項目五

組裝與調試簡單電源電路1．學習目標1．1半導體的的知識1．2二極管的基礎知識及種類1．3二極管整流電路1．4并聯型穩壓電路1．5簡單電源電路制作1．6示波器的使用1．7示波器波形的記錄

任務學習流程·半導體基礎知識、二極管基礎知識與種類（兩節）·直流電與交流電，半波整流電路（兩節）·橋式整流電路與其他單相整流電路（兩節）·穩壓管工作特點與簡單并聯型穩壓電路(兩節)·變壓器、電容器測量（兩節）·示波器使用：示波器的面板及自測方波（兩節）·示波器觀察直流電與交流電、示波器讀數與數據記錄示波器使用(兩節)·簡單電源電路PCB板制作(四節)·簡單電源電路調試與測量(兩節)3.1半導體的基礎知識3.1.1半導體的特性

自然界中的各種物質,按導電能力劃分為:導體、絕緣體、半導體（鍺Ge、硅Si、砷As）。半導體導電能力介于導體和絕緣體之間。完全純凈的、晶格完整的、不含雜質的半導體叫做本征半導體。

半導體的導電特性：（1）常溫下半導體基本上不導電。半導體中有少量載流子，分別是自由電子和空穴。（2）溫度升高，半導體導電能力大大增強，這是半導體的

熱敏性。（3）在光照下，半導體導電能力大大增強，這是半導體的光敏性。（4）在純凈半導體中摻入微量雜質元素,半導體導電能力會大大增強,，這是半導體的摻雜性。3.1.2雜質半導體

在純凈半導體中摻入微量雜質元素,半導體導電能力會大大增強,根據摻入雜質的不同,可分為N型半導體和P型半導體1)N型半導體

在純凈的半導體硅（或鍺）中摻入微量五價元素（如磷）后,就可成為N型半導體。N型半導體中的多數載流子為自由電子，少數載流子為空穴，還有少量不可移動的正離子。2)P型半導體

在純凈的半導體硅（或鍺）中摻入微量三價元素雜質,（如硼或銦）等后,就可成為P型半導體。P型半導體中的多數載流子為空穴，少數載流子為自由電子，還有少量不可移動的負離子。3.2PN結及其導電性（動畫）3.2.1PN結的形成

在一塊完整的硅片上，用不同的摻雜工藝使其一邊形成N型半導體，另一邊形成P型半導體，那么在兩種半導體的交界面附近就形成了PN結。

PN結不能導電，PN結是一個內電場3.2.2PN結的單向導電性PN結是一個不能導電的內電場，當所加外電場能抵消內電場時PN結重新導通。（1）PN結加正向電壓時導通

如果電源的正極接P區，負極接N區，這時稱PN結正偏。外加的正向電壓與內電場方向相反，當外加電壓大小足以抵消內電場時，PN結導通。（2）PN結加反向電壓時截止

如果電源的正極接N區，負極接P區，這時稱PN結反偏。外加的反向電壓與內電場方向相同，PN結截止。內電場內電場外電場外電場3.2.3PN結的死區電壓和導通電壓硅二極管：死區電壓為0.5V，正向壓降為0.6~0.7V。鍺二極管：死區電壓約0.1V，正向壓降為0.2~0.3V。3.3二極管3.3.1二極管的結構及符號

二極管，（英語：Diode），電子元件當中，一種具有兩個電極的裝置，只允許電流由單一方向流過。

普通二極管是由一個PN結加上兩條電極引線做成管芯，從P區引出的電極作為正極，從N區引出的電極作為負極，并且用塑料、玻璃或金屬等材料作為管殼封裝起來，就構成了二極管。二極管的結構實物圖

文字符號用字母“VD”表示。電路圖形符號用箭頭形象地表示了二極管正向電流流通的方向，箭頭的一邊代表正極，用“＋”號表示，另一邊代表負極，用“－”號表示。3.3.2二極管的外形及封裝

