中等职业教育课程改革国家规划新教材

中等职业教育课程改革国家规划新教材 《电子技术基础与技能》任如贵

章节目录 模块1 晶体二极管及其应用模块2 晶体三极管及放大电路基础模块3 集成运算放大电路模块4 直流稳压电源模块5 数字电路基础模块6 组合逻辑电路模块7 触发器模块8 时序逻辑电路模块9 数模转换和模数转换上一页下一页返回

模块1 晶体二极管及其应用 电子技术基础与技能上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 课题2整流电路的应用课题3 滤波电路的类型和应用课题4晶闸管及应用电路目录上一页下一页返回

任务导入 随着科学水平的提高，新颖的电子产品不断涌现，如大家熟悉的随身听、随身CD机、快译通和数字调频收音机等。它们的出现极大地丰富了我们的文化娱乐生活，这些电子产品都要求电源提供稳定且符合规定数值要求的直流电压。常用的供电方式有两种：一种是使用市电的直流低压电源，另一种是使用干电池。干电池又有一次性干电池和可充式干电池之分。上一页下一页返回

任务导入 可充式干电池具有可以重复使用的特点，学习本模块内容后，我们可以制作充电器，既能对两节5号或7号可充干电池充电，又能在输出插口中输出一稳定的直流电压，电压的范围为1.5～6V，可自由选择，最大输出电流约为200mA。导入图1-1所示为充电器的实物图。上一页下一页返回

半导体器件是20世纪中期开始发展起来的，具有体积小、重量轻、使用寿命长、可靠性高、输入功率小和功率转换效率高等优点，因而在现代电子技术中得到广泛的应用。半导体器件是构成电子电路的基础。半导体器件和电阻、电容、电感等电子元器件连接起来，可以组成各种电子电路。半导体器件是20世纪中期开始发展起来的，具有体积小、重量轻、使用寿命长、可靠性高、输入功率小和功率转换效率高等优点，因而在现代电子技术中得到广泛的应用。半导体器件是构成电子电路的基础。半导体器件和电阻、电容、电感等电子元器件连接起来，可以组成各种电子电路。顾名思义，半导体器件都是由半导体材料制成的，因此必须先对半导体材料的特点有一定的了解。课题1 晶体二极管的使用一、半导体及PN结上一页下一页返回

1. 半导体的基本特性 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。通常将很容易导电、电阻率小于10-4Ω•cm的物质，称为导体；将很难导电、电阻率大于10 10Ω•cm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 Ω•cm～ 10 10 Ω•cm范围内的物质，称为半导体。课题1 晶体二极管的使用上一页下一页返回

（1）热敏性 所谓热敏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1／2。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。课题1 晶体二极管的使用上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 　　（2）光敏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性。一种硫化铜薄膜在暗处其电阻为几十兆欧姆，受光照后，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。上一页下一页返回

（3）杂敏性 所谓杂敏性就是半导体的导电能力因掺入适量杂质而发生很大的变化。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。课题1 晶体二极管的使用上一页下一页返回

2.本征半导体 本征半导体是指完全纯净的，具有晶体结构（既原子排列按一定规律排得非常整齐）的半导体。如常用半导体材料硅（Si）和锗（Ge）。在常温下，其导电能力很弱；在环境温度升高或有光照时，其导电能力随之增强。课题1 晶体二极管的使用请看动画上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 3.杂质半导体在本征半导体中，人为地掺入少量其他元素(称杂质)，可以使半导体的导电性能发生显著的变化。利用这一特性，可以制成各种性能不同的半导体器件，这样使得它的用途大大增加。掺入杂质的本征半导体叫杂质半导体。根据掺入杂质性质的不同，可分为两种：N型半导体和P型半导体。（1）N型半导体（图1-1-1a）上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 Si Si Si + + + + + + + + + + + + P 多余电子 N型半导体上一页下一页返回

