第01章-晶體二極管及整流電路-1課件

第一章晶體二極管及整流電路

半導(dǎo)體的問世是在1948年，其核心是具有單向?qū)щ娦缘腜N結(jié)。在實(shí)際應(yīng)用中的二極管種類很多，用途也十分廣泛，掌握二極管的特性和應(yīng)用常識是本章的重點(diǎn)。在功率變換中，二極管的主要用途是構(gòu)成整流器，將交流電變換為直流電。

半導(dǎo)體的主要特性

晶體二極管

整流電路

濾波電路

特種二極管及應(yīng)用

本章小結(jié)1第一章晶體二極管及整流電路半導(dǎo)體的問世是在194

第一節(jié)半導(dǎo)體的主要特性一、什么是半導(dǎo)體導(dǎo)體

容易傳導(dǎo)電流的物質(zhì)，如電纜的線芯所使用的銅、鋁等金屬。絕緣體

能夠可靠地隔絕電流的物質(zhì)，如電纜的包皮所使用的橡膠、塑料等。半導(dǎo)體導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)，硅（Si）、鍺（Ge）是最常見的用于制造各種半導(dǎo)體器件的材料。二、電子技術(shù)的核心是半導(dǎo)體摻雜性在純凈的半導(dǎo)體中摻入極其微量的雜質(zhì)元素，則它的導(dǎo)電能力將大大增強(qiáng)。應(yīng)用摻雜技術(shù)可以制造出各種半導(dǎo)體元器件。熱敏性溫度升高，將使半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)。光敏性對半導(dǎo)體施于光線照射，光照越強(qiáng)，導(dǎo)電能力越強(qiáng)。2第一節(jié)半導(dǎo)體的主要特性2半導(dǎo)體材料硅有四個(gè)價(jià)電子，通過共價(jià)鍵結(jié)合起來，如圖所示。

在常溫下，大多數(shù)的價(jià)電子均被束縛在原子周圍，不易自由移動(dòng)，所以導(dǎo)電能力也較弱。

半導(dǎo)體受熱或用光進(jìn)行照射時(shí)，部分價(jià)電子獲得足夠的能量，得以掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子和空穴，這就是半導(dǎo)體具有熱敏性和光敏性的原因。半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖

三、P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體1．P型半導(dǎo)體

P型半導(dǎo)體是在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入硼、鋁等3價(jià)元素。這類摻雜后導(dǎo)體的特點(diǎn)是：空穴數(shù)量多，自由電子數(shù)量少，故又稱為空穴半導(dǎo)體。2．N型半導(dǎo)體

N型半導(dǎo)體是在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量磷、砷等5價(jià)元素，這類雜質(zhì)半導(dǎo)體特點(diǎn)是：自由電子數(shù)量多，空穴數(shù)量少，故又稱為電子半導(dǎo)體。3半導(dǎo)體材料硅有四個(gè)價(jià)電子，通過共價(jià)鍵結(jié)合起來，如圖所示。第二節(jié)晶體二極管一、二極管的結(jié)構(gòu)與電路符號用于電視機(jī)、收音機(jī)、電源裝置等電子產(chǎn)品中的各種不同外形的二極管如下圖所示。二極管通常用塑料、玻璃或金屬材料作為封裝外殼，外殼上一般印有標(biāo)記以便區(qū)別正負(fù)電極。4第二節(jié)晶體二極管二極管的結(jié)構(gòu)如下圖所示，在P型與N型半導(dǎo)體的交界面會形成一個(gè)具有特殊電性能的薄層，稱為PN結(jié)。從P區(qū)引出的電極作為正極，從N區(qū)引出的電極作為負(fù)極。二極管基本結(jié)構(gòu)二極管圖形符號二、二極管的導(dǎo)電特性1.觀察二極管的導(dǎo)電特性

圖（a）圖（b）按圖（a）連接電路，此時(shí)小燈泡亮，表示二極管加正向電壓而導(dǎo)通。按圖（b）連接電路，此時(shí)小燈泡不亮，表示二極管加反向電壓而截止。通過觀察以上實(shí)驗(yàn)證實(shí)，二極管具有單向?qū)щ娦浴?二極管的結(jié)構(gòu)如下圖所示，在P型與N型半導(dǎo)體的交界面會形成一個(gè)2.二極管主要特性曲線二極管的電流iD與加在二極管兩端的電壓vD的關(guān)系曲線，稱為二極管伏安特性曲線。（1）正向特性

死區(qū)當(dāng)二極管外加正向電壓較小時(shí)，正向電流幾乎為零。

正向?qū)▍^(qū)當(dāng)二極管正向電壓大于死區(qū)電壓Vth時(shí)，電流隨電壓增加，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。

導(dǎo)通電壓硅二極管約為0.7V，鍺二極管約為0.3V。（2）反向特性

反向截止區(qū)

當(dāng)二極管承受的反向電壓未達(dá)到擊穿電壓V（BR）時(shí)，二極管呈現(xiàn)很大電阻。

反向擊穿區(qū)

當(dāng)二極管承受的反向電壓已達(dá)到擊穿電壓V（BR）時(shí)，反向電流急劇增加，該現(xiàn)象稱為二極管反向擊穿。二極管伏安特性曲線62.二極管主要特性曲線（1）正向特性

死區(qū)2AP1

二極管N型鍺材料普通管器件序號二極管型號的讀識

三、二極管器件手冊的使用1．二極管型號

國產(chǎn)二極管的型號由五部分組成。

第一部分是數(shù)字“2”，表示二極管。第二部分是用拼音字母表示管子的材料。

A——N型鍺材料，B——P型鍺材料，

C——N型硅材料，D——P型硅材料。

第三部分是用拼音字母表示管子的類型。第四部分用數(shù)字表示器件的序號。

第五部分用拼音字母表示規(guī)格號。72AP1二極管N型鍺材料普通2.二極管的主要參數(shù)最大整流電流IFM：是管子長期運(yùn)行時(shí)允許通過的最大正向平均電流。最高反向工作電壓VRM

