《電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能》PPT課件及教案,電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能,電子技術(shù),基礎(chǔ),技能,PPT,課件,教案 《電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能》配套多媒體CAI課件 電子教案 第一章 二極管及其應(yīng)用 教學(xué)重點(diǎn) 1．了解二極管的伏安特性和主要參數(shù)。 2．了解硅穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管、光電二極管等各種二極管的外形特征、功能和應(yīng)用。 3．能用萬用表檢測(cè)二極管。 4．掌握單相半波、橋式全波整流電路的組成、性能特點(diǎn)和電路估算。 5．了解電容濾波電路的工作原理和估算。 教學(xué)難點(diǎn) 1．PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦浴? 2．整流電路和濾波電路的工作原理。 學(xué)時(shí)分配 序號(hào) 內(nèi) 容 學(xué) 時(shí) 1 1.1晶體二極管 2 2 1.2晶體二極管整流電路及濾波電路 4 3 技能實(shí)訓(xùn)——單相整流、濾波電路的測(cè)試 4 4 本章總學(xué)時(shí) 10 1.1 二極管 1.1.1 半導(dǎo)體的奇妙特性 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體，如硅、鍺等，其導(dǎo)電能力受多種因素影響。 熱敏特性——溫度升高，導(dǎo)電能力明顯增強(qiáng)。 光敏特性——光照越強(qiáng)，導(dǎo)電性能越好。 摻雜特性——摻入雜質(zhì)后會(huì)改善導(dǎo)電性。 1.1.2 二極管結(jié)構(gòu)與電路圖形符號(hào) 通過實(shí)物認(rèn)識(shí)各類二極管 動(dòng)畫：PN結(jié)的形成 正極 ＋ 負(fù)極 － 管殼 P N PN結(jié) VD 正極 ＋ 負(fù)極 － 1.1.3 二極管的單向?qū)щ娞匦? 做一做：二極管的單向?qū)щ娞匦? 1．二極管的單向?qū)щ娞匦? （1）加正向電壓二極管導(dǎo)通 （2）加反向電壓二極管截止 2．二極管特性曲線 二極管兩端的電壓、電流變化的關(guān)系曲線，即二極管的伏安特性曲線。 演示實(shí)驗(yàn)：利用晶體管特性圖示儀測(cè)出二極管伏安特性曲線 UD/V I/mA 死區(qū)電壓: 硅管0.5V 鍺管0.2。 導(dǎo)通壓降: 硅管0.6~0.7V 鍺管0.2~0.3V 反向擊穿 電壓U(BR) 反向漏電 流很小 （mA級(jí)） 0 （1）正向特性 正向電壓較小，這個(gè)區(qū)域常稱為正向特性的“死區(qū)”。一般硅二極管的“死區(qū)”電壓約為0.5V，鍺二極管約為0.2V。 正向電壓超過“死區(qū)”電壓后，電流隨電壓按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。此時(shí)，兩端電壓降基本保持不變，硅二極管約為0.7V，鍺二極管約為0.3V。 （2）反向特性 二極管加反向電壓，此時(shí)流過二極管的反向電流稱為漏電流。 當(dāng)加到二極管兩端的反向電壓超過某一規(guī)定數(shù)值時(shí)，反向電流突然急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿現(xiàn)象，該反向電壓稱為反向擊穿電壓，用U（BR）表示。 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，普通二極管應(yīng)避免工作在擊穿范圍，否則會(huì)因電流過大而損壞管子失去單向?qū)щ娦浴? 1.1.4二極管的使用常識(shí) 1．