項(xiàng)目一

直流穩(wěn)壓電源的制作直流穩(wěn)壓電源（也稱為直流穩(wěn)壓器）是一種常用的電子儀器，其功能是將交流電轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備所需要的直流電，為各種電子電路提供直流電源。直流穩(wěn)壓電源在各種科研裝置和電子電氣裝置中都是必不可少的供電設(shè)備之一。小功率直流穩(wěn)壓電源一般由變壓器及整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，如圖所示。組裝與測(cè)試穩(wěn)壓電路任務(wù)四組裝與測(cè)試濾波電路任務(wù)三組裝與測(cè)試整流電路任務(wù)二識(shí)別與檢測(cè)半導(dǎo)體二極管任務(wù)一020401直流穩(wěn)壓電源的制作03任務(wù)一識(shí)別與檢測(cè)半導(dǎo)體二極管任務(wù)評(píng)價(jià)任務(wù)總結(jié)虛擬仿真實(shí)踐操作任務(wù)目標(biāo)原理探究12456837任務(wù)引入任務(wù)拓展了解半導(dǎo)體二極管的種類；熟悉各種二極管的名稱；了解不同類型二極管的作用；掌握面包板、萬用表和信號(hào)發(fā)生器等電子設(shè)備的使用方法；掌握二極管的檢測(cè)方法，對(duì)各種二極管進(jìn)行正確的測(cè)量。任務(wù)目標(biāo)近年來，在全球巨大的市場(chǎng)需求下，我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)強(qiáng)勢(shì)增長(zhǎng)。世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織（WSTS）數(shù)據(jù)顯示，2023年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售額為5201億美元，同比下降9.4%，而我國(guó)大陸地區(qū)半導(dǎo)體設(shè)備銷售額同比增長(zhǎng)28.3%。電子技術(shù)水平是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，電子工業(yè)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。電子工業(yè)的發(fā)展速度和技術(shù)水平，直接影響著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平，關(guān)系著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展速度；也直接影響著人民的物質(zhì)、文化生活水平，關(guān)系著廣大人民群眾的切身利益。任務(wù)引入原理探究1.1.1半導(dǎo)體基本知識(shí)1.1.2半導(dǎo)體二極管1.1.1半導(dǎo)體基本知識(shí)導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體物質(zhì)按其導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱，可分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。1.導(dǎo)體：導(dǎo)電能力很強(qiáng)的物質(zhì)。如低價(jià)元素銅、鐵、鋁等。2.絕緣體：導(dǎo)電能力很弱，基本上不導(dǎo)電的物質(zhì)。如高價(jià)惰性氣體和橡膠、陶瓷、塑料等高分子材料等。3.半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。如硅、鍺等四價(jià)元素。1.1.1半導(dǎo)體基本知識(shí)

半導(dǎo)體的最外層電子數(shù)一般為4個(gè)，在常溫下存在的自由電子數(shù)介于導(dǎo)體和絕緣體之間，因而在常溫下半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力也是介于導(dǎo)體和絕緣體之間。常用的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、硒等。

++Si(硅原子)Ge(鍺原子)1.1.1半導(dǎo)體基本知識(shí)

最常用的半導(dǎo)體為硅(Si)和鍺(Ge)。它們的共同特征是四價(jià)元素，即每個(gè)原子最外層電子數(shù)為4個(gè)。硅原子和鍺原子的簡(jiǎn)化模型圖Si+4Ge+4因?yàn)樵映孰娭行裕院?jiǎn)化模型圖中的原子核只用帶圈的+4符號(hào)表示即可。1.1.1半導(dǎo)體基本知識(shí)

本征半導(dǎo)體原子核最外層的價(jià)電子都是4個(gè)，稱為四價(jià)元素，它們排列成非常整齊的晶格結(jié)構(gòu)。每一個(gè)原子均與相鄰的四個(gè)原子結(jié)合，即與相鄰四個(gè)原子的價(jià)電子兩兩組成電子對(duì)，構(gòu)成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4實(shí)際上半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)是三維的。晶格結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)1.本征半導(dǎo)體

純凈的不含任何雜質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)排列整齊的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。1.1.1半導(dǎo)體基本知識(shí)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4從共價(jià)鍵晶格結(jié)構(gòu)來看，每個(gè)原子外層都具有8個(gè)價(jià)電子。但價(jià)電子是相鄰原子共用，所以穩(wěn)定性并不能象絕緣體那樣好。在游離走的價(jià)電子原位上留下一個(gè)不能移動(dòng)的空位，叫空穴。

受光照或溫度上升影響，共價(jià)鍵中價(jià)電子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，一些價(jià)電子會(huì)掙脫原子核的束縛游離到空間成為自由電子。

由于熱激發(fā)而在晶體中出現(xiàn)電子空穴對(duì)的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。

本征激發(fā)的結(jié)果，造成了半導(dǎo)體內(nèi)部自由電子載流子運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生，由此本征半導(dǎo)體的電中性被破壞，使失掉電子的原子變成帶正電荷的離子。

由于共價(jià)鍵是定域的，這些帶正電的離子不會(huì)移動(dòng)，即不能參與導(dǎo)電，成為晶體中固定不動(dòng)的帶正電離子。＋＋＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4受光照或溫度上升影響，共價(jià)鍵中其它一些價(jià)電子直接跳進(jìn)空穴，使失電子的原子重新恢復(fù)電中性。

