第一章电子技术基础

四川省仁寿县职业教育中心理论教学教案

教学过程

[引入新课]

[新课教案]

一、什么是半导体？

物质的导电能力介于导体和半导体之间。常见的半导体材料如硅、锗等。

二、半导体的基本特性

半导体的导电能力随着掺入杂质、输入电压（电流）、温度和光照条件的不同而发生很大变化。

1、掺杂性：在纯净的半导体中掺入及其微量的杂质元素，则它的导电能力将大大增强。

2、热敏性：温度升高，将使半导体的导电能力大大增强。

3、光敏性：对半导体施加光线照射时，光照越强，导电能力越强。

三、半导体的分类

分为本征半导体和杂质半导体。

1、本征半导体：不含其他杂质的纯净半导体。

【载流子：本征半导体中存在自由电子和空穴两种载流子，但由于其载流子数量太少，且受温度影响太明显，因此本征半导体不能直接用来制造晶体二极管。】

2、杂质半导体

N型半导体：在本征半导体中掺入少量五价元素磷或砷，称为N型半导体。其多数载流子为电子，少数载流子为空穴，主要靠

自由电子导电。

P型半导体：在本征半导体中参入少量三家

元素铟或硼，称为P型半导体。其多数载流子

为空穴，少数载流子为电子，主要靠空穴导电。

[课后练习]

1、半导体与金属相比较有什么特点？

答：（1）半导体的导电能力较弱

（2）金属靠自由电子导电，半导体靠自由电子和空穴导电。

2、半导体具有哪些特性？答：三个特性

3、什么是P型半导体？什么是N型半导体？

答：主要靠空穴导电的是P型半导体，主要靠自由电子导电的是N型半导体。

4、N型半导体本身是带负电的还是中性的？为什么？

四川省仁寿县职业教育中心理论教学教案

内容

教学

程序

引入——新课——小结

学情

分析

在元器件课程中学生了解一些基本知识。教学

方法

讲授

教学

重点

二极管的特性及特性曲线

教学

手段

多媒体教学视频

教学

难点

二极管的特性曲线及测量方法

板

书

设

计

晶体二极管

一、二极管的构成和符号二、二极管的导电特性三、例题

（一）构成（一）实验一四、二极管的检测

（二）符号（二）实验二

（三）分类

教

学

过

[引入新课]

以前在元器件当中我们学习过二极管的符号、作用、分类和实训测量方法，以前学的是外表上面的，本书所讲的是从外到内的。

[新课教案]

一、二极管的结构和符号

（一）结构

在本征半导体上利用特殊工艺分别渗入硼元素和磷元素加工出一半是P型半导体、一半是N型半导体，在P型和N型半导体的结合部位形成一个特殊的结构，即PN结，

PN结是构成各种半导体器件的基础。

在P区和N区两侧各接上电极引线，并将其封装在密封的壳体中，即构成半导体二极管，如图。接在P区的引线称为阳极（正极）用a表示，接在N区的引线称为阴

极或负极，用k表示。

二极管的核心即是一个PN结。

（二）符号

程电子技术中的所有元件在电路图中都是用符号来表示的，二极管的符号

图中三角箭头代表二极管正向导电时电流的方向通常用V或D来表示（以后都统一用V来表示）。

二、二极管的导电特性

1、单相导电性:二极管加正向偏压时导通，加反向偏压时截止。

正向偏置：二极管正极加正电压，负极加负电压。二极管导通

反向偏置：二极管负极加正电压，正极加负电压。二极管截止

【实验探究】二极管的导电特性（一）认识元件

认识实验中使用的元件：电池、电阻、开关、二极管、指示灯。

（二）实验一

实验电路如下图：讲解电路构成。

结论：指示灯亮，说明二极管导通，称为导通状态。

二极管导通时，其阳极电位高于阴极电位，此时的外加电压称为正向电压，二极管处于正向偏置状态，简称“正偏”。

（三）实验二

结论：灯泡不亮，说明二极管不导通，称为截止状态

二极管截止时，其阳极电位低于阴极电位，此时的外加电压称为反向电压，二极管处于反向偏置状态，简称“反偏”。

【补充知识】分析下图所示电路中开关S闭合后，H1和H2两个指示灯哪一个能发光.