：又稱額定工作電壓，它是保證二極管不至于反向擊穿而規(guī)定的最高反向電壓。反向飽和電流IR

：它指管子未進(jìn)入擊穿區(qū)的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶?。最高工作頻率fM

：是保證管子正常工作的最高頻率。

實(shí)際工作中一般從兩個(gè)方面使用二極管器件手冊：●已知二極管的型號查找其器件用途和主要參數(shù)，這常用于對已知型號的二極管進(jìn)行分析，看是否滿足電路要求?！窀鶕?jù)使用的要求，選用二極管型號。例如當(dāng)設(shè)備中的二極管壞了，如沒有同型號的管子更換，應(yīng)查看手冊，選用三項(xiàng)主要參數(shù)IFM、VRM、fM滿足要求的其它型號二極管代用。用工程應(yīng)82.二極管的主要參數(shù)用工程應(yīng)83．二極管的選用

按材料分類，二極管主要有鍺二極管和硅二極管兩大類。前者內(nèi)部多為點(diǎn)接觸型結(jié)構(gòu)，允許的工作溫度較低，只能在100℃以下工作；后者內(nèi)部多為面接觸型或平面型結(jié)構(gòu)，允許的工作溫度較高，有的可達(dá)150~200℃。

普通二極管（如2AP等系列）的IFM較小，fM一般較高，主要用于信號檢測、取樣、小電流整流等。

整流二極管（2CZ、2DZ等系列）的IFM較大，fM很低，廣泛使用在各種電源設(shè)備中作整流元件。穩(wěn)壓二極管（2CW、2DW）用在各種穩(wěn)壓電源和晶閘管電路中。開關(guān)二極管（2AK、2CK等系列）一般IFM較小，fM較高，用于數(shù)字電路和控制電路中。

93．二極管的選用

按材料分類，二極管主要有4．二極管的簡易測量將萬用表撥到電阻擋的R×100或R×1k，，將萬用表的紅、黑表筆分別接在二極管兩端，若測得電阻比較小(幾千歐以下)，再將紅、黑表筆對調(diào)后連接在二極管兩端，而測得的電阻比較大(幾百千歐)，說明二極管具有單向?qū)щ娦?，質(zhì)量良好。測得電阻小的那一次黑表筆接的是二極管的正極。測量正向電阻測量反向電阻

如果測得二極管的正、反向電阻都很小，甚至為零，表示管子內(nèi)部已短路。如果測得二極管的正、反向電阻都很大，則表示管子內(nèi)部已斷路。104．二極管的簡易測量10第三節(jié)整流電路整流電路的功能是將交流電轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)直流電。一、半波整流電路單相半波整流電路由整流二極管、電源變壓器和負(fù)載RL構(gòu)成。

半波整流原理電路圖1．整流原理當(dāng)v2為正半周時(shí)，二極管V承受正向電壓而導(dǎo)通，在負(fù)載RL上獲得上正下負(fù)電壓vL。

當(dāng)v2為負(fù)半周時(shí)，二極管V承受反向電壓而截止，負(fù)載RL上的電壓vL=0。

半波整流電路波形11第三節(jié)整流電路半波整流電路波形112．負(fù)載上的直流電壓和電流負(fù)載上的直流電壓：

VL=0.9V2

負(fù)載上的直流電流：

●半波整流電路的變壓器選用：次級電壓V2=VL/0.45，額定功率P應(yīng)大于負(fù)載功率?！癜氩ㄕ鞫O管的選用：最高反向工作電壓VRM不低于輸入交流電的峰值電壓V2，額定電流不低于負(fù)載上的直流電流IL?！癜氩ㄕ麟娐返膬?yōu)點(diǎn)是電路簡單，使用的元件少。但它的明顯缺點(diǎn)是輸出電壓脈動(dòng)很大，效率低，所以只能應(yīng)用在對直流電壓波動(dòng)要求不高的場合，如蓄電池的充電等。用工程應(yīng)122．負(fù)載上的直流電壓和電流用工程應(yīng)12二、橋式整流電路

1．電路結(jié)構(gòu)單相橋式整流電路由電源變壓器T、整流二極管Vl～V4和負(fù)載RL組成。

橋式整流原理電路圖

2．整流原理

v2為正半周時(shí)，Vl和V3正偏導(dǎo)通，V2、V4受到反向電壓而截止。單向脈動(dòng)電流的流向?yàn)椋篈端→V1→RL→V3→B端，RL上的脈動(dòng)電壓極性為上正下負(fù)。

v2為負(fù)半周時(shí)，V2、V4正偏導(dǎo)通，V1、V3受到反向電壓而截止。單向脈動(dòng)電流的電流流向?yàn)椋築端→V2→RL→V4→A端，RL上的脈動(dòng)電壓極性仍為上正下負(fù)。輸出電壓波形輸入電壓波形13二、橋式整流電路輸出電壓波形輸入電壓波形133．負(fù)載上的直流電壓和電流負(fù)載上的直流電壓：

VL=0.9V2

負(fù)載上的直流電流：●橋式整流電路變壓器的選用：次級電壓V2=VL/0.9，額定功率P應(yīng)大于負(fù)載功率?！駱蚴秸鞫O管的選用：最高反向工作電壓VRM不低于輸入交流電的峰值電壓V2，最大整流電流IFM不低于負(fù)載上的直流電流IL?！駱蚴秸麟娐分械亩O管極性不允許接錯(cuò)，否則會造成二極管或變壓器過電流而損壞?！褚@得負(fù)極性的直流脈動(dòng)電源，只要將4個(gè)二極管的極性都對調(diào)即可。用工程應(yīng)143．負(fù)載上的直流電壓和電流用工程應(yīng)144．整流橋堆的應(yīng)用將若干只整流二極管用絕緣瓷、環(huán)氧樹脂等外殼封裝成一體就制成整流堆，常見的有半橋和全橋整流堆。