（2）P型半导体（图1-1-1b） 在本征半导体中掺入正三价杂质元素（如硼、镓）时，就形成P型半导体。P型半导体中，空穴数量多，自由电子数量少，参与导电的主要是带正电的空穴，如图1-2所示。课题1 晶体二极管的使用上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 Si Si Si B －－－－－－－－－－－－硅原子 P型半导体上一页下一页返回

4.PN结 当把一块P型半导体和一块N型半导体用特殊工艺紧密结合时，在二者的交界面上会形成一个具有特殊现象的薄层，这个薄层被称为PN结。而PN结具有单向导电的特性。二极管的核心正是PN结。在实际应用中的二极管种类很多，用途也十分广泛，掌握二极管的特性和应用常识是本章的重点。课题1 晶体二极管的使用 PN结的形成上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 1．二极管的结构二、晶体二极管的结构、类型及符号图1-1-2所示是用于家用电器、稳压电源等电子产品的各种不同外形的晶体二极管（简称二极管）。上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 在一个PN结的两端加上电极引线并用外壳封装起来，就构成了半导体二极管。由P型半导体引出的电极，称做正极（或阳极），由N型半导体引出的电极，称做负极（或阴极）。二极管的内部结构示意图及电路图形符号如图1-1-3所示。上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 按照结构工艺的不同，二极管有点接触型和面接触型两类。点接触型二极管的结构如图1-1-4（a）所示。这类二极管的PN结面积和极间电容均很小，不能承受高的反向电压和大电流，因而适用于制作高频检波和脉冲数字电路里的开关元件，以及作为小电流的整流管。面接触型二极管又称面结型二极管，其结构如图1-1-4（b）所示。这种二极管的PN结面积大，可承受较大的电流，其极间电容大，因而适用于整流，而不宜用于高频电路中。如图1-1-4（c）所示是硅工艺平面型二极管的结构图。它们的管芯结构如图1-1-4所示。上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 PN结面积大，用于工频大电流整流电路等低频电路中。 PN结面积小，结电容小，用于高频电路和开关电路。 (a)点接触型 (b)面接触型上一页下一页返回

2. 二极管的类型　半导体二极管的种类和型号很多，我们用不同的符号来代表它们，例如2AP9，其中“2”表示二极管，“A”表示采用N型锗材料为基片，“P”表示普通用途管(P为汉语拼音字头)，“9”为产品性能序号；又如2CZ8，其中“c”表示由N型硅材料作为基片，“z”表示整流管。国产二极管的型号命名方法如表1-1-1所示。课题1 晶体二极管的使用上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 表1-1-1 国产二极管的型号命名方法上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 3．图解普通二极管电路符号电路符号中表示了二极管两根引脚极性，指示了流过二极管的电流方向，这些识图信息对分析二极管电路有着重要的作用。例如，电流方向表明了只有当电路中二极管正极电压高于负极电压足够大时，才有电流流过二极管，否则二极管无电流流过。如图1-1-5所示。上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 图1-1-5二极管电路符号上一页下一页返回

把二极管接成如图1-4a所示电路，当开关S闭合时，二极管阳极接电源正极，阴极接电源负极，这种情况称为二极管(PN结)正向偏置。当开关S闭合时，灯泡亮，电流表显示出较大电流，这时称二极管 (PN结)导通，流过二极管电流ID称作正向电流。课题1 晶体二极管的使用三、二极管的单向导电性 (a)二极管正向偏置 (b)二极管反向偏置二极管的单向导电性上一页下一页返回

1．加正向电压导通 把二极管接成如图1-1-6（a）所示的电路，当开关闭合时，二极管阳极接电源正极，阴极接电源负极，这种情况称为二极管（PN结）正向偏置；当开关闭合时，灯泡亮，这时称二极管（PN结）导通，流过二极管的电流称为正向电流。课题1 晶体二极管的使用上一页下一页返回