常見的直插式二極管一般采用DIODEXX封裝形式。XX為兩引腳焊盤間尺寸，例如DIODE0.4為焊盤間距400mil。

貼片二極管的PCB封裝有SOD-123,SOD-323，SOD-523，SOD-723，SOT-23,SOT-323，SOT-5233.3.3二極管的單向導電性二極管的本質就是一個PN結，所以二極管的特性和PN結的特性一樣，就是單向導電性。（1）加正向電壓二極管導通（2）加反向電壓二極管截止3.3.4二極管的伏安特性曲線3.3.4二極管的主要參數3.3.5常用二極管種類（1）整流二極管

是最常見的二極管，利用其單向導電性把交流電變換成脈動直流電。（2）穩壓二極管a）穩壓二極管的外形與符號

穩壓二極管又稱為齊納二極管，是一種用于穩壓（或限壓）、工作于反向擊穿狀態的二極管。在穩壓電路中有詳細介紹。（3）發光二極管

發光二極管（LED燈）與普通二極管一樣也是由PN結構成，同樣具有單向導電性。通常，發光二極管通過10mA電流時，就可以發出強度令人滿意的光線，高強度的發光二極管只需5mA左右電流就能正常發光。（4）光電二極管a）圖形符號及文字符號b）光電二極管是在反向電壓作用下工作的，它的正極接較低的電平，負極接較高的電平。工作電路如圖所示。沒有光照時，反向電流極其微弱，稱為暗電流；有光照時，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為亮電流。光的強度越大，反向電流也越大。（5）開關二極管

二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導通狀態，相當于一只接通的開關；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止狀態，如同一只斷開的開關。萬用表檢測二極管的極性（微課）二極管的內部都是由一個PN結構成的，極性檢測方法一致。（1）先將萬用表電阻擋旋鈕置于R×100或R×1k擋。（2）用萬用表紅、黑表筆任意測量二極管兩引腳間的電阻值。（3）交換萬用表表筆再測量一次。如果二極管是好的話，兩次測量結果必定一大一小。（4）以阻值較小的一次測量為準，黑表筆所接的二極管一端為正極，紅表筆所接的二極管一端為負極。3．4電源電路

電力網供給用戶的是交流電，而各種無線電裝置需要用直流電。直流穩壓電源是電子設備中最基本、最常用的儀器之一。它作為能源，可保證電子設備的正常運行。

直流穩壓電源由四個環節組成：變壓器、整流電路、濾波器及穩壓電路。如圖所示。單向半波整流電路由電源變壓器、整流二極管VD、和用電負載構成。UL-----負載上直流輸出電壓。-----變壓器初級電壓-----變壓器次級電壓3.4.1整流電路把交流電變為直流電的過程稱為整流。利用具有單向導電特性的器件，可以把方向和大小交變的電流變換為直流電。下面介紹利用晶體二極管組成的各種整流電路。3.4.1.1單相半波整流電路電路及波形圖如圖所示3.4.1.2單相半波整流電路工作原理

電路及波形圖如圖所示（1）當輸入電壓為正半周時，二極管VD因正向偏置而導通，在負載電阻上得到一個極性為上正下負的電壓。（2）當輸入電壓為負半周時，二極管VD因反向偏置而截止，此期間無電流通過，負載上的電壓等于零。

在負載電阻RL上的脈動直流電壓波形是輸入交流電壓的一半，故稱單相半波整流。3.4.1.3負載上的直流電壓與直流電流的估算

（1）負載上的直流電壓負載上的半波脈動直流電壓平均值可用直流電壓表直接測得，也可按下式計算求出（2）負載上的直流電流

流過負載的直流電流為

3.4.1.2整流二極管的選擇

整流二極管與負載是串聯的,如圖所示，所以流經二極管的電流

（平均值）與負載電流

相等，故選用二極管時要求其允許電流要比工作電流大。二極管承受的最大反向電壓是發生在u2達到最大值時，即根據最大整流電流和最高反向工作電壓的計算值，查閱有關半導體器件手冊，選用合適的二極管型號使其額定值大于計算值。

3.4.5全波整流電路3.4.5.1全波整流電路原理圖3.4.5.2全波整流工作原理全波整流電路，可以看作是由兩個半波整流電路組合成的。變壓器次級線圈中間需要引出一個抽頭，把次組線圈分成兩個對稱的繞組，從而引出大小相等但極性相反的兩個電壓U2a