整流橋堆整流橋堆的實(shí)際接線圖

整流硅堆的主要參數(shù)是最高反向電壓和最大整流電流，在選用硅堆時(shí)，也主要是根據(jù)電路具體要求來選擇這二個(gè)參數(shù)。154．整流橋堆的應(yīng)用15第四節(jié)濾波電路將脈動(dòng)直流電中的交流成分濾除掉，這一過程稱為濾波。一、電容濾波器電容濾波器是在負(fù)載的兩端并聯(lián)一個(gè)電容構(gòu)成的。半波整流接濾波電容橋式整流接濾波電容16第四節(jié)濾波電路半波整流接濾波電容1．觀測電容濾波情況在未接濾波電容C時(shí)，負(fù)載RL上的電壓波形如圖中的虛線所示。當(dāng)在負(fù)載RL的兩端并聯(lián)濾波電容C后，輸出波形就如圖中的實(shí)線所示。顯然，加上濾波器后的輸出電壓脈動(dòng)程度明顯減小了。2．濾波原理（以半波整流電路為例）（1）在輸入電壓上升超過電容端電壓時(shí)，整流二極管V正向?qū)?，向?yàn)V波電容C迅速充電(同時(shí)向負(fù)載供電)，電容C兩端電壓vc與v2同步上升，并達(dá)到v2的峰值。（2）在輸入電壓下降到低于電容兩端電壓時(shí)，整流二極管V反向截止。電容放電維持了負(fù)載RL的電流。由于RL的阻值遠(yuǎn)大于二極管的正向內(nèi)阻，所以放電很慢，電容C兩端電壓VC下降緩慢。半波整流電容濾波的輸出波形橋式整流電容濾波的輸出波形171．觀測電容濾波情況半波整流電容濾波的輸出波形3．電容濾波器的特點(diǎn)（1）在電容濾波電路中，C的容量或RL的阻值越大，濾波電容C放電越慢，輸出的直流電壓就越大，濾波效果也越好。反之，C的容量或RL的阻值越小，輸出電壓低且濾波效果差。（2）在采用大容量的濾波電容時(shí)，接通電源的瞬間充電電流特別大，因此電容濾波器不適用于負(fù)載電流較大的場合。●橋式整流電路變壓器的選用：次級電壓V2=VL/0.9，額定功率P應(yīng)大于負(fù)載功率?！駱蚴秸鞫O管的選用：最高反向工作電壓VRM不低于輸入交流電的峰值電壓V2，最大整流電流IFM不低于負(fù)載上的直流電流IL?！駱蚴秸麟娐分械亩O管極性不允許接錯(cuò)，否則會造成二極管或變壓器過電流而損壞?！褚@得負(fù)極性的直流脈動(dòng)電源，只要將4個(gè)二極管的極性都對調(diào)即可。

用工程應(yīng)183．電容濾波器的特點(diǎn)用工程應(yīng)18二、電感濾波器1．電路構(gòu)成

電感濾波電路中電感L與負(fù)載RL串聯(lián)，它是利用通過電感的電流不能突變的特性來實(shí)現(xiàn)濾波。2．濾波原理從能量的觀點(diǎn)來看，電感是一個(gè)儲能元件，當(dāng)電流增加時(shí)，電感線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢阻止電流的增加，同時(shí)將一部分電能轉(zhuǎn)化為磁場能量；當(dāng)電流減小時(shí)，電感線圈便釋放能量，阻止電流減小。因此通過負(fù)載RL的電流脈動(dòng)成分受到抑制而變得平滑。

電感濾波電路電感濾波輸出電壓波形19二、電感濾波器電感濾波電路3．電路特點(diǎn)一般情況下，電感值L愈大，濾波效果愈好。但電感的體積變大、成本上升，且輸出電壓會下降，所以濾波電感常取幾亨到幾十亨。三、復(fù)式濾波器復(fù)式濾波器是由電感、電容或電阻、電容組合起來的多節(jié)濾波器。1．L型濾波器在濾波電容C之前串接一個(gè)鐵芯電感L，這樣就組成了L型濾波器。脈動(dòng)直流電壓經(jīng)過電感時(shí)，交流成分大部分都降落在電感線圈L上，再經(jīng)電容C濾波，把交流成分進(jìn)一步濾除，就可在負(fù)載上得到更加平滑的直流電壓。

L型濾波器203．電路特點(diǎn)202．π型濾波器C-π型濾波器

在L型濾波器的輸入端再并聯(lián)一個(gè)電容，這就形成了LC-π型濾波器，如左下圖所示。RC-π型濾波器

在電流較小、濾波要求不高的情況下，常用電阻R代替π型濾波器的電感L，構(gòu)成RC-π型濾波器。

LC—π型濾波器RC—π型濾波器212．π型濾波器21第五節(jié)特種二極管及應(yīng)用

一、穩(wěn)壓管

1．工作特性及應(yīng)用

穩(wěn)壓管又稱齊納二極管，實(shí)物外形見下圖。通常用文字“V”代表，它是一種用特殊工藝制造的硅二極管，只要反向電流不超過極限電流，管子工作在擊穿區(qū)并不會損壞，屬可逆擊穿，這與普通二極管破壞性擊穿是截然不同的。穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)域時(shí)，利用其陡峭的反向擊穿特性在電路中起穩(wěn)定電壓作用。

穩(wěn)壓管的外形電路符號22第五節(jié)特種二極管及應(yīng)用穩(wěn)壓管的外形電路符穩(wěn)壓管的伏安特性曲線如的正向特性與普通二極管相同。