價(jià)電子填補(bǔ)空穴的現(xiàn)象稱為復(fù)合。

參與復(fù)合的價(jià)電子又會(huì)留下一個(gè)新的空位，而這個(gè)新的空穴仍會(huì)被鄰近共價(jià)鍵中跳出來的價(jià)電子填補(bǔ)上，這種價(jià)電子填補(bǔ)空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)使本征半導(dǎo)體中又形成一種不同于本征激發(fā)下的電荷遷移，為區(qū)別于本征激發(fā)下自由電子載流子的運(yùn)動(dòng)，我們把價(jià)電子填補(bǔ)空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)稱為空穴載流子運(yùn)動(dòng)。

半導(dǎo)體與金屬導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理本質(zhì)上的區(qū)別：金屬導(dǎo)體中只有自由電子一種載流子參與導(dǎo)電；而半導(dǎo)體中則是由本征激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和復(fù)合運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的空穴兩種載流子同時(shí)參與導(dǎo)電。兩種載流子電量相等、符號(hào)相反，電流的方向?yàn)榭昭ㄟ\(yùn)動(dòng)的方向即自由電子運(yùn)動(dòng)的反方向。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4

半導(dǎo)體內(nèi)部，自由電子和空穴的運(yùn)動(dòng)總是共存的，且在一定溫度下達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體具有光敏性、熱敏性和摻雜性的獨(dú)特性能，因此在電子技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。光敏性——半導(dǎo)體受光照后，其導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)；熱敏性——受溫度的影響，半導(dǎo)體導(dǎo)電能力變化很大；摻雜性——在半導(dǎo)體中摻入少量特殊雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力極大地增強(qiáng)；半導(dǎo)體材料的獨(dú)特性能是由其內(nèi)部的導(dǎo)電機(jī)理所決定的。2.半導(dǎo)體的特性

1.1.1半導(dǎo)體基本知識(shí)摻入磷雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶格中，自由電子的數(shù)量大大增加。因此自由電子是這種半導(dǎo)體的導(dǎo)電主流。

在本征半導(dǎo)體摻入某種元素的微量雜質(zhì)，將使摻雜后的雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能大大增強(qiáng)。+五價(jià)元素磷(P)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4P

在室溫情況下，本征硅中的磷雜質(zhì)等于10-6數(shù)量級(jí)時(shí)，電子載流子的數(shù)目將增加幾十萬倍。摻入五價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體由于自由電子多而稱為電子型半導(dǎo)體，也叫做N型半導(dǎo)體。3.雜質(zhì)半導(dǎo)體

摻入硼雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶格中，空穴載流子的數(shù)量大大增加。因此空穴是這種半導(dǎo)體的導(dǎo)電主流。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三價(jià)元素硼(B)B+

摻入三價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，由于空穴載流子的數(shù)量大大于自由電子載流子的數(shù)量而稱為空穴型半導(dǎo)體，也叫做P型半導(dǎo)體。在P型半導(dǎo)體中，多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是自由電子，而不能移動(dòng)的離子帶負(fù)電。－

不論是N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，其中的多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但是，由于多子的數(shù)量遠(yuǎn)大于少子的數(shù)量，因此雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能主要取決于多子濃度。多子濃度主要取決于摻雜濃度。注意：摻入雜質(zhì)后雖然形成了N型或P型半導(dǎo)體，但整個(gè)半導(dǎo)體晶體仍然呈電中性。1.1.1半導(dǎo)體基本知識(shí)4.PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)形成的過程中，多數(shù)載流子的擴(kuò)散和少數(shù)載流子的漂移共存。開始時(shí)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果使PN結(jié)加寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)；另一方面，內(nèi)電場(chǎng)又促使了少子的漂移運(yùn)動(dòng)：削弱了內(nèi)電場(chǎng)，使PN結(jié)變窄。最后，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本穩(wěn)定，即PN結(jié)形成。1.1.1半導(dǎo)體基本知識(shí)P區(qū)N區(qū)空間電荷區(qū)變窄i外電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向PN結(jié)的正向偏置P區(qū)N區(qū)空間電荷區(qū)變寬外電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向PN結(jié)的反向偏置1.1.2半導(dǎo)體二極管箭頭指向?yàn)槎O管正向?qū)娏鞣较颍褂枚O管時(shí)，必須注意極性不能接反，否則電路非但不能正常工作，還有毀壞管子和其他元件的可能。1.半導(dǎo)體二極管基本結(jié)構(gòu)

1.1.2半導(dǎo)體二極管二極管的類型點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，適用于高頻檢波、脈沖電路及計(jì)算機(jī)中的開關(guān)元件。外殼觸絲N型鍺片正極引線負(fù)極引線N型鍺面接觸型：結(jié)面積大，適用于低頻整流器件。負(fù)極引線底座金銻合金PN結(jié)鋁合金小球正極引線1.1.2半導(dǎo)體二極管負(fù)極引線P型硅二氧化硅層PN結(jié)正極引線平面型：PN結(jié)面積可大可小，用在高頻整流和開關(guān)電路中二極管的類型1.1.2半導(dǎo)體二極管2.二極管的伏安特性U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060