、U2b

，U2a

=U2b=U2。全波整流電路的工作原理:（1）當輸入電壓為正半周時，二極管VD1因正向偏置而導通，二極管VD2因反向偏置而截止，形成電流a→VD1→c→RL→e→d；在負載電阻上得到一個極性為上正下負的電壓。（2）當輸入電壓為負半周時，二極管VD2因正向偏置而導通，二極管VD1因反向偏置而截止，形成電流b→VD2→c→RL→e→d；在負載電阻上得到一個極性為上正下負的電壓。圖3.13全波整流波形3.4.5.3負載上的直流電壓與直流電流的估算

1）負載上的直流電壓

2）負載上的直流電流

3.4.5.4二極管的選擇1)二極管的電流

每只二極管只在半個周期通過電流，所以每只二極管的平均電流只有負載電阻上電流平均值的一半，即2)二極管承受的最大反向電壓，由電路圖可知，

3.4.6橋式整流電路一、電路的組成單相橋式整流電路由電源變壓器和四個同型號的二極管接成電橋形式組成，橋路的一對角點接變壓器的二次繞組，另一對角點接負載。電路原理及簡化畫法如圖所示。

二、橋式整流電路的工作原理如下：1）U2為正半周時，對VD1、VD3加正向電壓，VDl、VD3導通；對VD2、VD4加反向電壓，VD2、VD4截止。電路中構成U2、VD1、RL、VD3通電回路，在RL

上形成上正下負的半波整流電壓；2）U2為負半周時，對VD2、VD4加正向電壓，VD2、VD4導通；對VD1、VD3加反向電壓，VD1、VD3截止。電路中構成U2、VD2、RL

、VD4通電回路，同樣在RL

上形成上正下負的另外半波的整流電壓。如此重復下去，結果在RL上便得到全波整流電壓UL。三、負載上的直流電壓與直流電流的估算（1）負載上的直流電壓

（2）負載上的直流電流

四、整流二極管的選擇

在橋式整流電路中，每只二極管都是在交流電的半周期內導通，每個二極管的平均電流是輸出電流的二分之一。所以二極管的最大電流為

二極管承受的最高反向電壓是交流電壓u2的峰值，所以二極管的最高反向電壓為

3.4.2濾波電路

整流電路是把交流電變為脈動的直流電，濾除脈動直流電的交流成分就稱為濾波，完成這一任務的電路稱為濾波電路，也稱為濾波器。

濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯電容器C，或與負載串聯電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復式濾波電路。二、濾波電路的作用如果將一臺用9V電池供電的收錄機由交流電供電，則必須利用變壓器將交流220V降低為交流13V，然后由二極管橋式整流電路輸出為9V左右的直流電。如圖所示。雖然整流電路輸出的9V直流電可以用于收錄機，但是收錄機會產生令人煩惱的交流噪聲。交流噪聲是由施加到收錄機的直流脈動電壓引起的。要使收錄機無噪聲地工作，就必須加裝濾波器，以濾除直流脈動電壓的交流成分。什么是電容電容是一種我們經常使用到的電子元件，電容器是一種能儲存電荷的容器．1、電容結構及符號它是由兩片靠得較近的金屬片，中間再隔以絕緣物質而組成的．按絕緣材料不同，可制成各種各樣的電容器.如：云母．瓷介．紙介，電解電容器等．再從兩片金屬片上各引出一個引腳就制成了一個電容。所以不管是什么電容，它都是由兩塊極板組成的.就形狀來說有平板型電容和圓筒型電容。2、電容單位及容量標稱電容單位為法拉，用字母F表示。但電容的容量一般很小，常用的單位是微法（μF）和皮法（pF）。1法拉(F)=1000毫法(mF)＝1000000微法(μF)1微法(μF)=1000納法(nF)=1000000皮法(pF)。3、電容容量的標稱有：1）直標法。把電容量直接標示在電容體上。2）數字標示法三位數字的表示法也稱電容量的數碼表示法。三位數字的前兩位數字為標稱容量的有效數宇，第三位數宇表示有效數字后面零的個數，它們的單位都是pF。如：102表示標稱容量為1000pF。