解：由图可知，开关S闭合后，只有V1二极管处于正向偏置状态，所以H1指示灯发光，V2反偏，H2不发光。

如下图a、图b所示电路中，那些灯泡可能发光，为什么？

解：（图a）V1导通，H1 H2亮V2截止，H 3不亮

（图b）二极管V1截止，指示灯不亮

2、二极管的特性曲线

伏安特性：二极管的导电性能由加在二极管两端的电压和流过二极管的电流来决定，这两者之间的关系称为二极管的伏安特性。硅二极管的伏安特性曲线如图所示。

（1）正向特性（二极管正极电压大于负极电压）

①死区：当正向电压较小时，正向电流极小，二极管呈现很大的电阻，如图中OA 段，通常把这个范围称为死区。

死区电压：硅二极管0.5 V左右，锗二极管0.2 V。

②正向导通区：当外加电压大于死区电压后，电流随电压增大而急剧增大，二极管导通。

导通电压：硅二极管0.6~0.7 V，锗二极管0.2~0.3 V。

（2）反向特性（二极管负极电压大于正极电压）

①反向饱和电流：当加反向电压时，二极管反向电流很小，而且在很大范围内不随反向电压的变化而变化，故称为反向饱和电流。

②反向击穿：若反向电压不断增大到一定数值时，反向电流就会突然增大，这种现象称为反向击穿。普通二极管不允许出现此种状态。

备注：二极管的伏安特性不是直线，说明二极管属于非线性器件。锗二极管的特性曲线与硅二极管相似，有一定差异。

三、二极管的选用及主要参数

1、分类

（1）、二极管根据所用半导体材料不同分为锗管和硅管。

（2）、根据内部结构不同可分为点接触型和面接触型。点接触型主要用于高频小电流场合如：检波、混频、小电流整流。面接触

型主要用于低频大电流场合如：大电流整流。

（3）按用途分：

2、主要参数

（1）最大整流电流IFM：二极管长时间工作

时允许通过的最大直流电流。

（2）最高反向工作电压VRM：二极管正常使用时允许加的最高反向电压。

（3）反向漏电流I S：规定的反向电压和环境温度下，二极管反向电流值。

（4）最高工作频率fM

四、二极管的简易测量

1、判别正负极性

万用表测试条件：R ? 100 Ω 或R ? 1 kΩ；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 kΩ。

(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。

小结

作业题

思考题

复习课本P14 第1、4、5题

教学

质量反馈

好

课后反思实验探究和补充知识有助于学生理解，和增强其动手能力和思维能力，但实验器材不全和补充知识有一定的难度，应根据学生的实际灵活处理。

四川省仁寿县职业教育中心理论教学教案

教

学

过

程

实现将电源供给的交流电变换成直流电，并在当电网电压波动或负载改变时，能保持输出直流电压基本不变。（如手机充电器可以给不同型号的手机充电，但不提倡）

2、组成框图

3、各部分作用

(1)电源变压器：将交流电变换为整流所需的交流电压值。（通过电源变压器的降

压作用）。

(2)整流电路：将大小和方向都变化的交流电变为单一方向的脉动直流电。（利用

整流二极管的单向导电性）

(3)滤波电路：将脉动直流电中的交流成分滤掉，转变为平滑的直流电。（利用电

容和电感的充放电特性）

(4)稳压电路：使直流电源的输出电压稳定，消除由于电网电压波动、负载变化对

输出出电压的影响。（利用稳压二极管的反向击穿特性）

二、单相半波整流电路

1、电路结构

T：电源变压器，把v1变成整流电路所需的电压v2。

V：整流二极管，把交流电变成脉动直流电；

2、工作原理

设v2为正弦波，波形如图所示。

(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v L ≈ 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v L ≈ 0。