2．加反向电压截止 将二极管接成如图1-1-6（b）所示的电路，二极管阳极（P区）接电源负极，阴极（N区）接电源正极，这时二极管（PN结）称为反向偏置。开关闭合，灯泡不亮，电流几乎为零，这时称为二极管（PN结）截止，此时二极管中仍有微小电流流过，这个微小电流基本不随外加反向电压变化而变化，故称为反向饱和电流（亦称反向漏电流），用Is表示，Is很小，但它会随温度上升而显著增加。因此，半导体二极管等半导体器件，热稳定性较差，在使用半导体器件时，要考虑环境温度对器件和由它构成电路的影响。我们把二极管(PN结)正向偏置导通、反向偏置截止的这种特性称为单向导电性。课题1 晶体二极管的使用上一页下一页返回

四、二极管的伏安特性 二极管既然是一个PN结，它必然具有单向导电性。其伏安特性曲线如图所示。所谓伏安特性，就是指加到二极管两端的电压与流过二极管的电流的关系曲线。二极管的伏安特性曲线可分为正向特性和反向特性两部分。课题1 晶体二极管的使用 I 导通压降: 硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。死区电压硅管0.5V,锗管0.2V。反向漏电流（很小，A级）反向击穿电压U(BR) U 上一页下一页返回

1.正向特性 当二极管加上很低的正向电压时，外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动所形成的阻力，故正向电流很小，二极管呈现很大的电阻。当正向电压超过一定数值即死区电压后，内电场被大大削弱，电流增长很快，二极管电阻变得很小。死区电压又称阀值电压，硅管约为0.6～0.7V。锗管约为0.2～0.3V。二极管正向导通时，硅管的压降一般为0.6～0.7V，锗管则为0.2～0.3V。课题1 晶体二极管的使用上一页下一页返回

2.反向特性 二极管加上反向电压时，由于少数载流子的漂移运动，因而形成很小的反向电流。反向电流有两个特性，一是它随温度的上升增长很快；二是在反向电压不超过某一数值时，反向电流不随反向电压改变而改变，故这个电流称为反向饱和电流。课题1 晶体二极管的使用上一页下一页返回

五二极管的主要参数 1.最大整流电流IF 最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。当电流超过这个允许值时，二极管会因过热而烧坏，使用时务必注意。课题1 晶体二极管的使用上一页下一页返回

2.反向峰值电压URM 它是保证二极管不被击穿而得出的反向峰值电压，一般是反向击穿电压的一半或三分之二。 3.反向峰值电流IRM 它是指在二极管上加反向峰值电压时的反向电流值。反向电流大，说明单向导电性能差，并且受温度的影响大。课题1 晶体二极管的使用上一页下一页返回

1．二极管的种类划分 课题1 晶体二极管的使用六、认识二极管家族上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 2．普通二极管二极管的两根引脚有正、负极性之分，使用中如果接错，不仅不能起到正确的作用，甚至还会损坏二极管本身及电路中其他元器件。二极管最基本的特征是单向导通特性，即流过二极管的实际电流只能从正极流向负极。利用这一特性，二极管可以构成整流电路等许多实用电路。普通二极管（见图1-1-8）可以用于整流、限幅、检波等许多电路中。图1-1-8 普通二极管上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 3．稳压二极管稳压二极管（见图1-1-9）用于直流稳压电路中，它也具有两根正、负引脚，也有一个PN结的结构，它应用于直流稳压电路中时，PN结处于击穿状态下，但不会烧坏PN结。稳压二极管常用VD表示。注意：稳压二极管的电路符号与普通二极管电路符号有一点区别，可以由此来识别稳压二极管。图1-1-9稳压二极管上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 4．发光二极管发光二极管（见图1-1-10）是一种在导通后能够发光的二极管，也具有PN结，有单向导电特性。发光二极管具有体积小、功耗低、寿命长、外形美观、适应性能强等特点，广泛用于仪器、仪表、电器设备中做电源信号指示、音响设备调谐和电平指示、广告显示屏的文字、图形、符号显示等。图1-1-10 发光二极管上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 红外线发光二极管（见图1-1-11）也是发光二极管中的一种，但是它发出的是红外线，主要用于各种红外遥控器中作为遥控发射器。红外线发光二极管也有PN结的结构，有两根引脚，且有正、负极性之分。发光二极管种类繁多，普通发光二极管用于各种指示器电路中，红外线发光二极管用于各类遥控器电路中。图1-1-11 红外线发光二极管上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 5．光敏二极管光敏二极管在反向偏置下并有光线照射时，光敏二极管导通；没有光线照射时，光敏二极管不导通。光敏二极管在烟雾探测器、光电编码器及光电自动控制中作为光电信号接收转换用。如图1-1-13所示为光敏二极管。图1-1-13 光敏二极管上一页下一页返回

