 二极管伏安特性曲线2VF VT时，V导通，IF急剧增大。导通后V两端电压基本恒定：结论：正偏时电阻小，具有非线性。（二）反向特性反向电压VR VRM时，IR剧增，此现象称为反向电击穿。对应的电压VRM称为反向击穿电压。结论：反偏电阻大，存在电击穿现象。第四节 二极管的分类、型号和参数图1-7 二极管图形符号一、分类（一）按材料分：硅管、锗管；（二）按PN结面积分：点接触型(电流小，高频应用)、面接触型(电流大，
7、用于整流)；（三）按用途分：如图1-7所示，例如利用单向导电性把交流电变成直流电的整流二极管；利用反向击穿特性进行稳压的稳压二极管；利用反向偏压改变PN结电容量的变容二极管；利用磷化镓把电能转变成光能的发光二极管；将光信号转变为电信号的光电二极管。二、型号举例整流二极管2CZ82B稳压二极管2CW50变容二极管2AC1等等。三、主要参数（一）普通整流二极管1最大整流电流IFM：二极管允许通过的最大正向工作电流平均值。2最高反向工作电压VRM：二极管允许承受的反向工作电压峰值。3反向漏电流IR：规定的反向电压和环境温度下，二极管反向电流值。（二）稳压二极管主要参数：稳定电压VZ、稳定电流IZ、最
8、大工作电流IZM、最大耗散功率PZM、动态电阻rZ等。第五节 晶体二极管整流电路图1-8 单相半波整流电路整流：把交流电变成直流电的过程。整流原理：利用二极管的单向导电特性，将交流电变成脉动的直流电。一、单相半波整流电路（一）电路如图1-8(a)所示。V：整流二极管，把交流电变成脉动直流电；T：电源变压器，把v1变成整流电路所需的电压v2。1 工作原理设v2为正弦波，波形如图1-8(b)所示。(1) v2正半周时，A点电位高于B点电位，二极管V正偏导通，则vL v2；(2) v2负半周时，A点电位低于B点电位，二极管V反偏截止，则vL 0。由波形可见，v2一周期内，负载只有单方向的半个波形，这
9、种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动直流电。上述过程说明，利用二极管单向导电性可把交流电v2变成脉动直流电vL。由于电路仅利用v2的半个波形，故称为半波整流电路。2负载和整流二极管上的电压和电流(1) 负载电压 VL = 0.45V2(2) 负载电流 (3) 二极管正向电流和负载电流 (4) 二极管反向峰值电压 电路缺点：电源利用率低，纹波成分大。解决办法：全波整流。二、 单相全波整流电路一、单相桥式全波整流电路（一）电路图单相桥式全波整流电路如图1-9所示。V1 V4为整流二极管，电路为桥式结构。图1-9 桥式整流电路（二）工作原理图1-10 桥式整流电路工作过程图1-11 桥式整流波形
10、图1v2正半周时，如图1-10(a)所示，A点电位高于B点电位，则V1、V3导通(V2、V4截止)，i1自上而下流过负载RL；2v2负半周时，如图1-10(b)所示，A点电位低于B点电位，则V2、V4导通(V1、V3截止)，i2自上而下流过负载RL；由波形图1-11可见，v2一周期内，两组整流二极管轮流导通产生的单方向电流i1和i2叠加形成了iL。于是负载得到全波脉动直流电压vL。3负载和整流二极管上的电压和电流(1) 负载电压 (2) 负载电流 (3) 二极管的平均电流 (4) 如图1-12所示，二极管承受反向峰值电压为 优点：输出电压高，纹波小，VRM较低，应用广泛。桥式整流电路简化画法如
11、图1-13所示。 图1-13 桥式整流电路简化画法图1-12 桥式整流二极管承受的反向峰值电压例1-2 有一直流负载，需要直流电压VL = 60 V，直流电流IL = 4 A。若采用桥式整流电路，求电源变压器次级电压V2，并选择整流二极管。图1-14 半桥和全桥整流堆解 因为 所以流过二极管的平均电流二极管承受的反向峰值电压 查晶体管手册，可选用整流电流为3A，额定反向工作电压为100 V的整流二极管2CZ12A(3A/100V)四只。图1-15 汽车发电机三相桥式整流电路原理图整流元件组合件称为整流堆，常见的有半桥2CQ型，如图1-14(a)所示；全桥QL型，如图1-14(b)所示。优点：电