(

A)4020

二極管的伏安特性是指流過二極管的電流與兩端所加電壓的函數(shù)關(guān)系。

二極管的伏安特性呈非線性，特性曲線上大致可分為四個(gè)區(qū)：2.外加正向電壓超過死區(qū)電壓(硅管0.5V，鍺管0.1V)時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)大大削弱，正向電流迅速增長(zhǎng)，二極管進(jìn)入正向?qū)▍^(qū)。硅二極管的正向?qū)妷杭s為0.7V，鍺二極管的正向?qū)妷杭s為0.3V。死區(qū)正向?qū)▍^(qū)反向截止區(qū)1.當(dāng)外加正向電壓很低時(shí)，由于外電場(chǎng)還不能克服PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻力，故正向電流很小，幾乎為零。這一區(qū)域稱之為死區(qū)。4.外加反向電壓超過反向擊穿電壓UBR時(shí)，反向電流突然增大，二極管失去單向?qū)щ娦裕M(jìn)入反向擊穿區(qū)。反向擊穿區(qū)3.反向截止區(qū)內(nèi)反向飽和電流很小，可近似視為零值。3.二極管的主要參數(shù)1）最大整流電流IFM：指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。其大小由PN結(jié)的結(jié)面積和外界散熱條件決定。2）最高反向工作電壓URM：指二極管長(zhǎng)期安全運(yùn)行時(shí)所能承受的最大反向電壓值。一般取擊穿電壓的一半作為最高反向工作電壓值。3）反向電流IR：指二極管未擊穿時(shí)的反向電流。IR值越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩７聪螂娏麟S溫度芙蓉變化而變化較大。4）最大工作頻率fM：此值由PN結(jié)的結(jié)電容大小決定。若二極管的工作頻率超過該值，則二極管的單向?qū)щ娦阅軐⒆兊幂^差。1.1.2半導(dǎo)體二極管當(dāng)ui>US時(shí)，二極管導(dǎo)通，uo=USuitUSuoUSVD導(dǎo)通VD導(dǎo)通VD截止t當(dāng)ui<US時(shí)，二極管截止，uo=uiuo=USuo=uiVD截止VD截止（1）限幅電路4.二極管的應(yīng)用1.1.2半導(dǎo)體二極管1.當(dāng)輸入端A點(diǎn)電位VA<V＋，二極管VD正偏導(dǎo)通，若忽略二極管的管壓降，VF=VA。2.當(dāng)輸入端A點(diǎn)電位VA>V＋，二極管VD反偏截止，電阻R上無電流通過，VF=V＋。VA<V＋VF=VAVA>V＋VF=V＋將電路中某點(diǎn)電位值鉗制在一個(gè)固定數(shù)值上，而不受負(fù)荷變動(dòng)影響的電路稱為鉗位電路。（2）鉗位電路1.1.2半導(dǎo)體二極管【例1】已知二極管限幅電路中輸入電壓，圖（a）中VD1、VD2為硅管，其正向?qū)▔航稻鶠?.7V。試畫出輸出電壓的波形。（a）電路圖（b）波形圖圖

二極管雙向限幅電路由上述分析結(jié)果可畫出輸出電壓波形，如圖（b）所示。顯然該電路中的二極管起到了將輸出電壓限幅在-0.7～+0.7V的作用。I(mA)403020100-5-10-15-20(μA)0.40.8－12－8－4U(V)

穩(wěn)壓二極管的反向電壓幾乎不隨反向電流的變化而變化，這就是穩(wěn)壓二極管的顯著特性。D

穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管，其反向擊穿可逆。正向特性與普通二極管相似反向擊穿特性ΔIZΔUZ（1）穩(wěn)壓二極管實(shí)物圖圖符號(hào)及文字符號(hào)

顯然穩(wěn)壓管的伏安特性曲線比普通二極管的更加陡峭。5.特殊二極管1.1.2半導(dǎo)體二極管

為了發(fā)揮穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用，在使用時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：1）穩(wěn)壓管使用時(shí)必須加反向電壓即正極接低電位，負(fù)極接高電位。2）穩(wěn)壓管在電路中應(yīng)與被穩(wěn)壓的負(fù)載并聯(lián)連接。3）為防止穩(wěn)壓管反向工作電流超過最大值而過熱損壞，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻。汽車儀表穩(wěn)壓電路

1.1.2半導(dǎo)體二極管

發(fā)光二極管是一種能把電能直接轉(zhuǎn)換成光能的固體發(fā)光元件。發(fā)光二極管和普通二極管一樣，管芯由PN結(jié)構(gòu)成，具有單向?qū)щ娦浴?shí)物圖圖符號(hào)和

文字符號(hào)D

發(fā)光管正常工作時(shí)應(yīng)正向偏置，因發(fā)光管屬于功率型器件，因此死區(qū)電壓較普通二極管高，其正偏工作電壓至少要在1.3V以上。（2）發(fā)光二極管1.1.2半導(dǎo)體二極管

PN結(jié)頂部由玻璃窗口的金屬材料封裝或用透明樹脂封裝，以便于接受光的照射。在PN結(jié)受到光線照射時(shí)，可以激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，從而提高了少數(shù)載流子的濃度。無光照時(shí)，反向電流很小；有光照時(shí)，反向電流急劇增加，且光照越強(qiáng)，反向電流越大。（3）光電二極管1.1.2半導(dǎo)體二極管圖（a）中二極管正偏，圖1-14（b）中二極管反偏。