二極管的型號(hào) 國(guó)產(chǎn)二極管的型號(hào)命名規(guī)定由五部分組成（部分二極管無第五部分），國(guó)外產(chǎn)品依各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)而確定。 2．二極管的主要參數(shù) （1）最大整流電流IFM （2）反向飽和電流IR （3）最高反向工作電壓URM （4）最高工作頻率fM 例：利用二極管的單向?qū)щ娦院蛯?dǎo)通后兩端電壓基本不變的特點(diǎn)，可以構(gòu)成限幅（削波）電路來限制輸出電壓的幅度。圖（a）所示為一單向限幅電路。 ＋ － ui US R VD 5V ＋ － uo （a） 單向限幅電路 （b） 波形 ui/V π 2π 3π ωt 0 10 －10 uo/V π 2π 3π ωt 0 10 －10 5 設(shè)輸入電壓ui=10sinωt（V），Us=5V，為簡(jiǎn)化分析，常將二極管理想化，即二極管導(dǎo)通時(shí)，兩端電壓降很小，可視為短路，相當(dāng)于開關(guān)閉合，；二極管反向截止時(shí)，反向電流很小，相當(dāng)于開關(guān)斷開，如圖所示。 S S 相當(dāng)于開關(guān)閉合 相當(dāng)于開關(guān)斷開 這樣，單向限幅電路輸出電壓uo被限制在＋5V～－10V之間，其波形如圖（b）所示。將電路稍作改動(dòng)便可做成雙向限幅電路。利用二極管的這一特性，通常可將其用于電路的過電壓保護(hù)。 3．二極管的檢測(cè) 動(dòng)畫：用萬用表判斷二極管極性 動(dòng)畫：用萬用表檢測(cè)普通二極管的好壞 二極管正、反向電阻值檢測(cè)分析 檢測(cè)結(jié)果 二極管狀態(tài) 性能判斷 正向電阻 反向電阻 幾百歐～幾千歐 幾十千歐～幾百千歐以上 二極管單向?qū)щ? 正常 趨于無窮大 趨于無窮大 二極管正、負(fù)極之間已經(jīng)斷開 開路 趨于零 趨于零 二極管正、負(fù)極之間已經(jīng)通路 短路 二極管正向電阻增大 反向電阻減小 單向?qū)щ娦宰儾? 性能變差 做一做：普通二極管的識(shí)別與檢測(cè) 1.1.5 其他類型二極管 1．穩(wěn)壓二極管 （1）穩(wěn)壓二極管的外形和圖形符號(hào) （b）圖形符號(hào) VZ ＋ － （a）穩(wěn)壓管外形 （2）穩(wěn)壓二極管的伏安特性 uZ iZ 穩(wěn)壓區(qū) 反向電壓 反 向 電 流 UZ 0 從圖中可以看出，如果把擊穿電流限制在一定的范圍內(nèi)，管子就可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作在反向擊穿電壓UZ，即穩(wěn)壓值。所以穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作于反向擊穿狀態(tài)。 穩(wěn)壓二極管的類型很多，主要有2CW、2DW系列，如2CW15其穩(wěn)定電壓為7.0～8.5V。從晶體管手冊(cè)可以查到常用穩(wěn)壓二極管的技術(shù)參數(shù)和使用資料。 （3）穩(wěn)壓管二極管的檢測(cè) 檢測(cè)方法與普通二極管相同，但穩(wěn)壓二極管的正向電阻比普通二極管的正向電阻要大一些。 2．發(fā)光二極管（LED） （1）發(fā)光二極管的電路圖形符號(hào) 發(fā)光二極管與普通二極管一樣也是由PN結(jié)構(gòu)成，同樣具有單向?qū)щ娦?。其電路圖形符號(hào)和文字符號(hào)如圖所示。 發(fā)光二極管實(shí)物 圖形符號(hào)VL 發(fā)光二極管被廣泛運(yùn)用于電路的狀態(tài)顯示、信息顯示、裝飾工程、照明等領(lǐng)域。 （2）發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)工作在正偏置狀態(tài) 發(fā)光二極管兩端有一個(gè)“管壓降”，根據(jù)制造材料的不同而不同。 