12、路组成简单、可靠。三、 三相桥式整流汽车发电机三相桥式整流电路的原如图1-15所示，利用二极管的单相导电性将三相交流电转换为直流电，交流发电机的整流器采用的是三相桥式全波整流电路，其中V1、V3、V5三个二极管组成共阴极组，V2、V4、V6三个二极管组成共阳极组。三相交流绕组为星形接法，引出三根线和桥式整流器相接。三相正弦交流电相位差互为120，整流电压在RL上产生直流电流。图1-16(a)为三相交流电压的波形。图1-16(b)为整流后的直流电压波形。六只硅二极管的整流过程如下：图1-16 三相桥式整流电路的电压波形在0t1时刻C相电压为正，B相电压为负，二极管V5、V4在正向电压下导通，在线
13、电压UBC的作用下，电流从C点出发，经V5RLV4回B点。在V5、V4导通的同时，由于V1、V2、V3、V6均承受的是反向电压，处于裁截止状态。t1t2时刻里，A点电位最高，B点电位最低，所以V1、V4正在向电压下导通，其它二极管均处于截止状态。我们再接着分析t2t3，t3t4，就可找出各个二极管的导通规律（见图1-16的中间部分）。这样，6只管分别导通，就在RL两端出现了直流电压UL，流经RL的也就是直流电流IL,整流后的电压平均值为UL=2.34U2，U2为相电压的有效值。第六节 晶体二极管应用举例1-17 汽车试电笔一、汽车试电笔在检查汽车电气线路时，很需要一种操作简便的测试工具如图1-
14、17所示，用发光二极管制成的试电笔就具有这种特点，有兴趣的同学可以试制。图1-18所示为具有两档发光显示的试电笔电路。工作时，当被测点电压超过6V时，DW1被击穿导通，D1得电发光；当被测电压超过11V时，DW1、DW2同时被击穿导通，D1和D2同时得电发光。图1-19所示是多档发光显示试电笔电路，当被测点电压超过6V时，DW被击穿导通，它可把电压从612V分五档导通D1-8，D1-8分五档进行显示，每档约1.4V，使用由发光二极管制成的试电笔可对汽车电源和用电设备，以及全车线路进行检查，可以取代传统的试灯法。图1-20 汽车充电机电路图本试电行具有如下特点：可用12V或24V系列的汽车、拖拉
15、机及吊装机械设备的电气线路检查；根据试电笔发光二极管点燃的个数和发光的颜色，显示发电机是否发电与发 图1-18 两档发光显示的试电笔电路 图1-19 多档发光显示试电笔电路出的电压数值；试电笔功耗小，灵敏度高，寿命长；即可作试电笔，又可作起子用。二、汽车充电机图1-20为汽车充电机电路图。接入市电后，通过调节S1及S2开关改变变压器次级抽头获得不同的级次流电压，经桥式整流后可获得660V的直流输出。设备上装有电压表和电流表，可对输出状态进行监视。图1-21 万用表检测二极管技能训练一：二极管的测试用万用表检测二极管如图1-21所示。1判别正负极性万用表测试条件：R 100 W 或R 1 kW；
16、将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时，黑表笔接触处为正极，红表笔接触处为负极。2判别好坏万用表测试条件：R 1 kW。(1) 若正反向电阻均为零，二极管短路；(2) 若正反向电阻非常大，二极管开路。(3) 若正向电阻约几千欧姆，反向电阻非常大，二极管正常。技能训练二：常用仪器、仪表的使用一、万能表的使用（以YX960TR型为例）万能表有多种规格和类型，但基本功能是相同的，都能用于直流电流、直流电压、交流电压和电阻的测量。有的万能表还附带有交流电流、三极管放大倍数、电容量的测量和短路指示、电池好坏检测等功能。（一）直流电流的测量：1、选档有2.5A、250mA、25mA、2.5mA、50A
17、共6档。选档电流值要大于被测电路的实际电流值，否则会烧坏表头。2、测量把万能表串联到被测电路中，注意让电流由红表笔流入，黑表笔流出，表针向右摆动到相应刻度处。3、读数从DCV/A刻度栏中读取数值。各档电流值均为表针的满度值。该刻度栏把满度值等分为5大格，每大格又等分为10小格，按此比例读数。（二）直流电压的测量：1、选档有1000V、250V、50V、10V、2.5V、0.5V、0.1V共7档。选档电压值要大于被测电路的实际电压值，否则会烧坏表头。2、测量把万能表并联到被测电路两端，注意红表笔接高电位，黑表笔接低电位，表针向右摆动到相应刻度处。3、读数从DCV.A刻度栏中读取数值。各档电压值也