221表示標稱容量為220pF。224表示標稱容量為220000pF=0.22μF在這種表示法中有一個特殊情況，就是當第三位數字用"9"表示時，是用有效數字縮小10倍來表示容量大小。如:229表示標稱容量為22÷10=2.2pF。4、電容有什么用電容的最大特點是隔直流通交流和充、放電。在電路中主要作用是：(1)濾波:在電源電路中，整流電路將交流變成脈動的直流.而在整流電路之后接人一個較大容量的電解電容.利用其充放電特性使整流后的脈動直流電壓變成相對比較穩定的直流電壓。(2)隔直流:作用是阻止直流通過而讓交流通過。(3)充放電存儲電能。

如圖一個電容有上下兩極板，上極板與正極相連，下極板與負極相連，與電源相連后，上極板帶正電，下極板帶負電，這樣兩極板就會帶異種電荷。隨著電子的移動，兩極板所帶電荷越來越多，電壓也就越來越大，直到和電源電壓相等，就充滿電了。

斷開電源后，所帶電荷不會消失，將兩極板和用電器用導線一連，電子就會沿導線移動給用電器充電。(4)耦合:在低頻信號的傳遞與放大過程中，為防止前后兩級電路的靜態工作點相互影響.常采用電容耦合。為了防止信號中低頻分量損失過大，一般總采用容量較大的電解電容。(5)旁路:為交流電路中某些井聯的元件提供低阻抗通路。(6)計時電容器與電阻器配合使用.確定電路的時間常數。(7)調諧:對與頻率相關的電路進行系統調諧比如手機、收音機、電視機。

5、濾波電容怎么用濾波用的電容容量越大,效果越好,而容量較大(≥1μF)的電容一般是電解電容。電解電容是電容的一種，因為里面以電解質作為材料故有正負極之分，電解電容亦因此而得名，同時電解電容正負不可接錯。圖中是一個電解電容，電容體上面會標注電容的容量及耐壓，負極上會有對應的負號標稱。電源電路中一般采用電解電容并聯在整流電路兩輸出端進行濾波,電容容量越大,濾波效果越好。6、電容濾波電路1.）電路組成。電容濾波電路是使用得最多也是最簡單的濾波電路。其結構是在整流電路的負載兩端并聯一較大容量的電解電容器。利用電容器對電壓的充、放電作用使輸出電壓趨于平滑。2）單相半波整流電容濾波電路2）單相橋式整流電容濾波電路三、常用濾波電路濾波器直接接在整流電路后面，通常由電容、電感和電阻按一定的方式組合成多種形式的濾波電路。如圖所示。1.2.3濾波的基本概念電容濾波電路輸出直流電壓的估算整流電路接入濾波電容時，通常輸出電壓可按下面的經驗公式估算：半波整流電容濾波

橋式整流電容濾波

空載時（負載開路）電解電容的質量檢查可用萬表的電阻檔測量:1）因為電解電容的容量較一般固定電容大得多，所以，測量時，應針對不同容量選用合適的量程。根據經驗，一般情況下，1～47μF間的電容，可用R×1k擋測量，大于47μF的電容可用R×100擋測量。2）將萬用表紅表筆接負極，黑表筆接正極，在剛接觸的瞬間，萬用表指針即向右偏轉較大偏度(對于同一電阻擋，容量越大，擺幅越大)，接著逐漸向左回轉，直到停在某一位置。此時的阻值便是電解電容的正向漏電阻，此值略大于反向漏電阻。實際使用經驗表明，電解電容的漏電阻一般應在幾百kΩ以上，否則，將不能正常工作。在測試中，若正向、反向均無充電的現象，即表針不動，則說明容量消失或內部斷路；如果所測阻值很小或為零，說明電容漏電大或已擊穿損壞，不能再使用。3）對于正、負極標志不明的電解電容器，可利用上述測量漏電阻的方法加以判別。即先任意測一下漏電阻，記住其大小，然后交換表筆再測出一個阻值。兩次測量中阻值大的那一次便是正向接法，即黑表筆接的是正極，紅表筆接的是負極。3.4.3穩壓電路

由于電網電壓的波動和負載的變換，輸出的直流電壓會發生波動，所以需要加入穩壓電路來進行穩壓，從而得到穩恒的直流電壓