反向特性曲線在擊穿區(qū)域比普通二極管更陡直，這表明穩(wěn)壓管擊穿后，通過管子的電流變化(ΔIz)很大，而管子兩端電壓變化(ΔVz)很小，或說管子兩端電壓基本保持一個(gè)固定值。

穩(wěn)壓管在電路中主要功能是起穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓管的伏安特性曲線正向特性擊穿特性23穩(wěn)壓管的伏安特性曲線如的正向特性與普通二極管相同。

2．穩(wěn)壓管主要參數(shù)穩(wěn)定電壓VZ指穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。穩(wěn)定電流IZ

指管子在正常工作時(shí)的參考電流值，其值在穩(wěn)壓區(qū)域的最大電流IZmax與最小電流IZmin之間。當(dāng)流過管子的電流小于IZmin時(shí)管子不能起穩(wěn)壓作用。最大穩(wěn)定電流IZmax指穩(wěn)壓管最大工作電流，超過Izmax耗散功率PZM指管子不致因熱擊穿而損壞的最大耗散功率。它近似等于穩(wěn)定電壓與最大穩(wěn)定電流的乘積，即PZM=VZ·IZmax。動(dòng)態(tài)電阻rZ反映穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能，動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓性能越好。溫度系數(shù)k溫度系數(shù)反映由溫度變化引起的穩(wěn)定電壓變化。

242．穩(wěn)壓管主要參數(shù)24二、發(fā)光二極管

發(fā)光二極管是一種把電能變成光能的半導(dǎo)體器件。發(fā)光二極管由磷化鎵、砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成，電路符號和實(shí)物照片見下圖。

當(dāng)給發(fā)光二極管加上偏壓，有一定的電流流過時(shí)二極管就會發(fā)光，這是由于PN結(jié)的電子與空穴直接復(fù)合放出能量的結(jié)果。發(fā)光二極管的種類很多，按發(fā)光的顏色可分為：紅色、藍(lán)色、黃色、綠色，還有三色變色發(fā)光二極管和眼睛看不見的紅外光二極管；按外形可分為：圓形、方形等。

發(fā)光二極管電路符號發(fā)光二極管實(shí)物圖25二、發(fā)光二極管

發(fā)光二極管是一種把電能變成光能的半導(dǎo)

三、光電二極管

光電二極管又稱為光敏二極管。光電二極管也是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，但是它的PN結(jié)面積較大，通過管殼上的一個(gè)玻璃窗口來接收入射光。

當(dāng)沒有光照射時(shí)反向電阻很大，反向電流很??；當(dāng)有光照射時(shí)，反向電阻減小，反向電流增大。

光電二極管電路符號光電二極管元件外形

發(fā)光二極管應(yīng)用電路如下圖所示。

6V直流電壓指示220V交流電指示26三、光電二極管

光電二極管又

四、無引線片狀二極管無引線片狀二極管焊點(diǎn)處于元件的兩端，在目前的電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，其特點(diǎn)是體積小、重量輕、高頻性能好、形狀簡單、尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，便于自動(dòng)化裝配。

1.肖特基二極管

常見的肖特基二極管封裝形式主要有兩種：一種是片狀二腳封裝，見圖（a）；另一類為片狀SOT-23封裝（MMBD），見圖（b）。

2.穩(wěn)壓二極管

片狀穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值在2～30V，額定功率為0.5W的穩(wěn)壓管其封裝多采用SOT-23形式，額定功率為1W多采用SOT-89（1W）封裝，見圖（c）。

圖（a）圖（b）圖（c）

27四、無引線片狀二極管273.開關(guān)二極管

該類管子運(yùn)用于數(shù)字脈沖電路及電子開關(guān)電路，片狀開關(guān)管分為單開關(guān)二極管和復(fù)合開關(guān)二極管兩大類

4．復(fù)合二極管

“復(fù)合二極管”是指在一個(gè)封裝內(nèi)，包含有2個(gè)以上的二極管，以滿足不同的電路工作要求，同時(shí)可縮小元器件的數(shù)量和體積，復(fù)合二極管的組合形式有：共陰極式、共陽極式、串聯(lián)式和獨(dú)立式等類型，如下圖所示。

復(fù)合二極管的組合形式283.開關(guān)二極管28本章小結(jié)

1.半導(dǎo)體具有熱敏性、光敏性和摻雜性，因而成為制造電子元器件的關(guān)鍵材料。2.二極管是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，其最主要的特性是具有單向?qū)щ娦裕撎匦钥捎煞蔡匦郧€準(zhǔn)確描述。選用或更換二極管必須考慮最大整流電流、最高反向工作電壓兩個(gè)主要參數(shù)，高頻工作時(shí)還應(yīng)考慮最高工作頻率。3.整流電路的作用是將交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電，濾波電路的作用是對整流輸出的脈動(dòng)直流進(jìn)行平滑。4.特殊二極管主要有穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、光電二極管等。穩(wěn)壓管是利用它在反向擊穿狀態(tài)下的恒壓特性來構(gòu)成簡單的穩(wěn)壓電路。發(fā)光二極管起著將電信號轉(zhuǎn)換為光信號的作用，而光電二極管則是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。5.片狀二極管具有體積小，形狀規(guī)整，便于自動(dòng)化裝配的特點(diǎn)，在目前的電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用因此，片狀二極管的封裝外形及引腳排列是必須了解的基本知識。