18、是表针的满度值。（三）交流电压的测量：测量交流电压的选档、测量、读数方法跟测量直流电压基本相同，只是不用分别红、黑表笔。交流电压的测量有1000V、250V、50V、10V共4档。（四）电阻的测量：1、选档有1、10、100、1K、10K共5档。测量100以内电阻时选1档，测量1000以内电阻时选10档，如此类推。一般选档倍数约为阻值的百分之一，尽量让表针摆到刻度盘中间附近，便于读数。2、调零无论选哪一档电阻档，当两支表笔直接短接时（两表笔之间的电阻值为零），表针都应指在0刻度处，否则测量电阻时读数就会不准确。如果两支表笔直接短接时表针不指在0刻度处，需要进行调零，方法是旋转调零旋钮，让表针对
19、准0刻度处。注意，首次测量电阻或每次变换电阻档后都必须重新调零，否则读数无效。3、测量把两支表笔连接到被测电阻的两端，表针向右摆动到相应刻度处。注意两手不要同时接触表笔的金属杆或电阻的两端，否则会因为并入人体电阻而影响读数。4、读数选用各电阻档都是读同一行电阻刻度数，再乘以该档的倍数，就是被测电阻的阻值。二、示波器的使用示波器的应用非常广泛，除了用于显示被测电压波形外，还可以进行各种有关波形数据的测量，如幅值、频率、相位等。正确地使用示波器在电子实习中非常重要，常用示波器的型号和规格有很多种，但操作方法和注意事项是基本一样的。（一） 操作方法：1、连接好电源线和输入信号线，按电源开关（POWE
20、R），接通电源。2、按信号通道选择按钮，选择CH1、CH2、CH1CH2或CH1CH2，以上为单踪显示；也可以选择CH1和CH2双踪显示，同时观察两个信号波形。3、调整扫描速度变换开关，使扫描频率（周期）与信号同步，波形稳定。从旋钮指针所示每格秒数可以读出信号的周期。4、调整水平移动旋钮，使波形水平移动至合适的位置。5、调整CH1或CH2上下移动旋钮，使波形上下移动至合适的位置。6、调整CH1或CH2衰减开关，使波形幅度合适。从旋钮指针所示每格伏数可以读出信号的电压幅值或峰峰值。7、如果波形的亮度或聚焦不良，还可以调整亮度或聚焦旋钮，使其达到最佳效果。一经调好后，无须重复调整。（二）注意事项：
21、1、示波器使用温度应在040。不要把其它仪器或杂物盖在示波器的通风孔上，以免影响散热，造成仪器过热而发生故障。2、使用时示波器的亮度不要过高，否则不但刺眼，还会导致荧屏灼伤。3、不要输入过高的信号电压，信号输入不能超出额定的最高电压范围。有的示波器还有一些其他功能的变换开关和调节旋钮，使用时参照其说明。 三、低频信号发生器的使用：低频信号发生器能产生1HZ-1MHZ的正弦波、方波和三角波电信号，一般应用的频率范围在20HZ200KHZ ，主要用作调试低频放大器等电子电路的信号源。下面介绍一般信号发生器的使用方法和注意事项：1、通电接入220V50HZ交流电源后预热10分钟，产生较稳定的频率。2
22、、选择输出波形通过旋转或按钮开关，选择所需波形。3、输出信号频率调节根据使用的频率范围，先将粗调开关旋转至适当位置，再调节微调旋钮，直至得到所需频率。如果是函数发生器，其输出频率为连续可调，信号频率由6位数字的光码管显示，输出信号幅度不随频率变化。 4、输出信号幅度调节适当调节输出衰减开关和微调旋钮，获得所需输出信号电压。5、当信号发生器接入被调试电子电路板并且与其它电子仪器同时使用时，应注意共地。同时特别注意信号发生器的输出端不能对地短路，否则会损坏信号发生器。 6、对于函数发生器，为避免过载，输出内阻选“50”；避免接纯电抗性负载；若需要输出0.1HZ信号时，把“对称性”控制器拉出，频率将
23、降低15倍。四、电子毫伏表的使用：电子毫伏表用于测量正弦交流电压信号的电子仪器。它的优点是输入阻抗高，灵敏度高和适用频率高。晶体管毫伏表比电子管毫伏表有更高的输入阻抗、灵敏度和更宽的适用频率。一般使用方法和注意事项如下：1、正确选择量程不要超过毫伏表的电压测量范围。（约100V300V）若事先不知道被测电压的数值应将量程选到最大值，接入被测电压后，再根据读数逐步减少量程，直到合适的量程为止（表针偏转满刻度的2/3为佳）。切勿用低压档去测量高电压，否则会损坏电表。 2、接通电源后应先调零先将量程选至最小档，等指针摆动数次后，将两输入端短路，调节调零旋钮，使表针指示零位后再进行测量。输入端短路时，
