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1、,项目二 二极管及整流电路,1、能说出二极管的结构、分类、特性和用途。2、能说出直流稳压电源的组成及各部分的作用3、能画出直流稳压电源的原理图，并能说出各元件的作用。4、能说出直流稳压电源的工作原理和制作流程以及调试、检测时的注意事项。5、能画出单相半波、桥式整流电路并能说出各元件的作用以及四种整流电路的特点。,知识目标,1、能认识二极管、并会用万用表检测二极管的极性和质量2、会用万用表和示波器对单相半波、桥式整流电路进行测试和分析。3、会制作、安装、调试直流稳压电源。4、会用万用表和示波器对直流稳压电源进行测试和分析。,技能目标,情景模拟,双休日，小李在家休息。邻居王奶奶的功放坏了，知道小任
2、在职校学的是电工，就拿过来请小王修理。小李熟练地拆下外壳，用万用表检查后，发现是电源电路的故障。小李用电烙铁拆下坏的元器件，换上一只新的。不一会儿，王奶奶的收音机又传出了悦耳动听的声音。王奶奶伸出大拇指，夸奖地说：“小李，你真行，学到了真本领”。你想知道小李是如何修复功放的故障的吗？让我们一起来学一学，做一做！,安全规范,1、电烙铁的安全使用2、万用表的安全使用3、示波器的安全使用（1）使用前必须检查电网电压是否与示波器要求的电源电压一致。（2）通电后预热15秒后再调整调整各旋钮。（3）亮度不得开得过大，以免缩短示波管的使用寿命。（4）示波器的探头带有衰减器，读数时要加以注意，各种型号示波器的
3、探头要专用。,任务一、制作直流稳压电源,基础知识,一、半导体的基本知识,1、什么是半导体,在自然界中存在着许多不同的物质，根据其导电性能的不同大体可分为导体、绝缘体和半导体三大类。,（一）半导体的基本概念,通常将很容易导电、电阻率小于10-4cm的物质，称为导体；将很难导电、电阻率大于10 10cm的物质，称为绝缘体；将导电能力介于导体和绝缘体之间、电阻率在10-4 cm 10 10 cm范围内的物质，称为半导体。,知识链接1 二极管,2、半导体的基本特性,（1）热敏特性,（2）光敏特性,半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特性叫做光敏特性。一种硫化铜薄膜在暗处其电阻为几十兆欧姆，受光照后
4、，电阻可以下降到几十千欧姆，只有原来的1%。自动控制中用的光电二极管和光敏电阻，就是利用光敏特性制成的。而金属导体在阳光下或在暗处其电阻率一般没有什么变化。,所谓热敏特性就是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加。半导体的电阻率对温度的变化十分敏感。例如纯净的锗从20升高到30时，它的电阻率几乎减小为原来的12。而一般的金属导体的电阻率则变化较小，比如铜，当温度同样升高10时，它的电阻率几乎不变。,（3）参杂特性,3、杂质半导体,纯净的半导体称为本征半导体，它的导电能力很弱，利用半导体的参杂特 性，可以制成N型和P型两种杂质半导体。,所谓参杂特性就是半导体的导电能力因掺入适量杂质而发生很大的
5、变化。在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼，电阻率就会下降到原来的几万分之。所以，利用这一特性，可以制造出不同性能、不同用途的半导体器件。而金属导体即使掺入千分之一的杂质，对其电阻率也几乎没有什么影响。,（二）PN结,将一块半导体的一侧掺杂成为P型半导体，而另一侧掺杂成为N型半导体，则在二者的交界处将形成一个PN结，如下图所示。PN结是制造半导体二极管、三极管、晶闸管和单结晶体管等器件的基础。,PN结的结构示意图：,1、PN结加正向电压正向导通,P区接电源正极，N区接电源负极，则为加正向电压，称正向偏置，简称正偏，即UPUN如右图所示。开关S闭合后指示灯泡HL亮，说明此时PN结的电阻很小，像导体
6、一样很容易导电，这种现象称为正向导通。,2、PN结加反向电压反向截止,P区接电源负极，N区接电源正极，则为加反向电压，称反向偏置，简称反偏，即UPUN如右图所示2-3所示。开关S闭合后指示灯泡HL不亮，说明此时PN结的电阻很大，像绝缘体一样不能导电，这种现象称为反向截止。,3、单向导电性,PN结具有加正向电压时导通，加反向电压时截止的特性。即PN结具有单向导电性，其导通电流方向是由P区指向N区。,二、二极管,(一)二极管的结构和符号和分类,1、二极管的结构和符号,二极管的结构：,二极管的符号：,二极管的常见管外形：,2、二极管的分类,（二）二极管的伏安特性,二极管正向偏置电路,二极管反向偏置电