29本章小主教材簡介書名：電子技術(shù)基礎(chǔ)第2版（附學(xué)習(xí)卡）出版單位：高等教育出版社作者：陳振源出版日期：2006-07-01書號：7-04-019714-6適用層次：中職定價(jià)：25.20本書參照教育部頒布的中等職業(yè)學(xué)校電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)大綱，以及有關(guān)的職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)職業(yè)技能鑒定標(biāo)準(zhǔn)，在保留2001年出版的中等職業(yè)教育國家規(guī)劃教材《電子技術(shù)基礎(chǔ)》編寫風(fēng)格的基礎(chǔ)上，根據(jù)近幾年中職生源的變化情況，貫徹落實(shí)“以服務(wù)為宗旨，以就業(yè)為導(dǎo)向，以能力為本位”的職業(yè)教育辦學(xué)指導(dǎo)思想，修訂而成。本書包括模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩部分，模擬部分包括：二極管及整流電路、晶體管及基本放大電路、場效晶體管放大電路、負(fù)反饋、低頻功率放大器、集成運(yùn)算放大器、正弦波振蕩器、直流穩(wěn)壓電源、晶閘管及應(yīng)用電路；數(shù)字部分包括：數(shù)字電路基礎(chǔ)、組合邏輯電路、集成觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、脈沖波形的產(chǎn)生與變換、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換。此外，本書還介紹了一些新器件、新知識，如微型片狀器件、電路仿真軟件EWB等。本書配套有學(xué)習(xí)指導(dǎo)與同步訓(xùn)練，以及教學(xué)光盤。利用書后所附學(xué)習(xí)卡，登錄高等教育出版社“”4A網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，可獲得網(wǎng)上教學(xué)資源。書在內(nèi)容上深淺適度，在結(jié)構(gòu)體系上和教學(xué)方法上有所創(chuàng)新，既提出了明確的知識目標(biāo)，又有明確的技能目標(biāo)，各章配有知識能力測驗(yàn)和實(shí)踐技能訓(xùn)練，職業(yè)教育特色鮮明。本書可作為中等職業(yè)學(xué)校電子技術(shù)應(yīng)用、電子電器及電工類專業(yè)電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教材，也可作為崗位培訓(xùn)教材。30

配套學(xué)習(xí)用書和多媒體教學(xué)光盤

書名：電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)指導(dǎo)與同步訓(xùn)練（配光盤）作者：陳振源出版單位：高等教育出版社書號：7040149109出版日期：2004-08-01定價(jià)：29.50本書是配合中等職業(yè)教育國家規(guī)劃教材《電子技術(shù)基礎(chǔ)》而編寫的一本配套學(xué)習(xí)用書。全書從“學(xué)習(xí)目標(biāo)”、“知識要點(diǎn)提示”、“典型例題分析”、“同步訓(xùn)練”四部分提供輔導(dǎo)，是學(xué)生學(xué)習(xí)和教師備課的重要參考資料。本書配有多媒體課件光盤，適用于教師的課堂教學(xué)和學(xué)生的課后自學(xué)。本書可作為中等職業(yè)學(xué)校電子技術(shù)應(yīng)用、電子電器、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及應(yīng)用專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)輔導(dǎo)用書，也可供相關(guān)行業(yè)崗位培訓(xùn)或自學(xué)電子技術(shù)使用。意見和建議可聯(lián)系電子信箱：chen-zhenyuan@31配套學(xué)習(xí)用書和多媒體教學(xué)光盤3第一章晶體二極管及整流電路

半導(dǎo)體的問世是在1948年，其核心是具有單向?qū)щ娦缘腜N結(jié)。在實(shí)際應(yīng)用中的二極管種類很多，用途也十分廣泛，掌握二極管的特性和應(yīng)用常識是本章的重點(diǎn)。在功率變換中，二極管的主要用途是構(gòu)成整流器，將交流電變換為直流電。

半導(dǎo)體的主要特性

晶體二極管

整流電路

濾波電路

特種二極管及應(yīng)用

本章小結(jié)32第一章晶體二極管及整流電路半導(dǎo)體的問世是在194

第一節(jié)半導(dǎo)體的主要特性一、什么是半導(dǎo)體導(dǎo)體

容易傳導(dǎo)電流的物質(zhì)，如電纜的線芯所使用的銅、鋁等金屬。絕緣體

能夠可靠地隔絕電流的物質(zhì)，如電纜的包皮所使用的橡膠、塑料等。半導(dǎo)體導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)，硅（Si）、鍺（Ge）是最常見的用于制造各種半導(dǎo)體器件的材料。二、電子技術(shù)的核心是半導(dǎo)體摻雜性在純凈的半導(dǎo)體中摻入極其微量的雜質(zhì)元素，則它的導(dǎo)電能力將大大增強(qiáng)。應(yīng)用摻雜技術(shù)可以制造出各種半導(dǎo)體元器件。熱敏性溫度升高，將使半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)。光敏性對半導(dǎo)體施于光線照射，光照越強(qiáng)，導(dǎo)電能力越強(qiáng)。33第一節(jié)半導(dǎo)體的主要特性2半導(dǎo)體材料硅有四個(gè)價(jià)電子，通過共價(jià)鍵結(jié)合起來，如圖所示。

在常溫下，大多數(shù)的價(jià)電子均被束縛在原子周圍，不易自由移動(dòng)，所以導(dǎo)電能力也較弱。

半導(dǎo)體受熱或用光進(jìn)行照射時(shí)，部分價(jià)電子獲得足夠的能量，得以掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子和空穴，這就是半導(dǎo)體具有熱敏性和光敏性的原因。半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖

三、P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體1．P型半導(dǎo)體

P型半導(dǎo)體是在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入硼、鋁等3價(jià)元素。這類摻雜后導(dǎo)體的特點(diǎn)是：空穴數(shù)量多，自由電子數(shù)量少，故又稱為空穴半導(dǎo)體。2．N型半導(dǎo)體