24、表针稍有噪声偏转是正常的。电子管毫伏表通电后还要预热15分钟。 3、连接测量线路接线时先接地线，后接信号线；拆线时先拆信号线，后拆地线。连接线路之前最好把量程选在灵敏度较低的档级（V档），为减少外部感应电压的影响，连接线尽可能短，最好使用屏蔽电缆。 4、注意良好接地由于电表灵敏度较高，使用时接地点必须良好；与其它仪器一同使用时应正确共地，否则会影响测量效果。本章小结1、特质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体三类，半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。2、纯净的半导体又称为征半导体，半导体的特性主要有热敏特性、光敏特性和掺杂特性。常用的半导体材料有硅、锗。在本征半导体中掺入微量的五价元素时，就
25、得到了N型半导体。N型半导体是以电子导电为主，所以又称为电子型半导体。、在本征半导体中掺入微量的三价元素时，就得到了P型半导体。P型半导体是以空穴导电为主，所以又称为空穴型半导体。在半导体中，电子和空穴均为载流子。、当我们把一块P型半导体和一块N型半导体结合在一起时，在它们的界面就形成一个带有正、负离子而无载流子的特殊薄层，这个薄层就叫做PN结。PN结具有单向导电特性，正向导通，反向截止。、二极管是由一个PN结加上引线经封装构成。P区接出为二极管的阳极（正极），N区接出的为二极管的阴极（负极），二极管的特性可用伏安特性曲线来描述。二极管内有一个PN结，因此，二极管具有单向导电特性。二极管因伏安
26、特性是非线性，所以是非线性器件。二极管的门槛电压，硅管约0.5 V，锗管约0.2 V；导通时正向压降硅管约0.7 V，锗管约0.3 V。、利用二极管的单向导电特性可以组成把交流电变成直流电的整流电路，常见的有半波整流、变压器中心抽头式全波整流和桥式全波整流。思考题与习题1-1 什么是半导体？什么是本征半导体？P型半导体和N型半导体？PN结是怎样形成的？1-2 什么是PN结构的正向偏置和反向偏置？PN结有什么特性？1-3 为什么一般半导体管要用不透光的材料封装，即使是玻璃管封装也要涂上黑漆？为什么使用半导体时要尽量远离热源或注意通风降温？1-4 画出二极管的电路符号和文字符号，并说明二极管的主要
27、特性。1-5 二极管伏安特的物理意义是什么？1-6 选用二极管的主要考虑哪些参数？并说明参数的含义。 图1-221-7 怎样用万用表判二极管的好坏与极性？1-8 整流电路的作用是什么？整流输出的电压与直流电有什么不同？1-9 在图1-22中标出RL的电压极性，并画出UL的波形图。图1-23图1-241-10 在图1-23所示的桥式整流电路中，若出现以下问题，分析对电路正常工作的不良影响。图1-25 光电耦合器（1）二极管V1极性的反接；（2）二极管V2开路或脱焊；（3）二极管V3被击穿短路；（4）负载RL被短路。1-11 一单相桥式整流电路，变压器初级电压为220V，要求输出直流电压25V，输
28、出直流电流300mA，试求：变压器的变压比？1-12 硅稳压管、发光二管和光电二极管有什么用处？1-13 如图1-24示出下列几种情况下输出端F点的电位和各元件（R、DA、DB）中流过的电流。（1）VA=VB=0V（2）VA=3V，VB=0V（3）VA=VB=3V。（二极管正向压降忽略不计）。1-14 图1-25是一个光电耦合器的实用连接电路，设发生二极管发光时，光敏晶体管完全导通。按照所给参数，当开关S闭合时，输入端的发光二极管电路可以正常工作。试求开关闭合和断开时，输出电压U0的值。（输出光敏三极管的集-射饱和压降可以认为近似等于0V）。图1-26 A表电路1-15 在用A表组成的测量电路中，常用二极管来保护A表头，以防直流电源极性接错或通过电流过大而损坏，电路图如图所示。试分别说明图1-26a、b中二极管各起什么作用，说明原因。1-16 画出单相桥式整流电路图，并分析电路工作原理。1-17 画出三相桥式整流电路图，并分析电路工作原理。1-18 分析图1-18汽车试电笔电路的工作原理1-19 分析图1-20汽车充电机电路的工作原理17