7、路,1、二极管伏安特性曲线,2、特性分析,正向特性,正向特性是指给二极管加上正向电压时的特性,OA段：当二极管两端的电压为零，电流为零当电压升高时，电流很小且基本不变。这个电压区域称死区。硅二极管的死区电压为0.5，锗为0.1。,AB段：当正向电压大于死区电压之后，随着外加电压的增加，正向电流迅速增大，特性曲线接近直线，二极管处于正向导通区。管子两端电压降变化不大，这个电压称为二极管的正向压降，硅管为0.7V，锗管为0.3V。,反向特性,反向特性是指给二极管加上反向电压时的特性,OC段：当二极管两端加反向电压时，反向电流很小，而且在一定范围内基本不随反向电压的变化而变化。这个电压区域称反向截止
8、区。,CD段：当反向电压稍有增加，反向电流急剧增加，特性曲线近似为一条陡峭直线。这时，二极管出现了反向击穿现象，发生反向击穿时的电流为反向击穿电流。,通过上面的分析可以看出：,a、二极管正向电压未达到死区电压时，并不能导通，只有在正向电压达到或超过死区电压时，二极管才能导通。b、二极管的电压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，是非线性器件。c、二极管具有单向导电性，即外加正向电压大于死区电压（死区电压，锗管约为：0.1V,硅管约为0.5V)时,二极管导通；外加反向电压时，二极管截止。d、二极管正向导通后，正向电压变化 范围很小（一般锗管约为0.2V!0.3V,硅管约为0.60.7V),近似
9、恒压特性。e、锗二极管比硅二极管的正向特性曲线上升快，正向电压压降小，但锗管比硅硅管的反向电流大得多，受温度影响比较明显。,3、二极管的主要参数,(1）最大整流电流IDM,(2）最大反向电压URM,(3）反向电流IR,(4）最高工作频率FM,最大整流电流IDM是指二极管长时间工作时允许通过的最大直流电流。使用时，应注意流过二极管的正向最大平均电流不大于这个数值，否则可能损坏二极管。,最大反向电压URM是指二极管正常使用时所允许加的最高反向电压。其值通常取二极管反向击穿电压UBR的一半左右，使用时如果超过此值，二极管将有被击穿的危险。,反向电流IR是指在室温下二极管未被击穿时的反向电流值，或者是
10、加上最大反向工作电压时的反向电流。,最高工作频率FM是指保证二极管能起单向导电作用时的最高工作频率。如果通过二极管电路的频率大于该值，二极管将不能起到单向导电的作用。,4、简单二极管电路分析,例1、如下图二极管电路，R=2 k，试计算VDD=2 V 和 VDD=10 V 时 IO 和 UO 的值，若为理想二极管时，IO 和 UO的值又为多少？（提示：理想二极管的正向压降为0V）,(三)特殊二极管及其应用,1、稳压管,（1）稳压管的稳压作用,稳压管是一种特殊的硅二极管，由于它在电路中与适当数值的电阻配合后能起稳定电压的作用，故称为稳压管。稳压管的伏安持性曲线与普通二极管的类似，如右图所示，其差异
11、是稳压管的反向特性曲线比较陡。,稳压管正常工作于反向击穿区，且在外加反向电压撤除后，稳压管又恢复正常，即它的反向击穿是可逆的。从反向特性曲线上可以看出，当稳压管工作于反向击穿区时，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小，即它能起稳压的作用。,（2）稳压管的符号及应用电路,稳定电压UZ。动态电阻rZ。,最大允许耗散功率PZM。,（3）稳压管的主要参数,稳定电流IZ。,2、光电二极管,光电二极管也是一种特殊二极管。它的特点是：在电路中它一般处于反向工作状态，当没有光照射时，其反向电阻很大，PN结流过的反向电流很小；当光线照射在PN结上时就在PN结及其附近产生电子空穴对，电子和空穴在P
12、N结的内电场作用下作定向运动，形成光电流。如果光的照度发生改变，电子空穴对的浓度也相应改变，光电流强度也随之改变。可见光电二极管能将光信号转变为电信号输出。,光电二极管可用来作为光控元件。当制成大面积的光电二极管时，能将光能直接转换为电能，可作为一种能源，因而称为光电池。,光电二极管的管壳上有一个玻璃口，以便接受光照，光电二极管的伏安特性曲线及符号如右图,3、发光二极管,发光二极管简写为LED，其工作原理与光电二极管相反。由于它采用砷化镓、磷化镓等半导体材料制成，所以在通过正向电流时，由于电子与空穴的直接复合而发出光来。如下图所示为发光二极管的图形符号及其正向导通发光时的工作电路。,4、变容二