由波形可见，v2一周期内，负载只有单方向的半个波形，这种大小波动、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v L。由于电路仅利用v2的半个波形，故称为半波整流电路。

3、负载和整流二极管上的电压和电流

(1) 负载电压

V L = 0.45V 2

(2) 负载电流 45.0L

2

L L L R V R V I ==

(3) 二极管正向电流 L

2

L V 45.0R V I I =

= (4) 二极管反向峰值电压

22RM 41.12V V V ≈=

选管条件：

(1) 二极管的额定电压（允许的最大反向电压）应大于承受的反向峰值电压；

22RM 41.12V V V ≈≥

(2) 二极管的额定电流（允许的最大整流电流）应大于流过二极管的实际工作电流。

L

2

L VM 45.0R V I I =

≥ 4、电路优点、缺点

电路优点：电路简单、成本低

电路缺点：电源利用率低，输出电压脉动大。 解决办法：全波整流。

三、单相全波整流电路

?

??桥式变压器中心抽头式

全波整流

（一）、变压器中心抽头式单相全波整流电路

1．电路图

变压器中心抽头式单相全波整流电路如图所示。V 1、V 2为性能相同的整流二极管；T 为电源变压器，作用是产生大小相等而相位相反的v 2a 和v 2b 。

2．工作原理

(1) v 1正半周时，T 次级A 点电位高于B 点电位，在v 2a 作用下，V 1导通(V 2截止)，i V1自上而下流过R L ；

(2) v 1负半周时，T 次级A 点电位低于B 点电位，在v 2b 的作用下，V 2导通(V 1截止)，i V2自上而下流过R L ；

可见，在v 1一周期内，流过二极管的电流i V1、i V2叠加形成全波脉动直流电流i L ，于

是R L 两端产生全波脉动直流电压v L 。故电路称为全波整流电路。

3．负载和整流二极管上的电压和电流 (1) 负载电压

2L 9.0V V =

(2) 负载电流 L

2

L L L 9.0R V R V I =

=

(3) 二极管的平均电流 L V 2

1I I =

(4) 二极管承受反向峰值电压 2RM 22V V =

优点：整流效率高，输出电压波动小

缺点：单管承受的反向峰值压比半波整流高一倍，变压器T 需中心抽头。 （二）、单相桥式全波整流电路 1、电路结构

单相桥式全波整流电路如图所示。V 1 ~ V 4为整流二极管，电路为桥式结构。 2、工作原理

(1) v 2正半周时，A 点电位高于B 点电位，V 1、V 3导通，电流经A-V1-RL-V3-B; i 1自上而下流过负载R L ；

(2) v 2负半周时， A 点电位低于B 点电位，V 2、V 4导通，电流经B-V2-RL-V4-A ，i 2自上而下流过负载R L ；

由波形图可见，v 2一周期内，两组整流二极管轮流导通产生的单方向电流i 1和i 2叠加形成了i L 。于是负载得到全波脉动直流电压v L 。

3、负载和整流二极管上的电压和电流

(1) 负载电压

2L 9.0V V =

(2) 负载电流

L

2

L L L 9.0R V R V I =

= (3) 二极管的平均电流

L V 2

1

I I = (4)二极管承受反向峰值电压为

2RM 2V V =

缺点：电路复杂。优点：输出电压高，纹波小，V RM 较低，应用广泛。桥式整流电路简化画法如图所示。

[例1.2.1] 有一直流负载，需要直流电压V L = 60 V ，直流电流I L = 4 A 。若采用桥式整流电路，求电源变压器次级电压V 2，并选择整流二极管。