虛擬仿真仿真步驟：（1）判斷二極管的極性，進(jìn)一步理解二極管的單向?qū)щ娦浴＃?）二極管伏安特性測(cè)試。通過改變二極管正負(fù)極的位置，用電壓表和電流表分別測(cè)試一組電壓值和電流值，然后繪制二極管的伏安特性曲線，總結(jié)其特點(diǎn)。實(shí)踐操作二極管的識(shí)別與檢測(cè)（1）二極管的型號(hào)命名第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示器件的電極數(shù)目用漢語拼音字母表示器件的材料和極性用漢語拼音字母表示器件的類型用阿拉伯?dāng)?shù)字表示序號(hào)用漢語拼音字母表示規(guī)格號(hào)實(shí)踐操作（2）萬用表檢測(cè)普通二極管的極性

萬用表測(cè)量二極管極性是根據(jù)二極管正向電阻小，反向電阻大的特點(diǎn)，用萬用表的R×100或R×1k檔測(cè)量二極管的正、反向電阻。若兩次阻值相差很大，說明該二極管性能良好。并根據(jù)測(cè)量電阻小的那次的表棒接法，判斷出與黑表棒連接的是二極管的正極，與紅表棒連接的是二極管的負(fù)極。任務(wù)評(píng)價(jià)項(xiàng)

目?jī)?nèi)

容分

值考

核

要

求扣

分

標(biāo)

準(zhǔn)得

分態(tài)度1．操作的積極性2．遵守安全操作規(guī)程3．紀(jì)律及衛(wèi)生情況30積極參加實(shí)訓(xùn)，遵守安全操作規(guī)程和勞動(dòng)紀(jì)律，有良好的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)出現(xiàn)安全事故，扣30分，其余酌情扣分

二極管的識(shí)別1．外形、類型和電極2．主要指標(biāo)參數(shù)20能從二極管的外形識(shí)別其類型和電極，能查閱二極管的主要參數(shù)每少完成一項(xiàng)或出現(xiàn)一次錯(cuò)誤，扣2～5分

二極管的檢測(cè)1．判別極性2．檢測(cè)好壞3．判別硅管、鍺管4．二極管伏安特性的測(cè)試30能正確使用萬用表、面包板和信號(hào)發(fā)生器，能對(duì)二極管進(jìn)行性能測(cè)試每少完成一項(xiàng)或出現(xiàn)一次錯(cuò)誤，扣2～5分

特殊二極管的檢測(cè)1．穩(wěn)壓管的測(cè)試2．光電二極管的測(cè)試3．發(fā)光二極管的測(cè)試20能識(shí)別特殊二極管的名稱和類型，明確主要指標(biāo)的含義，會(huì)判斷二極管的極性和質(zhì)量好壞每少完成一項(xiàng)或出現(xiàn)一次錯(cuò)誤，扣2～5分

合計(jì)：100得分：注：每項(xiàng)配分扣完為止。任務(wù)總結(jié)指針式萬用表的紅表筆接萬用表內(nèi)部負(fù)電源，黑表筆接萬用表內(nèi)部正電源。而數(shù)字萬用表的紅表筆接萬用表內(nèi)部正電源，黑表筆接萬用表內(nèi)部負(fù)電源。用數(shù)字萬用表測(cè)量二極管時(shí)，實(shí)測(cè)的是二極管的正向電壓值，而指針式萬用表則測(cè)的是二極管正、反向電阻的值。二極管的極性識(shí)別半導(dǎo)體二極管的質(zhì)量判別半導(dǎo)體二極管的材料判別穩(wěn)壓二極管的判別發(fā)光二極管的質(zhì)量判別任務(wù)總結(jié)任務(wù)拓展1.什么是半導(dǎo)體，它有哪些類型？2.二極管主要有哪些性能參數(shù)？3.如何用萬用表來判斷二極管的好壞和極性？4.寫出圖1.4所示各電路的輸出電壓值，設(shè)二極管導(dǎo)通電壓UD＝0.7V。組裝與測(cè)試穩(wěn)壓電路任務(wù)四組裝與測(cè)試濾波電路任務(wù)三組裝與測(cè)試整流電路任務(wù)二識(shí)別與檢測(cè)半導(dǎo)體二極管任務(wù)一020401直流穩(wěn)壓電源的制作03任務(wù)二

組裝與測(cè)試整流電路任務(wù)評(píng)價(jià)任務(wù)總結(jié)虛擬仿真實(shí)踐操作任務(wù)目標(biāo)原理探究12456837任務(wù)引入任務(wù)拓展了解整流電路的組成和作用，學(xué)會(huì)分析半波、全波整流電路的工作原理；學(xué)會(huì)分析橋式整流電路的工作原理；掌握示波器、交流毫伏表等電子設(shè)備的使用方法；能組裝整流電流并測(cè)試整流電路的性能；能根據(jù)電路的要求選擇合適的整流二極管。任務(wù)目標(biāo)整流電路是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。交流電和直流電都是現(xiàn)代科技的重要組成部分，它們相互補(bǔ)充，相互競(jìng)爭(zhēng)，相互促進(jìn)。但是在百年前，在電的發(fā)明和應(yīng)用的過程中，關(guān)于交流電與直流電曾經(jīng)發(fā)生過一場(chǎng)激烈的爭(zhēng)論，那就是著名的“直流電和交流電之爭(zhēng)”。任務(wù)引入原理探究1.2.1單向半波整流電路1.2.2單向橋式整流電路1.2.1單相半波整流電路將交流電變換成脈動(dòng)的直流電