13、极管,又称“可变电抗二极管”。是一种利用PN结电容（势垒电容)与其反向偏置电压Vr的依赖关系及原理制成的二极管。所用材料多为硅或砷化镓单晶，并采用外延工艺技术。反偏电压愈大，则结电容愈小。变容二极管具有与衬底材料电阻率有关的串联电阻。对于不同用途，应选用不同C和Vr特性的变容二极管，如有专用于谐振电路调谐的电调变容二极管、适用于参放的参放变容二极管以及用于固体功率源中倍频、移相的功率阶跃变容二极管等。如下图为变容二极管的实物图和电路符号。,1、二极管的外型识别,(四)二极管的识别与检测,2、二极管的简易测试,（1）判别二极管的极性,测正向电阻原理图如右图,测量时把万用表置于100挡或1K档，不
14、可用1挡或10K档，前者电流太大，后者电压太高，有可能对二极管造成不利的影响。将两表棒分别接二极管的两个电极，交换电极再测一次，从而得到两个电阻值。可由测得电阻值中数值小的一次测量来确定其正、负极，即黑表棒接的是二极管的正极，红表棒接的是二极管的负极，如右图,测量方法：,（2）检测二极管的好坏,检查时，用万用表的红、黑两根表棒，分别正接和反接二极管两端，即可测出大、小两个阻值。测得的正、反向电阻值相差很大，则表示该二极管的单向导电性能好；测得的正、反电阻值差不多，则表示二极管性能差；正反向电阻均为，则表示内部断路；正反向电阻均为0，则表示两个电极短路。,3、将二极管的测量数据记录于下表:,一、
15、整流电路的常见分类方式,知识链接2 单相整流电路,二、单相半波整流电路,1.电路组成及工作原理,2.负载上直流电压与电流值的估算,3.二极管的选择,4、电路特点。,输出电压脉动大，而且电源利用率低，所以单相半波整流电路只能满足要求较低的场合。,三、单相桥式整流电路,1.电路组成及工作原理,单相桥式整流电路的组成,桥式整流电路工作原理分析,注意：不管在变压器输出的正半周、还时负半周，桥式整流电路都会提供输出极性相同的通路，即输出极性为上正下负。,2、桥式整流电路输出参数和二极管参数的选取,3、电路特点,桥式整流电路复杂，但输出电压脉动小，电源利用率高，是首选的单相整流电路。,4、整流桥堆的使用,
16、桥式整流电路非常常用，通常把4个整流二极管根据桥式整流的连接结构封装在一起，这就是整流桥堆。如下图所示：,例题1、试分析下图所示桥式整流电路中的二极管D2 或D4 断开时负载电压的波形。如果D2 或D4 接反，后果如何？如果D2 或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？,解：当D2或D4断开后，电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和D3导通，负载中有电流过，负载电压uo=u；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，uo=0。波形图如上图所示。如果D2或D4接反，则正半周时，二极管D1、D4或D2、D3导通，电流经D1、D4或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D
17、1、D4或D2、D3将被烧坏。如果D2或D4因击穿烧坏而短路，则正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。,四种不同引脚分布集成电路外形示意图,知识链接3 集成电路,（二）集成稳压电源,1三端集成稳压器,（1）外形特性。只有三个引脚，标准封装是TO-220，也有TO-92封装。（2）系列。78和79两个系列。（3）散热片要求。小功率应用时不用散热片，但带大功率时要在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器，否则稳压管温度过高，稳压性能将变差，甚至损坏。（4）输出电压规格。5V、6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V；5V、6V、8V、9V、12V、15V、
18、18V、24V。（5）输入电压范围。上限可达30余伏，为保证工作可靠性，比输出电压高出35V余量，过高的输入电压将导致器件的严重发热，甚至损坏，同时输入电压也不能比输出电压低2V，否则稳压性能不好。（6）保护电路。电路内部设有过电流、过热及调整管保护电路。,2三端固定集成稳压器,1）输出正电压的三端固定稳压器,CW78XX系列三端固定稳压器，它们型号的后两位数字就表示输出电压值，比如CW7805表示输出电压为5V。,三端固定集成稳压器外形,CW78XX系列集成稳压器,2）输出负电压的三端固定稳压器,CW79XX系列三端固定稳压器是负电压输出，在输出电压挡次电流挡次等方面与CW78XX的规定一样