解 因为2L 9.0V V = 所以V 7.669

.0V 609.0L 2≈==V V 流过二极管的平均电流

A 2A 421

21L V =?==

I I 二极管承受的反向峰值电压

V 947.6641.122RM ≈?==V V

四、整流桥堆、硅堆

（一）整流桥堆

1、 结构：整流桥堆产品是由四只整流硅芯片作桥式连接，外用绝缘朔料封装而成，大功率整流桥在绝缘层外添加锌金属壳包封，增强散热。 分为半桥和全桥。

2、特点：桥式整流器品种多，性能优良（内部的四只整流硅芯片一般是挑选配对

的，所以其性能较接近），整流效率高，稳定性好，最大整流电流从0.5A 到50A ，最高反向峰值电压从50V 到1000V 。

3、封装（外形）：有扁形、圆形、方形、板凳形（分直插与贴片）等。 （二）整流硅堆

单独一个硅二极管耐压有限，许多个串接起来做在一个器件中，作为高压整流元件，就叫高压硅堆，在高压电路中相当于一个单独的二极管。

1、特点： 1.采用最新工艺水平制作的管芯结构 2.低漏流、低功率、可靠性高 3.优异的抗瞬间大电流冲击性能 4.反向雪崩击穿特性 5.工作结温-40°C ～+175°C 6.多种外形尺寸选择或定制 7.在电路中起高压整流、隔离、保护等作用

2、产品型号参数： 2CL/2DL(低频系列) （20mA-100mA 30KV-500KV ）

2CLG/2DLG(高频系列) （5mA-1A 30KV-200KV ）

3、检测：高压硅堆内部是由多只高压整流二极管（硅粒）串联组成，检测时，可用万用表的R ×10k 档测量其正、反向电阻值。正常的高压硅堆，其正向电阻值大于200k Ω，反向电阻值为无穷大。若测得其正、反向均有一定电阻值，则说明该高压硅堆已软击穿损坏。

小结：

1．单相半波整流电路负载所获得的电压、电流是正弦半波，其电压平均值为

2O 450V .V =；整流二极管的极限参数选择：应使VM I ≥O I ，RM V ≥22V 。

2．单相全波整流电路采用全波整流，使输出电压平均值提高一倍，即2O 90V .V =。全波整流电路的主要缺点是管子的耐压值需要提高一倍，电源变压器需要有中心抽头，因此元器件费用增加。

3．单相桥式整流电路为全波整流电路，在电源正、负半周时，两组电路轮流工作，所

以二极管的电流平均值仅为负载电流的一半。

[实验链接]

桥式整流电路的连接：

两两先串联，阴阳接电源，共阴出正极，共阳出负端。

[典型例题] P19

1、如图所示桥式整流电路，若出现以下问题，分析对电路正常工作的不良影响。

（1）二极管V1极性被反接：正半周不通，负半周电源经V2 、V1短路，烧毁V2、V1，甚至变压

器。

（2）二极管V2开路或脱焊：半波整流，电压的波动增加，输出电压下降为0.45V2。

（3）二极管V3被击穿短路：在正半周正常，负半周时，电源经过V2，V1短路，会烧毁V2、V1，，

或者变压器。

（4）RL短路，就是电源经过二极管后直接短路，IL很大，会把二极管烧毁或者变压器烧毁。

（5）全部接反，对电路无影响，波形全部变成了负半周。（但如果接入了有极性的滤波电容，则电

容极性反接会烧毁C。）

小结

作业题

思考题

课本P19第3题、第4题

教学

质量反馈

好

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教

学 方

法

讲授

教学 重点

教

学 手段

多媒体教学视频

教学 难点

板书

设 计

+

+

+

+

4

1

2

3

2

1

R 220V

+

L u -u L

2

u D 4

D 3

D D 1

C

2

L R R ==

2

I =2V =)

R 2V ≥（1）滤波原理:

对直流分量( f =0):X L =0 相当于短路,电压大部分降在R L 上。对谐波分量: f 越高,X L 越大,电压大部分降在X L 上。因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。U 0=0.9U 2

当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：

u 2

u 1R L L

u 0

有电感滤波的整流电路

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