N型半導(dǎo)體是在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量磷、砷等5價(jià)元素，這類雜質(zhì)半導(dǎo)體特點(diǎn)是：自由電子數(shù)量多，空穴數(shù)量少，故又稱為電子半導(dǎo)體。34半導(dǎo)體材料硅有四個(gè)價(jià)電子，通過共價(jià)鍵結(jié)合起來，如圖所示。第二節(jié)晶體二極管一、二極管的結(jié)構(gòu)與電路符號用于電視機(jī)、收音機(jī)、電源裝置等電子產(chǎn)品中的各種不同外形的二極管如下圖所示。二極管通常用塑料、玻璃或金屬材料作為封裝外殼，外殼上一般印有標(biāo)記以便區(qū)別正負(fù)電極。35第二節(jié)晶體二極管二極管的結(jié)構(gòu)如下圖所示，在P型與N型半導(dǎo)體的交界面會形成一個(gè)具有特殊電性能的薄層，稱為PN結(jié)。從P區(qū)引出的電極作為正極，從N區(qū)引出的電極作為負(fù)極。二極管基本結(jié)構(gòu)二極管圖形符號二、二極管的導(dǎo)電特性1.觀察二極管的導(dǎo)電特性

圖（a）圖（b）按圖（a）連接電路，此時(shí)小燈泡亮，表示二極管加正向電壓而導(dǎo)通。按圖（b）連接電路，此時(shí)小燈泡不亮，表示二極管加反向電壓而截止。通過觀察以上實(shí)驗(yàn)證實(shí)，二極管具有單向?qū)щ娦浴?6二極管的結(jié)構(gòu)如下圖所示，在P型與N型半導(dǎo)體的交界面會形成一個(gè)2.二極管主要特性曲線二極管的電流iD與加在二極管兩端的電壓vD的關(guān)系曲線，稱為二極管伏安特性曲線。（1）正向特性

死區(qū)當(dāng)二極管外加正向電壓較小時(shí)，正向電流幾乎為零。

正向?qū)▍^(qū)當(dāng)二極管正向電壓大于死區(qū)電壓Vth時(shí)，電流隨電壓增加，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。

導(dǎo)通電壓硅二極管約為0.7V，鍺二極管約為0.3V。（2）反向特性

反向截止區(qū)

當(dāng)二極管承受的反向電壓未達(dá)到擊穿電壓V（BR）時(shí)，二極管呈現(xiàn)很大電阻。

反向擊穿區(qū)

當(dāng)二極管承受的反向電壓已達(dá)到擊穿電壓V（BR）時(shí)，反向電流急劇增加，該現(xiàn)象稱為二極管反向擊穿。二極管伏安特性曲線372.二極管主要特性曲線（1）正向特性

死區(qū)2AP1

二極管N型鍺材料普通管器件序號二極管型號的讀識

三、二極管器件手冊的使用1．二極管型號

國產(chǎn)二極管的型號由五部分組成。

第一部分是數(shù)字“2”，表示二極管。第二部分是用拼音字母表示管子的材料。

A——N型鍺材料，B——P型鍺材料，

C——N型硅材料，D——P型硅材料。

第三部分是用拼音字母表示管子的類型。第四部分用數(shù)字表示器件的序號。

第五部分用拼音字母表示規(guī)格號。382AP1二極管N型鍺材料普通2.二極管的主要參數(shù)最大整流電流IFM：是管子長期運(yùn)行時(shí)允許通過的最大正向平均電流。最高反向工作電壓VRM

：又稱額定工作電壓，它是保證二極管不至于反向擊穿而規(guī)定的最高反向電壓。反向飽和電流IR

：它指管子未進(jìn)入擊穿區(qū)的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶?。最高工作頻率fM

：是保證管子正常工作的最高頻率。

實(shí)際工作中一般從兩個(gè)方面使用二極管器件手冊：●已知二極管的型號查找其器件用途和主要參數(shù)，這常用于對已知型號的二極管進(jìn)行分析，看是否滿足電路要求?！窀鶕?jù)使用的要求，選用二極管型號。例如當(dāng)設(shè)備中的二極管壞了，如沒有同型號的管子更換，應(yīng)查看手冊，選用三項(xiàng)主要參數(shù)IFM、VRM、fM滿足要求的其它型號二極管代用。用工程應(yīng)392.二極管的主要參數(shù)用工程應(yīng)83．二極管的選用

按材料分類，二極管主要有鍺二極管和硅二極管兩大類。前者內(nèi)部多為點(diǎn)接觸型結(jié)構(gòu)，允許的工作溫度較低，只能在100℃以下工作；后者內(nèi)部多為面接觸型或平面型結(jié)構(gòu)，允許的工作溫度較高，有的可達(dá)150~200℃。

普通二極管（如2AP等系列）的IFM較小，fM一般較高，主要用于信號檢測、取樣、小電流整流等。

整流二極管（2CZ、2DZ等系列）的IFM較大，fM很低，廣泛使用在各種電源設(shè)備中作整流元件。穩(wěn)壓二極管（2CW、2DW）用在各種穩(wěn)壓電源和晶閘管電路中。開關(guān)二極管（2AK、2CK等系列）一般IFM較小，fM較高，用于數(shù)字電路和控制電路中。

403．二極管的選用

按材料分類，二極管主要有4．二極管的簡易測量將萬用表撥到電阻擋的R×100或R×1k，，將萬用表的紅、黑表筆分別接在二極管兩端，若測得電阻比較小(幾千歐以下)，再將紅、黑表筆對調(diào)后連接在二極管兩端，而測得的電阻比較大(幾百千歐)，說明二極管具有單向?qū)щ娦?，質(zhì)量良好。測得電阻小的那一次黑表筆接的是二極管的正極。測量正向電阻測量反向電阻

如果測得二極管的正、反向電阻都很小，甚至為零，表示管子內(nèi)部已短路。如果測得二極管的正、反向電阻都很大，則表示管子內(nèi)部已斷路。414．二極管的簡易測量10第三節(jié)整流電路整流電路的功能是將交流電轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)直流電。一、半波整流電路單相半波整流電路由整流二極管、電源變壓器和負(fù)載RL構(gòu)成。