19、。它们型号的后两位数字表示输出电压值，比如CW7905表示输出电压为5V。其功能图如图4-16所示。“2”为输入端，“3”为输出端，“1”为公共端。,CW79XX系列集成稳压器,CW117、CW217、CW317系列是正电压输出的三端可调集成稳压器，输出电压在1.2V37V范围内连续可调，电位器RP和电阻R1组成取样电阻分压器，接稳压器的调整端1脚，改变RP可调节输出电压Uo的大小。其功能图如图4-17所示。集成稳压器的“1”为调整端，“2”为输出端，“3”为输入端。在输入端并联电容C1旁路整流电路输出的高频干扰信号，电容C2可消除RP上的纹波电压，使取样电压稳定，C3起消振作用。,3三端可调
20、集成稳压器,1）输出正电压的可调集成稳压器,CW317三端可调集成稳压器,CW79XX系列集成稳压器,CW137、CW237、CW337系列是负电压输出的三端可调集成稳压器，输出电压在1.2V37V范围内连续可调，电位器RP和电阻R1组成取样电阻分压器，接稳压器的调整端1脚，改变RP可调节输出电压Uo的大小，其功能图如图4-18所示。集成稳压器的“1”为调整端，“2”为输出端，“3”为输入端。C1、C2、C3的作用与图4-17相同。,CW337三端可调集成稳压器,2）输出负电压的可调集成稳压器,一、实训内容,制作直流稳压电源,二、实训目标,（1）掌握基本的手工焊接技术。（2）能熟练在万能印制电
21、路板上进行合理布局布线。（3）熟悉整流、滤波、稳压电路的工作原理。（4）熟悉与使用集成稳压器CW317。（5）掌握直流稳压源几项主要技术指标的测试方法。,三、实训器材,（1）电烙铁等常用电子装配工具。（2）万用表、示波器。,四、实训步骤,操作分析,1电路原理图及工作原理分析,大多数电子仪器都需要将电网提供的220V，50Hz的交流电转换为符合要求的直流电源，而直流稳压电源是一种通用的电源设备，它能为各种电子仪器和电路提供稳定直流电压。当电网电压波动，负载变化以及环境温度变化时，其输出电压能相对稳定。直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路和显示电路组成。,2装配要求和方法,（4）清点
22、元件：按表4-9配套明细表核对元件的数量和规格，应符合工艺要求，如有短缺、差错应及时补缺和更换。,工艺流程：准备熟悉工艺要求绘制装配草图核对元件数量、规格、型号元件检测元器件预加工万能电路板装配、焊接总装加工自检。（1）准备：将工作台整理有序，工具摆放合理，准备好必要的物品。（2）熟悉工艺要求：认真阅读电路原理图和工艺要求。（3）绘制装配草图。,（5）元件检测：用万用表的电阻挡对元器件进行逐一检测，对不符合质量要求的元器件剔除并更换。（6）元件预加工。,（7）万能电路板装配工艺要求。电阻、二极管均采用水平安装方式，高度紧贴印制板，色码方向一致。电容采用垂直安装方式，高度要求为电容的底部离板8m
23、m。发光二极管采用垂直安装方式，高度要求底部离板8mm。所有焊点均采用直脚焊，焊接完成后剪去多余引脚，留头在焊面以上0.51mm，且不能损伤焊接面。万能接线板布线应正确、平直，转角处成直角；焊接可靠，无漏焊、短路等现象。,表4-9配套明细表,（8）总装加工：电源变压器用螺钉紧固在万能电路板的元件面，一次侧绕组的引出线向外，二次侧绕组的引出线向内，万能电路板的另外两个角上也固定两个螺钉，紧固件的螺母均安装在焊接面。电源线从万能电路板焊接面穿过打结孔后，在元件面打结，再与变压器一次侧绕组引出线焊接并完成绝缘恢复，变压器二次侧绕组引出线插入安装孔后焊接。（9）自检：对已完成的装配、焊接的工件仔细检查质量，重点是装配的准确性，包括元件位置、电源变压器的绕组等；焊点质量应无虚焊、假焊、漏焊、搭焊及空隙、毛刺等；检查有无影响安全性能指标的缺陷；元件整形。实物图如下图 所示。,3调试与检测,（1）用万用表测试直流稳压电源的电源变压器的次级电压，整流电压，滤波电压、输出最高电压和最低电压，并填入下表。,整流输出电压理论值为，实测值为,误差为。,（2）用示波器测试直流稳压电源的电源变压器的次级电压波形，整流电压波形，滤波电压波形、输出电压波形，并填入下表。,操作评价,结束！,