u2正半周，二極管VD導(dǎo)通，忽略管壓降時(shí)，輸出電壓UO等于u2。VDIOTRLUOu2u1u2ωt0uoωt0u2

u2負(fù)半周，二極管VD反偏截止，UO等于0。電路實(shí)現(xiàn)了半波整流。整流原理1.2.1單相半波整流電路流過整流二極管的平均電流：二極管承受的反向峰值電壓為：常用于整流電流較小、對(duì)脈動(dòng)要求不高的電子儀器和家用電器中。電路特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出電流適中；輸出電壓脈動(dòng)較大，整流效率低。輸出電壓平均值：負(fù)載上直流電壓和電流的計(jì)算1.2.1單相半波整流電路1.2.1單相半波整流電路1.2.2單相橋式整流電路單相橋式整流電路VD1-VD4為整流元件,組成橋式結(jié)構(gòu)電源變壓器負(fù)載TrRLuou1VD4VD2VD1VD3u2ABCD1.2.2單相橋式整流電路+?u1u2TVD4VD2VD1VD3RLuo1.正半周時(shí)電流通路承受反壓截止VD1和VD3導(dǎo)通，VD2和VD4截止。u2uo整流原理1.2.2單相橋式整流電路?+u1u2TVD4VD2VD1VD3RLuo承受反壓截止u2uL2.負(fù)半周時(shí)電流通路VD1和VD3截止，VD2和VD4導(dǎo)通。整流原理1.2.2單相橋式整流電路u2>0時(shí)VD1,VD3導(dǎo)通VD2,VD4截止電流通路:A

VD1

RLVD3Bu2<0時(shí)VD2,VD4導(dǎo)通VD1,VD3截止電流通路:B

VD2

RLVD4A輸出是脈動(dòng)的直流電壓！vD4,vD2vD3,vD1u2VD4VD2VD1VD3RLABuo流過整流二極管的平均電流：二極管承受的反向峰值電壓為：廣泛應(yīng)用于機(jī)床控制電路、自動(dòng)控制電路和各種家用電器中。輸出電壓較高；脈動(dòng)成分減小，電路的整流效率提高。輸出電壓平均值：電路特點(diǎn)：負(fù)載電壓與電流的關(guān)系1.2.2單相橋式整流電路1.2.2單相橋式整流電路有一單相半波整流電路，已知負(fù)載電阻

，變壓器副邊電壓

，試求:。解因此二極管可選用2AP4型，為了安全，二極管的反向工作峰值電壓要比28.3v大一倍左右。例圖（a）為單相半波整流電路，圖（b）為單相橋式整流電路。

虛擬仿真仿真步驟：（1）繪制整流仿真電路圖，遵守仿真電路圖繪制規(guī)范。（2）觀察并記錄整流電路的輸入電壓和輸出電壓的波形，并記錄。（3）測(cè)量并記錄輸出電壓中的交流分量與直流分量。實(shí)踐操作（1）按圖（a）所示接成單相半波整流電路。（2）用雙蹤示波器同時(shí)觀察并記錄半波整流電路的輸入電壓和輸出電壓的波形，并記錄。（3）用交流毫伏表測(cè)量并記錄輸出電壓中的交流分量值，用萬用表直流電壓擋測(cè)量并記錄輸出電壓中的直流分量值。

實(shí)踐操作（4）按圖（b）接成單相橋式整流電路。（5）用雙蹤示波器同時(shí)觀察并記錄橋式整流電路的輸入電壓和輸出電壓的波形，并記錄。（6）用交流毫伏表測(cè)量并記錄輸出電壓中的交流分量，用萬用表直流電壓擋測(cè)量并記錄輸出電壓中的直流分量，并將結(jié)果與半波整流電路的結(jié)果相比較。

任務(wù)綜合評(píng)價(jià)任務(wù)評(píng)價(jià)項(xiàng)

目?jī)?nèi)

容分

值考

核

要

求扣

分

標(biāo)

準(zhǔn)得

分態(tài)度1．操作的積極性2．遵守安全操作規(guī)程3．紀(jì)律及衛(wèi)生情況30積極參加實(shí)訓(xùn)，遵守安全操作規(guī)程和勞動(dòng)紀(jì)律，有良好的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)不遵守安全操作規(guī)程，扣30分，其余酌情扣分

常用電子儀器的使用1．信號(hào)發(fā)生器的使用2．示波器的使用3．交流毫伏表的使用30熟悉常用電子儀器的面板功能，能熟練操作儀器，正確識(shí)讀儀器測(cè)量結(jié)果操作錯(cuò)誤或識(shí)讀錯(cuò)誤，每處扣2～5分

單相半波整流電路的組裝和測(cè)試1．按照電路圖組裝電路2．測(cè)試電路15能正確組裝電路；能正確使用示波器、交流毫伏表等電子儀器對(duì)單相半波整流電路進(jìn)行正確的測(cè)試測(cè)試不當(dāng)，每處扣2～5分