例：電路如圖所示，已知某發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓UL=1.6V，正向電流為5～20mA時(shí)才能發(fā)光。試問： （1）開關(guān)處于何種位置時(shí)發(fā)光二極管可能發(fā)光？ （2）為使發(fā)光二極管發(fā)光，電路中R的取值范圍為多少？ 解：（1）當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)發(fā)光二極管才有可能發(fā)光。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)發(fā)光二極管的端電壓為零，因而不可能發(fā)光。 （2）因?yàn)镮Lmin=5mA，ILmax=20mA，所以 Rmax== kΩ=0.88kΩ Rmin== kΩ=0.22 kΩ US （6V） R S VL R的取值范圍為220～880Ω 3．光電二極管 （1）光電二極管的圖形符號(hào) 廣泛應(yīng)用于制造各種光敏傳感器、光電控制器的光電二極管其外形、圖形符號(hào)及文字符號(hào)如圖所示。 光電二極管實(shí)物 圖形符號(hào) ＋ VL － （2）光電二極管在反向電壓作用下，如果沒有光照時(shí)，反向電流極其微弱，稱為暗電流；有光照時(shí)，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為亮電流。光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。 4．變?nèi)荻O管 （1）變?nèi)荻O管的電路圖形符號(hào) 已被廣泛用于彩色電視機(jī)的電子調(diào)諧器、直接調(diào)頻、自動(dòng)頻率控制及倍頻器等微波電路中的變?nèi)荻O管電路圖形符號(hào)及文字標(biāo)識(shí)如圖所示。 電路圖形符號(hào) 變?nèi)荻O管實(shí)物圖 VD 2）變?nèi)荻O管工作于反向偏置狀態(tài) 當(dāng)給變?nèi)荻O管施加反向電壓時(shí)，其兩個(gè)電極之間的PN結(jié)電容大小隨加到變?nèi)荻O管兩端反向電壓大小的改變而變化，其特性相當(dāng)于一個(gè)可以通過電壓控制的自動(dòng)微調(diào)電容器。 做一做：發(fā)光二極管電平指示電路 1.2二極管整流及濾波電路 整流電路是直流電源的核心部分，它的作用是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)的直流電壓。 濾波器是將整流后的脈動(dòng)直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷骸? 常用的整流電路有半波整流電路和橋式整流電路。 1.2.1半波整流電路 做一做：?jiǎn)蜗虬氩ㄕ麟娐? 半波整流電路 VD RL u2 u1 UL + _ T a b iL 1．半波整流工作過程 （1）當(dāng)輸入電壓u2為正半周時(shí)，二極管VD受正向偏置而導(dǎo)通，電流iL由 a端→VD→RL→b端，自上而下流過RL，在RL上得到一個(gè)極性為上正下負(fù)的電壓UL。若不計(jì)二極管的正向壓降，此期間負(fù)載上的電壓UL= u2。 （2）當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，二極管VD因反向偏置而截止，此期間無電流通過RL，負(fù)載上的電壓uL= 0。 由此可見，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)載電阻RL上的脈動(dòng)直流電壓波形是輸入交流電壓的一半，故稱為單相半波整流。 輸出電壓的極性取決于二極管在電路中的連接方式，如將圖中二極管反接時(shí)，輸出電壓的極性也將隨之變反。 2．負(fù)載上的直流電壓與直流電流的估算 （1）負(fù)載上的直流電壓UL UL=0.45 U2 式中，U2為變壓器二次電壓有效值。 （2）負(fù)載上的直流電流IL IL==0.45 3．整流二極管的選擇 選用二極管時(shí)要求其 IF≥ID=IL URM≥U2 根據(jù)最大整流電流和最高反向工作電壓的計(jì)算值，查閱有關(guān)半導(dǎo)體器件手冊(cè)，選用合適的二極管型號(hào)使其額定值大于計(jì)算值。 例：有一直流負(fù)載，電阻為1.5kΩ，要求工作電流為10mA，如果采用半波整流電路，試求電源變壓器的二次電壓，并選擇適當(dāng)?shù)恼鞫O管。 解： 因?yàn)閁L=RLIL=1.5×103×10×10－3V=15V 由 UL=0.45U2 ，變壓器二次電壓的有效值為U2==V≈33V 二極管承受的最大反向電壓為URM=U2=1.41×33 V≈47V 根據(jù)求得的參數(shù)，查閱整流二極管參數(shù)手冊(cè)，可選擇IFM=100mA，URM=50V的2CZ82B型整流二極管，或選用符合條件的其他型號(hào)二極管，如1N4001、1N4002等。 1.2.2橋式整流電路 做一做：橋式整流電路 1．橋式整流電路的工作過程 （1）當(dāng)輸入電壓u2為正半周時(shí)，VD1、VD3導(dǎo)通，VD2、VD4截止，電IL如圖（a）中虛線箭頭所示。此電流流經(jīng)負(fù)載RL時(shí)，在RL上形成了上正下負(fù)的輸出電壓。 （2）當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，VD2、VD4導(dǎo)通，VD1、VD3截止，電流IL如圖（b）中虛線箭頭所示。該電流流經(jīng)RL的方向和正半周時(shí)電流流向一致，同樣在RL上形成了上正下負(fù)的輸出電壓。 由此可見，無論u2處于正半周還是負(fù)半周，都有電流分別流過兩個(gè)二極管，并以相同方向流過負(fù)載RL，是單方向的全波脈動(dòng)波形。 2．負(fù)載上的直流電壓與直流電流的估算 （1）負(fù)載上的直流電壓UL UL=0.9 U2 （2）負(fù)載上的直流電流IL IL==0.9 3．整流二極管的選擇 IF≥IL/2 URM≥U2 例：有一直流負(fù)載需直流電壓6V，直流電流0.4A，如果采用單相橋式整流電路，試求電源變壓器的二次電壓，并選擇整流二極管的型號(hào)。 解： 由UL=0.9U2，可得變壓器二次電壓的有效值為U2==V≈6.7V 通過二極管的平均電流 IF=IL=×0.4A=0.2A=200mA 二極管承受的反向電壓 URM =U2=9.4V 根據(jù)以上求得的參數(shù)，查閱整流二極管參數(shù)手冊(cè)，可選擇IFM=300mA，URM=10V的2CZ56A型整流二極管，或者選用符號(hào)條件的其他型號(hào)二極管，如1N4001等。 電路評(píng)價(jià)： 半波整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用元件少，電流利用率很低，輸出電壓脈動(dòng)大。 橋式整流電路變壓器利用率高，平均直流電壓高，脈動(dòng)小，二極管承受反向電壓低。 1.2.3濾波電路 整流電路輸出脈動(dòng)的直流電，其中含有很大的交流成分，為了使輸出電壓接近于理想的直流電壓，濾除它的交流成分，此過程稱為濾波，完成這一任務(wù)的電路稱為濾波電路，也稱濾波器。 濾波器通常由電容器、電感器和電阻器按一定的方式組合成多種形式的濾波電路。 1．電容濾波電路 利用電容器的充、放電作用使輸出電壓趨于平滑。 做一做：電容濾波電路 電容濾波電路輸出直流電壓的估算： 半波整流電容濾波 UL≈U2 橋式整流電容濾波 UL≈1.2U2 空載時(shí)（負(fù)載RL開路） UL≈1.4U2 例：一個(gè)橋式整流電容濾波電路，電源由220V、50HZ的交流電壓經(jīng)變壓器降壓供電，負(fù)載電阻RL為40Ω，輸出直流電壓為20V，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，試求變壓器二次電壓，并估計(jì)濾波電容的耐壓值和電容量。 