半波整流原理電路圖1．整流原理當(dāng)v2為正半周時(shí)，二極管V承受正向電壓而導(dǎo)通，在負(fù)載RL上獲得上正下負(fù)電壓vL。

當(dāng)v2為負(fù)半周時(shí)，二極管V承受反向電壓而截止，負(fù)載RL上的電壓vL=0。

半波整流電路波形42第三節(jié)整流電路半波整流電路波形112．負(fù)載上的直流電壓和電流負(fù)載上的直流電壓：

VL=0.9V2

負(fù)載上的直流電流：

●半波整流電路的變壓器選用：次級電壓V2=VL/0.45，額定功率P應(yīng)大于負(fù)載功率?！癜氩ㄕ鞫O管的選用：最高反向工作電壓VRM不低于輸入交流電的峰值電壓V2，額定電流不低于負(fù)載上的直流電流IL。●半波整流電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，使用的元件少。但它的明顯缺點(diǎn)是輸出電壓脈動(dòng)很大，效率低，所以只能應(yīng)用在對直流電壓波動(dòng)要求不高的場合，如蓄電池的充電等。用工程應(yīng)432．負(fù)載上的直流電壓和電流用工程應(yīng)12二、橋式整流電路

1．電路結(jié)構(gòu)單相橋式整流電路由電源變壓器T、整流二極管Vl～V4和負(fù)載RL組成。

橋式整流原理電路圖

2．整流原理

v2為正半周時(shí)，Vl和V3正偏導(dǎo)通，V2、V4受到反向電壓而截止。單向脈動(dòng)電流的流向?yàn)椋篈端→V1→RL→V3→B端，RL上的脈動(dòng)電壓極性為上正下負(fù)。

v2為負(fù)半周時(shí)，V2、V4正偏導(dǎo)通，V1、V3受到反向電壓而截止。單向脈動(dòng)電流的電流流向?yàn)椋築端→V2→RL→V4→A端，RL上的脈動(dòng)電壓極性仍為上正下負(fù)。輸出電壓波形輸入電壓波形44二、橋式整流電路輸出電壓波形輸入電壓波形133．負(fù)載上的直流電壓和電流負(fù)載上的直流電壓：

VL=0.9V2

負(fù)載上的直流電流：●橋式整流電路變壓器的選用：次級電壓V2=VL/0.9，額定功率P應(yīng)大于負(fù)載功率。●橋式整流二極管的選用：最高反向工作電壓VRM不低于輸入交流電的峰值電壓V2，最大整流電流IFM不低于負(fù)載上的直流電流IL?！駱蚴秸麟娐分械亩O管極性不允許接錯(cuò)，否則會造成二極管或變壓器過電流而損壞?！褚@得負(fù)極性的直流脈動(dòng)電源，只要將4個(gè)二極管的極性都對調(diào)即可。用工程應(yīng)453．負(fù)載上的直流電壓和電流用工程應(yīng)144．整流橋堆的應(yīng)用將若干只整流二極管用絕緣瓷、環(huán)氧樹脂等外殼封裝成一體就制成整流堆，常見的有半橋和全橋整流堆。

整流橋堆整流橋堆的實(shí)際接線圖

整流硅堆的主要參數(shù)是最高反向電壓和最大整流電流，在選用硅堆時(shí)，也主要是根據(jù)電路具體要求來選擇這二個(gè)參數(shù)。464．整流橋堆的應(yīng)用15第四節(jié)濾波電路將脈動(dòng)直流電中的交流成分濾除掉，這一過程稱為濾波。一、電容濾波器電容濾波器是在負(fù)載的兩端并聯(lián)一個(gè)電容構(gòu)成的。半波整流接濾波電容橋式整流接濾波電容47第四節(jié)濾波電路半波整流接濾波電容1．觀測電容濾波情況在未接濾波電容C時(shí)，負(fù)載RL上的電壓波形如圖中的虛線所示。當(dāng)在負(fù)載RL的兩端并聯(lián)濾波電容C后，輸出波形就如圖中的實(shí)線所示。顯然，加上濾波器后的輸出電壓脈動(dòng)程度明顯減小了。2．濾波原理（以半波整流電路為例）（1）在輸入電壓上升超過電容端電壓時(shí)，整流二極管V正向?qū)ǎ驗(yàn)V波電容C迅速充電(同時(shí)向負(fù)載供電)，電容C兩端電壓vc與v2同步上升，并達(dá)到v2的峰值。（2）在輸入電壓下降到低于電容兩端電壓時(shí)，整流二極管V反向截止。電容放電維持了負(fù)載RL的電流。由于RL的阻值遠(yuǎn)大于二極管的正向內(nèi)阻，所以放電很慢，電容C兩端電壓VC下降緩慢。半波整流電容濾波的輸出波形橋式整流電容濾波的輸出波形481．觀測電容濾波情況半波整流電容濾波的輸出波形3．電容濾波器的特點(diǎn)（1）在電容濾波電路中，C的容量或RL的阻值越大，濾波電容C放電越慢，輸出的直流電壓就越大，濾波效果也越好。反之，C的容量或RL的阻值越小，輸出電壓低且濾波效果差。（2）在采用大容量的濾波電容時(shí)，接通電源的瞬間充電電流特別大，因此電容濾波器不適用于負(fù)載電流較大的場合?！駱蚴秸麟娐纷儔浩鞯倪x用：次級電壓V2=VL/0.9，額定功率P應(yīng)大于負(fù)載功率。●橋式整流二極管的選用：最高反向工作電壓VRM不低于輸入交流電的峰值電壓V2，最大整流電流IFM不低于負(fù)載上的直流電流IL?！駱蚴秸麟娐分械亩O管極性不允許接錯(cuò)，否則會造成二極管或變壓器過電流而損壞?！褚@得負(fù)極性的直流脈動(dòng)電源，只要將4個(gè)二極管的極性都對調(diào)即可。