课题1 晶体二极管的使用 6．变容二极管变容二极管（见图1-1-14）又称“可变电抗二极管”。PN结具有电容的特征和功能，叫做极闸电容或结电容。变容二极管是一种利用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。图1-1-14 变容二极管上一页下一页返回

课题2 整流电路的应用 一、认识整流电路 1．图解单相半波整流电路半波整流电路是电源电路中一种最简单的整流电路，它的电路结构最为简单，只用一只整流二极管。由于这一整流电路的输出电压只是利用了交流输入电压的半周，因此被称为半波整流电路。半波整流电路是各种整流电路的基础，掌握了这种整流电路工作原理的分析思路，便能分析其他的整流电路。上一页下一页返回

课题2 整流电路的应用 2．图解单相全波整流电路全波整流电路使用两只整流二极管构成一组全波整流电路，且要求电源变压器有中心抽头。全波整流电路的效率高于半波整流电路，因为交流输入电压的正、负半周都被作为输出电压输出了。本电路二极管极性不能接反，否则会烧毁二极管。上一页下一页返回

课题2 整流电路的应用 3．图解单相桥式整流电路单相桥式整流电路的变压器次级绕组不用设中心抽头，但要用四只整流二极管。从整流电路的输出电压波形中可以看出，通过桥式整流电路，可以将交流电压转换成单向脉动性的直流电压，这一电路作用同全波整流电路一样，也是将交流电压的负半周转到正半周来。上一页下一页返回

课题2 整流电路的应用 二、整流电路的工作原理 1．单相半波整流电路图1-2-4 单相半波整流电路上一页下一页返回

课题2 整流电路的应用 (1）工作原理设在交流电压正半周（0～t1），u2＞0，A端电位比B端电位高，二极管VD因加正向电压而导通，电流IL的路径是A→VD→RL→B→A。注意到，忽略二极管正向压降时，A点电位与C点电位相等，则u2几乎全部加到负载RL上，RL上电流方向与电压极性如图1-2-4所示。在交流电压负半周（t1～t2），u2＜0，A端电位比B端电位低，二极管VD承受反向电压而截止，u2几乎全部降落在二极管上，负载RL上的电压基本为零。由此可见，在交流电一个周期内，二极管半个周期导通半个周期截止，以后周期性地重复上述过程，负载RL上电压和电流波形如图1-2-5（b）、（c）所示。上一页下一页返回

课题2 整流电路的应用 归纳：利用整流二极管的单向导电性将双向的交流电路变成单方向的脉动直流电，这一过程称为整流。由于输出的脉动直流电的波形是输入的交流电波形一半，故称为半波整流电路。图1-2-5 单相半波整流电路波形图上一页下一页返回

课题2 整流电路的应用 (2）负载RL上的直流电压和电流的计算单相半波整流电路中，负载RL上的半波脉动直流电压平均值可按下式计算： UL≈0.45U2 流过负载RL的直流电流平均值IL可根据欧姆定律求出，即上一页下一页返回

课题2 整流电路的应用 (3）整流二极管上的电流和最大反向电压二极管导通后，流过二极管的平均电流IF与RL上流过的平均电流相等，即由于二极管在u2负半周时截止，承受全部u2反向电压，所以二极管所承受的最大反向电压URM就是u2的峰值，即上一页下一页返回

课题2 整流电路的应用 (4)单相半波整流的特点电路简单，使用的器件少，但是输出电压脉动大。由于只利用了正弦半波，理论计算表明其整流效率仅40%左右，因此只能用于小功率以及对输出电压波形和整流效率要求不高的设备。上一页下一页返回

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