解：（1）變壓器二次電壓 U2== V =17 V （2）當(dāng)負(fù)載空載時(shí)，電容器承受最大電壓，所以電容器的耐壓值為 UCM≥U2=×17 V =24 V 電容器的電容量應(yīng)滿足RLC（3～5）T/2，取RLC=2T，T=1/f，因此 C===1000μF 可選用1000μF/50V的電解電容1只。 濾波電容的電容量可根據(jù)負(fù)載電流的大小參考下表進(jìn)行選擇。 濾波電容的選擇 輸出電流IL 2A 1A 0.5～1A 0.1～0.5A 100mA以下 50mA以下 電容量C 4700μF 2200μF 1000μF 470μF 200～500μF 200μF 注：此為橋式整流電容濾波UL=12～36V時(shí)的電壓參考值。 2．電感濾波電路 利用電感“通直流、阻交流”的作用達(dá)到濾波的目的。 電感濾波電路如圖所示，隨著電感L的增加，即XL=2πf L增加，阻止交流電通過的作用越強(qiáng)，濾波作用也越強(qiáng)，輸出電壓UL中的交流成分就越小。 技能實(shí)訓(xùn)：?jiǎn)蜗嗾?、濾波電路的測(cè)試 作 業(yè) 任 務(wù) 書 一、任務(wù)目標(biāo) 1．會(huì)根據(jù)所示測(cè)試原理圖繪制電路安裝連接圖。 2．會(huì)在通用印制電路板上搭接單相橋式整流電路。 3．能說明電路中各元器件作用，并能檢測(cè)元器件。 4．用示波器觀察單相橋式整流電路的輸入、輸出波形。測(cè)定其輸入、輸出電壓間的量值關(guān)系。 5．用示波器觀測(cè)電容濾波的工作效果，測(cè)定其輸出電壓的量值關(guān)系。 6．提高電子產(chǎn)品裝接能力。 u1 VD 橋堆 UL ＋ S1 － ～ ～ ＋ A B R 1kΩ VL S2 C2 470μF C1 4.7μF ＋ T ＋ u2 橋式整流電容濾波測(cè)試原理圖 二、實(shí)施步驟 1．裝調(diào)流程 繪制安裝布線圖 → 清點(diǎn)元器件 → 元器件檢測(cè) → 插裝和焊接 → 通電前檢查 → 通電測(cè)量 → 數(shù)據(jù)紀(jì)錄。 2．裝調(diào)步驟 （1）先安裝單相橋式整流電路，整流元件采用整流橋堆。 （2）在橋式整流電路工作正常情況下，接入濾波電容。 注意：電源變壓器一次繞組的兩個(gè)接線端與電源插頭線的連接處應(yīng)用套管套上后再用絕緣膠布包住，以防止短路或觸電。 三、測(cè)試記錄 檢查元器件安裝正確無誤后，才可以接通電源。測(cè)量時(shí)，先連線后接電源（或打開電源開關(guān)），拆線、改線或檢修時(shí)一定要先斷開電源；另外電源線不能接錯(cuò)，否則將可能損壞元器件。 1．整流電路測(cè)量（斷開開關(guān)S1、S2） （1）用數(shù)字萬用表交流電壓擋測(cè)量圖的A、B端電壓u2，用直流電壓擋測(cè)量直流輸出電壓UL，記錄在表中。 （2）用示波器觀察u2和UL的波形，并繪制在表中。 2．整流、濾波電路的測(cè)量 （1）將開關(guān)S1閉合，S2斷開，接濾波電容C1，用數(shù)字表測(cè)量輸出電壓，并用示波器觀察其波形，并繪制在表中。 （2）將開關(guān)S1斷開，S2閉合，接濾波電容C2，用數(shù)字表測(cè)量輸出電壓，并用示波器觀察其波形，并繪制在表中。 橋式整流、電容濾波電路測(cè)試記錄表 測(cè)試項(xiàng)目 變壓器二次電壓u2 輸出電壓UL 有效值/V 波 形 有效值/V 波 形 S1、S2斷開 u2 0 t UL 0 t S1閉合，S2斷開 u2 0 t UL 0 t S1斷開、S2閉合 u2 0 t UL 0 t 四、問題討論 1．在整流電路中，濾波器的作用是什么？濾波電容的大小對(duì)輸出電壓有什么影響？ 2．如果想設(shè)置負(fù)電壓輸出，電路應(yīng)如何改接。 3．請(qǐng)敘述元器件在通用印制電路板上的插裝和焊接體會(huì)。 4．在制作過程中團(tuán)隊(duì)合作有何重要性？如何利用團(tuán)隊(duì)合作完成任務(wù)。 11