用工程應(yīng)493．電容濾波器的特點(diǎn)用工程應(yīng)18二、電感濾波器1．電路構(gòu)成

電感濾波電路中電感L與負(fù)載RL串聯(lián)，它是利用通過電感的電流不能突變的特性來實(shí)現(xiàn)濾波。2．濾波原理從能量的觀點(diǎn)來看，電感是一個(gè)儲能元件，當(dāng)電流增加時(shí)，電感線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢阻止電流的增加，同時(shí)將一部分電能轉(zhuǎn)化為磁場能量；當(dāng)電流減小時(shí)，電感線圈便釋放能量，阻止電流減小。因此通過負(fù)載RL的電流脈動(dòng)成分受到抑制而變得平滑。

電感濾波電路電感濾波輸出電壓波形50二、電感濾波器電感濾波電路3．電路特點(diǎn)一般情況下，電感值L愈大，濾波效果愈好。但電感的體積變大、成本上升，且輸出電壓會下降，所以濾波電感常取幾亨到幾十亨。三、復(fù)式濾波器復(fù)式濾波器是由電感、電容或電阻、電容組合起來的多節(jié)濾波器。1．L型濾波器在濾波電容C之前串接一個(gè)鐵芯電感L，這樣就組成了L型濾波器。脈動(dòng)直流電壓經(jīng)過電感時(shí)，交流成分大部分都降落在電感線圈L上，再經(jīng)電容C濾波，把交流成分進(jìn)一步濾除，就可在負(fù)載上得到更加平滑的直流電壓。

L型濾波器513．電路特點(diǎn)202．π型濾波器C-π型濾波器

在L型濾波器的輸入端再并聯(lián)一個(gè)電容，這就形成了LC-π型濾波器，如左下圖所示。RC-π型濾波器

在電流較小、濾波要求不高的情況下，常用電阻R代替π型濾波器的電感L，構(gòu)成RC-π型濾波器。

LC—π型濾波器RC—π型濾波器522．π型濾波器21第五節(jié)特種二極管及應(yīng)用

一、穩(wěn)壓管

1．工作特性及應(yīng)用

穩(wěn)壓管又稱齊納二極管，實(shí)物外形見下圖。通常用文字“V”代表，它是一種用特殊工藝制造的硅二極管，只要反向電流不超過極限電流，管子工作在擊穿區(qū)并不會損壞，屬可逆擊穿，這與普通二極管破壞性擊穿是截然不同的。穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)域時(shí)，利用其陡峭的反向擊穿特性在電路中起穩(wěn)定電壓作用。

穩(wěn)壓管的外形電路符號53第五節(jié)特種二極管及應(yīng)用穩(wěn)壓管的外形電路符穩(wěn)壓管的伏安特性曲線如的正向特性與普通二極管相同。

反向特性曲線在擊穿區(qū)域比普通二極管更陡直，這表明穩(wěn)壓管擊穿后，通過管子的電流變化(ΔIz)很大，而管子兩端電壓變化(ΔVz)很小，或說管子兩端電壓基本保持一個(gè)固定值。

穩(wěn)壓管在電路中主要功能是起穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓管的伏安特性曲線正向特性擊穿特性54穩(wěn)壓管的伏安特性曲線如的正向特性與普通二極管相同。

2．穩(wěn)壓管主要參數(shù)穩(wěn)定電壓VZ指穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。穩(wěn)定電流IZ

指管子在正常工作時(shí)的參考電流值，其值在穩(wěn)壓區(qū)域的最大電流IZmax與最小電流IZmin之間。當(dāng)流過管子的電流小于IZmin時(shí)管子不能起穩(wěn)壓作用。最大穩(wěn)定電流IZmax指穩(wěn)壓管最大工作電流，超過Izmax耗散功率PZM指管子不致因熱擊穿而損壞的最大耗散功率。它近似等于穩(wěn)定電壓與最大穩(wěn)定電流的乘積，即PZM=VZ·IZmax。動(dòng)態(tài)電阻rZ反映穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能，動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓性能越好。溫度系數(shù)k溫度系數(shù)反映由溫度變化引起的穩(wěn)定電壓變化。

552．穩(wěn)壓管主要參數(shù)24二、發(fā)光二極管

發(fā)光二極管是一種把電能變成光能的半導(dǎo)體器件。發(fā)光二極管由磷化鎵、砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成，電路符號和實(shí)物照片見下圖。

當(dāng)給發(fā)光二極管加上偏壓，有一定的電流流過時(shí)二極管就會發(fā)光，這是由于PN結(jié)的電子與空穴直接復(fù)合放出能量的結(jié)果。發(fā)光二極管的種類很多，按發(fā)光的顏色可分為：紅色、藍(lán)色、黃色、綠色，還有三色變色發(fā)光二極管和眼睛看不見的紅外光二極管；按外形可分為：圓形、方形等。

發(fā)光二極管電路符號發(fā)光二極管實(shí)物圖56二、發(fā)光二極管

發(fā)光二極管是一種把電能變成光能的半導(dǎo)

三、光電二極管

光電二極管又稱為光敏二極管。光電二極管也是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，但是它的PN結(jié)面積較大，通過管殼上的一個(gè)玻璃窗口來接收入射光。

當(dāng)沒有光照射時(shí)反向電阻很大，反向電流很小；當(dāng)有光照射時(shí)，反向電阻減小，反向電流增大。

光電二極管電路符號光電二極管元件外形

發(fā)光二極管應(yīng)用電路如下圖所示。

6V直流電壓指示220V交流電指示57三、光電二極管

光電二極管又

四、無引線片狀二極管無引線片狀二極管焊點(diǎn)處于元件的兩端，在目前的電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，其特點(diǎn)是體積小、重量輕、高頻性能好、形狀簡單、尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，便于自動(dòng)化裝配。

1.肖特基二極管

常見的肖特基二極管封裝形式主要有兩種：一種是片狀二腳封裝，見圖（a）；另一類為片狀SOT-23封裝（MMBD），見圖（b）