單相橋式整流電路的組裝和測(cè)試1．按照電路圖組裝電路2．測(cè)試電路25能正確組裝電路；能正確使用示波器、交流毫伏表等電子儀器對(duì)單相橋式整流電路進(jìn)行正確的組裝和測(cè)試測(cè)試不當(dāng)，每處扣2～5分

合計(jì)：100得分：注：每項(xiàng)配分扣完為止。任務(wù)總結(jié)任務(wù)拓展1.什么是整流電路，它有哪些類型？2.如何正確的組裝整流電路？3.對(duì)整流電路需要進(jìn)行哪些檢測(cè)？如何檢測(cè)？4.二極管橋式整流電路如圖所示，試分析如下問題：(1)若已知U2=20V，試估算Uo的值；(2)若有一只二極管脫焊，Uo的值將如何變化？(3)若二極管VD1的正負(fù)極焊接時(shí)顛倒了，會(huì)出現(xiàn)什么問題？(4)若負(fù)載短接，會(huì)出現(xiàn)什么問題？組裝與測(cè)試穩(wěn)壓電路任務(wù)四組裝與測(cè)試濾波電路任務(wù)三組裝與測(cè)試整流電路任務(wù)二識(shí)別與檢測(cè)半導(dǎo)體二極管任務(wù)一020401直流穩(wěn)壓電源的制作03任務(wù)三

組裝與測(cè)試濾波電路任務(wù)評(píng)價(jià)任務(wù)總結(jié)虛擬仿真實(shí)踐操作任務(wù)目標(biāo)原理探究12456837任務(wù)引入任務(wù)拓展了解濾波電路的組成和作用；掌握各種濾波電路的特點(diǎn)；學(xué)會(huì)分析各種濾波電路的工作原理；能進(jìn)行電路組裝并測(cè)試濾波電路的性能；能根據(jù)濾波電路的要求選擇合適的濾波電容。任務(wù)目標(biāo)新技術(shù)：超級(jí)電容器是一種能夠快速儲(chǔ)存和釋放電能的儲(chǔ)能裝置，具有功率密度大、充放電時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、溫度特性好、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。目前超級(jí)電容器在新能源汽車、軌道交通、智能儀表、UPS、港口重型機(jī)械、國(guó)防軍工等領(lǐng)域存在廣泛應(yīng)用。未來隨著新能源汽車、軌道交通、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域的需求推動(dòng)，超級(jí)電容器行業(yè)將繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)。任務(wù)引入原理探究1.3.1電容濾波電路1.3.2電感濾波電路1.3.3復(fù)式濾波電路1.3.1電容濾波電路單相半波整流電容濾波電路將濾波電容與整流電路的負(fù)載并聯(lián)，它是根據(jù)電容兩端電壓在電路狀態(tài)改變時(shí)不能突變的原理制成的。1.半波整流電容濾波電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.3.1電容濾波電路++--uLωtu2ωtuc=U2當(dāng)u2為上升正電壓時(shí)，二極管VD受正向電壓作用而導(dǎo)通，此時(shí)，u2通過二極管VD向負(fù)載RL供電，同時(shí)又向電容器充電，由于二極管VD的正向電阻很小，故充電很快。當(dāng)u2達(dá)最大值時(shí)，電容器C兩端電壓隨之達(dá)到最大值。u2由最大值開始減小時(shí)，二極管VD因受反向電壓而截止，電容器C向負(fù)載放電，輸出逐漸下降。直到一周期后u2又上升為一定值，二極管VD因獲得正向電壓而導(dǎo)通，電容器又被充電，使輸出重新上升1.3.1電容濾波電路波形更平滑負(fù)載電阻越小，電容放電越快，輸出電壓脈動(dòng)大。負(fù)載電阻越大，電容放電越慢，輸出直流電壓越平滑。1.3.1電容濾波電路較大電解電容與負(fù)載RL相并聯(lián)。輸出電壓的平均值UO(AV)≈1.2U2。2.橋式整流電容濾波電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.3.1電容濾波電路工作原理

u2上升且大于電容的極間電壓uc時(shí)，u2對(duì)電容C進(jìn)行充電，uo=uc

u2

u2下降且小于電容電壓時(shí)，二極管承受反向電壓而截止。電容C通過RL放電，uc按指數(shù)規(guī)律下降。

為使濾波效果良好，一般取電路中的時(shí)間常數(shù):T是u2的周期，即：此時(shí)：當(dāng)負(fù)載開路時(shí)，時(shí)間常數(shù)τ趨近無窮大，輸出：3.二極管承受的反向峰值電壓：2.流過二極管的瞬時(shí)電流很大。正常情況下：1.輸出電壓平均值UO(AV)的大小取決于時(shí)間常數(shù)RLC。RLC值愈大

電容器放電愈慢

UO(AV)值愈大。通常用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。電路特點(diǎn)：適用場(chǎng)合：取RLC≥(3~5)T/2時(shí)，1.3.1電容濾波電路1.3.2電感濾波電路適用于低電壓、大電流的場(chǎng)合。峰值電流很小，輸出比較平坦，但是由于線圈鐵心的存在，體積大而笨重。對(duì)諧波分量:

f越高，XL

越大，電壓大部分降在XL上。Uo≈0.9U2忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出電壓的平均值：對(duì)直流分量:

XL=0相當(dāng)于短路，電壓大部分降在RL上；電路特點(diǎn)：1.3.2電感濾波電路1.3.3復(fù)式濾波電路

π型LC橋式整流濾波電路中，由于電容對(duì)交流呈現(xiàn)的阻抗很小，電感對(duì)交流呈現(xiàn)的阻抗很大，因此負(fù)載上得到的諧波電壓較小。

π型RC橋式整流濾波電路由于電阻要消耗一定的有功功率，所以致使電源消耗功率較大，電路效率較低。實(shí)用中采用較少。1.3.3復(fù)式濾波電路虛擬仿真圖為電容濾波電路方針步驟：（1）繪制電容濾波仿真電路圖，遵守仿真電路圖繪制規(guī)范。（2）觀察電容濾波電路輸出電壓的波形并記錄。（3）測(cè)量并記錄輸出電壓中的交流分量與直流分量。實(shí)踐操作（1）按圖所示接成電容濾波電路。（2）用示波器觀察電容濾波電路輸出電壓的波形并記錄。（3）按表1-3的要求，用交流毫伏表測(cè)量并記錄輸出電壓中的交流分量，用萬用表直流電壓擋測(cè)量并記錄輸出電壓中的直流分量。表1-3電容濾波電路測(cè)試結(jié)果測(cè)試內(nèi)容RL=100kΩC=470μF

C=470μFC=3300μFRL=10kΩRL=33kΩ直流分量/V

交流分量（有效值）/V

任務(wù)評(píng)價(jià)項(xiàng)

目?jī)?nèi)

容分

值考

核

要

求扣

分

標(biāo)

準(zhǔn)得

分態(tài)度1．操作的積極性2．遵守安全操作規(guī)程3．紀(jì)律及衛(wèi)生情況30積極參加實(shí)訓(xùn)，遵守安全操作規(guī)程和勞動(dòng)紀(jì)律，有良好的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)不遵守安全操作規(guī)程，扣30分，其余酌情扣分

電容濾波電路的組裝和測(cè)試1．按照電路圖組裝電路2．示波器的使用3．交流毫伏表的使用4．測(cè)試電路20能正確組裝電路；能正確使用示波器、交流毫伏表等電子儀器對(duì)電容濾波電路進(jìn)行正確的測(cè)試組裝、測(cè)試不當(dāng)，每處扣2～5分

電感濾波電路的組裝和測(cè)試1．按照電路圖組裝電路2．測(cè)試電路20能正確組裝電路；能正確使用示波器、交流毫伏表等電子儀器對(duì)電感濾波電路進(jìn)行正確的組裝和測(cè)試組裝、測(cè)試不當(dāng)，每處扣2～5分

復(fù)式濾波電路的組裝和測(cè)試1．按照電路圖組裝電路2．測(cè)試電路30能正確組裝電路；能正確使用示波器、交流毫伏表等電子儀器對(duì)復(fù)式濾波電路進(jìn)行正確的組裝和測(cè)試組裝、測(cè)試不當(dāng)，每處扣2～5分

合計(jì)：100分得分：注：每項(xiàng)配分扣完為止。任務(wù)總結(jié)任務(wù)拓展1.

在整流濾波電路中，采用濾波電路的主要目的是什么？就其電路結(jié)構(gòu)而言，濾波電路有電容濾波和電感濾波兩種，各有什么特點(diǎn)？各應(yīng)用于何種場(chǎng)合？2.

分別判斷下圖所示各電路能否作為濾波電路，簡(jiǎn)述理由。組裝與測(cè)試穩(wěn)壓電路任務(wù)四組裝與測(cè)試濾波電路任務(wù)三組裝與測(cè)試整流電路任務(wù)二識(shí)別與檢測(cè)半導(dǎo)體二極管任務(wù)一020401直流穩(wěn)壓電源的制作03任務(wù)四

組裝與測(cè)試穩(wěn)壓電路任務(wù)評(píng)價(jià)任務(wù)總結(jié)虛擬仿真實(shí)踐操作任務(wù)目標(biāo)原理探究12456837任務(wù)引入任務(wù)拓展了解穩(wěn)壓電路的各種類型及特點(diǎn)，并分析其組成和作用；掌握并聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成及穩(wěn)壓原理；會(huì)分析在負(fù)載變化或電源電壓波動(dòng)情況下穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓過程；能組裝穩(wěn)壓電路并測(cè)試其性能；能根據(jù)穩(wěn)壓電路的要求選擇合適的二極管。任務(wù)目標(biāo)電子設(shè)備的USB接口除了能傳輸數(shù)據(jù)，一般還能為外接設(shè)備提供電源，無論是電網(wǎng)電壓發(fā)生變化，還是外接設(shè)備發(fā)生變化，USB接口都能提供穩(wěn)定電壓。想一想原因是什么呢？任務(wù)引入原理探究1.4.1并聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.4.2串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路1.4.3三端集成穩(wěn)壓電路1.4.4小功率直流穩(wěn)壓電源1.4.1并聯(lián)型穩(wěn)壓電路電路組成電路因二極管與負(fù)載并聯(lián)而稱為并聯(lián)型穩(wěn)壓電路，也稱為硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。圖中電阻R為限流電阻，用來限制通過穩(wěn)壓二極管VZ的電流，起限流保護(hù)作用。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.4.1并聯(lián)型穩(wěn)壓電路工作原理并聯(lián)型穩(wěn)壓電路利用硅穩(wěn)壓管工作時(shí)電流變化很大但電壓基本不變的特點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)整。當(dāng)負(fù)載增大(或減小)時(shí)，負(fù)載電流隨之增大(或減小)，限流電阻上的電壓UR隨之增大(或減小)，因UO=Ui-UR，當(dāng)輸入電壓Ui不變時(shí)，UO隨之減小(或增大)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)節(jié)。①

Ui

不變，RL

變化時(shí)1.4.1并聯(lián)型穩(wěn)壓電路工作原理

當(dāng)負(fù)載不變，輸入電壓Ui增大(或減小)時(shí)，UC隨之增大(或減小)，由于調(diào)整穩(wěn)壓管兩端電壓基本不變，所以限流電阻上通過的電流隨之增大(或減小)，端電壓UR隨之增大(或減小)，IZ隨之增大(或減小)，保證了負(fù)載電壓和負(fù)載電流基本不變，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)節(jié)。②RL

不變，

Ui

升高1.4.1并聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.4.1并聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.4.2串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路取樣電路：取出輸出的部分回送至誤差放大器與基準(zhǔn)電壓比較；各部分功能基準(zhǔn)電壓：誤差放大器與基準(zhǔn)電壓比較后形成一個(gè)差值輸入；誤差放大器：將反饋誤差輸入量放大后送到調(diào)整管VT的基極。調(diào)整管：隨誤差信號(hào)的變化進(jìn)行調(diào)整，維持輸出的穩(wěn)定。電路組成：1.4.2串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路R4V1V2VZR3RP1RP2R1RPR2RLUO+_+_UIUB2取樣環(huán)節(jié)取樣電路由R1、R2和電位器

RP組成，當(dāng)輸出電壓UO發(fā)生變化時(shí)，取樣電路取UO變化量的一部分回送到比較放大管V2的基極。工作原理電路組成：1.4.2串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路R4V1V2VZR3RP1RP2R1RPR2RL+_UO+_UIUBE2=VB2-VE2VE2=UZVB2當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化，導(dǎo)致輸出電壓增加時(shí)，通過取樣電阻的分壓作用，管基極電位隨之升高。由于穩(wěn)壓管的存在，，因此V2管的基極與發(fā)射極間壓降UBE2=VB2-VE2增大，IC2隨之增大。工作原理1.4.2串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路R4V1V2VZR3RP1RP2R1RPR2RLUO+_+_UIUBE1IB1UCE1VB1ICUCER兩端電壓降增大，VB1降低,造成UBE1降低,IB1減小，由三極管的輸出特性曲線可知，IB1減小UCE1增大，從而保證了輸出電壓的穩(wěn)定。工作原理1.4.2串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路R4V1V2VZR3RP1RP2R1RPR2RLUO+_+_UIUCE1串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)過程是利用深度負(fù)反饋調(diào)節(jié)V1管壓降UCE1的大小，從而抵消輸入電壓的變化，以達(dá)到輸出電壓穩(wěn)定的目的。所以I1實(shí)現(xiàn)了電壓調(diào)整功能，故稱為調(diào)整管。工作原理1.4.2串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路由公式可得，當(dāng)RP的滑動(dòng)端調(diào)至最上端時(shí)RP2=RP，UO為最小值：R4V1V2VZR3RP1RP2R1RPR2RLUO+_+_UIUB2RW的滑動(dòng)端調(diào)至最下端RP2=0時(shí)，UO為最大值：1.4.2串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路1.4.3三端集成穩(wěn)壓電路連接時(shí)芯片引腳不能接錯(cuò)！1.固定輸出的集成三端穩(wěn)壓器1.4.3三端集成穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓器輸入端并聯(lián)的C1，作用是防止自激振蕩；輸出端并聯(lián)的C2，作用是濾除噪聲信號(hào)；VD是續(xù)流保護(hù)二極管，用來防止輸入短路時(shí)輸出電容C3存儲(chǔ)的電荷通過穩(wěn)壓器放電而損壞器件。基本應(yīng)用電路1.4.3三端集成穩(wěn)壓電路～2.可調(diào)輸出的集成三端穩(wěn)壓器

集成三端可調(diào)穩(wěn)壓器可分為正電壓輸出的CW117、CW217、CW317和負(fù)電壓輸出的CW137、CW237、CW337兩大系列。

可調(diào)三端集成穩(wěn)壓器為使電路可靠工作，輸入電壓范圍4～40V，輸出電壓可調(diào)范圍為1.2V～37V，要求輸入電壓比輸出電壓至少高3V。1.4.3三端集成穩(wěn)壓電路輸入濾波電容C1起抵消電路的電感效應(yīng)和濾除輸入線上干擾脈沖的作用，通常取0.33μFC2是為了減小R2兩端電壓波動(dòng)而設(shè)置的，一般取10μF；C3是為防止負(fù)載呈感性時(shí)可能出現(xiàn)的阻尼振蕩，通常取值1μF。VD1和VD2是保護(hù)二極管，可選用整流二極管2CZ52。電阻R1不能選得過大，以防止