晶体二极管和二极管整流电路

课 题 授课班级 1.1 晶体二极管 1．熟识二极管的外形和符号 2．掌握二极管的单向导电性 3．理解二极管的伏安特性、理解二极管的主要参数 4．会检测二极管 二极管的单向导电性 课型 授课时数 新课 1 教学目标 教学重点 教学难点 二极管的反向特性 学情分析 教学效果 教后记 2- 1

引入 新课 1．观察二极管的外形 2．得出共性特征：具有两个电极，将其拉入电路中会出现何种特性呢？ 3．演示实验 （1）实验电路 （2）现象 灯亮或不亮，说明电路导通或不通。 结论：有一类器件能单方向导电，这类器件是晶体二极管。 1.1.1 晶体二极管的单向导电性 1．结构：一个是正极，一个是负极 2．符号： 3．文字：V 4．结论： a．外加电压为正极高电位，负极低电位时二极管导通，正偏。 b．外加电压为负极高电位，正极低电位时，二极管截止，反偏。 单向导电性：晶体二极管加一定正向电压时导通，加反向电压时截止。 随堂练习 判断二极管是否导通 1.1.2 PN结 1．本征半导体：不加杂质的纯净半导体，如硅、锗。 2．载流子：半导体中存在的两种导电的带电物体。 （1）自由电子：带负电。 （2）空穴：带正电。 特性：在外电场的作用下具有定向移动的效应，能形成电流。 3．P型半导体：在本征半导体中掺三价元素。 空穴数大于自由电子数。 （展示各种二极管） （观察灯的发光情况） （引导） （讨论、回答、评析） （讲解） 2- 2

即：多数载流子为空穴，少数载流子为电子。 4．N型半导体：在本征半导体中掺入五价元素。 即：多数载流子为电子，少数载流子为空穴。 注意：无论是P型、N型半导体，其正、负电荷总是相等的，整个半导体保持电中性。 （讲解） 5．PN结 采用掺杂工艺，使硅或锗的一边形成P型半导体，另一边形成N型半导体区域，在P区和N区的交界面形成一个具有特殊电性能的薄层，称为PN结。 将PN结加封装成二极管，从P区引出为正极，N区引出为负极。 （图形模拟） （引导） 结论： （1）PN结正向偏置时，电阻很小，导通。 （2）PN结反向偏置时，电阻很大，截止。 1．画一个可使灯发光的二极管电路。 练习 2．将以下器件串联，使二极管导通。 （学生完成） 3．画出图中的电流通路。 小结 半导体材料：硅、锗→P型、N型→PN结→单向导电性→二极管 习题一 1-1、1-2、1-3、1-4； 判断下图中二极管是否导通。 布置作业

2- 3

课 题 授课班级 1.1.3～1.1.5 二极管的伏安特性、简单测试、分类、参数 1．熟悉二极管的伏安特性 2．会简单测试二极管 3．理解二极管的分类、型号及参数 课型 授课时数 新课 1 教学目标 教学重点 伏安特性、测试方法 教学难点 二极管的反向特性 学情分析 教学效果 教后记 2- 4

1．二极管的特性是 ，具体体现为加 电压导通， 新课 加 电压截止。 （填空） 2．判断下列电路中二极管导通情况。 （练习） （讨论） B．引入 从以上第1题来看，V是否能导通，需进一步研究二极管的伏安特性。 （引导） C．新授课 （演示实1.1.3 伏安特性 验、观察变实验：二极管伏安特性测试 化） 目的：得出二极管电流随二极管电压的变化关系 实验电路： （讲解） 调节触头，使加于二极管两端的电压变化，观察毫安表的变化情况有以下结论： (1)当正向电压较小时，正向电流极小，称为死区，死区电压：硅0.5 V，锗0.2 V。 (2)当正向电压大于死区电压时，电流随电压增大而急剧增大，二极管导通。 (3)二极管导通后，两端电压基本稳定，一般硅为0.7 V，锗为0.3 V。 反向特性： (1)当加反向电压时，二极管反向电阻很大，电流极小，此时电流为反向饱和电流。 （引导分(2)当反向电压不超过反向击穿电压时，反向饱和电流几乎与反向电压无关。 析伏安特(3)当反向电流在反向电压增大到一定时突然增大，此时反向电压为反向击穿电压。 性） 击穿：电击穿——可恢复； 热击穿——不可恢复。 注意：二极管正向电流不能过大，为限制电流，应在二极管电路中加串联电阻起限 A．复习 2- 5

（引导） 1.1.4 二极管的简单测试 一、测试基本原理 （1）二极管的伏安特性：正向时，电阻小，导通； 反向时，电阻大，截止。 （2）万用表电阻挡用万用表内部电源。 注意：表内电池的正极与黑表笔相连，不能与万用表面板的“＋”、“－”相混。 （提问，引二、测试方法 起思考） 1．选用万用表R×100、R×1k挡 问题：为什么不选用R×1挡（电流较大） R×10k挡（电压较高，二极管损坏） 2．接线 （实操） 3．结论 （1）一次电阻较大（大于几百千欧），一次电阻较小（几百欧、几千欧），说明二极 管正常。 （2）阻值小的，与黑笔相接的为二极管的正极。 1.1.5 二极管的分类、型号和参数 1．分类 （1）材料：硅二极管、锗二极管 （2）结面积：点接触型、面接触型 （3）用途：整流、稳压、发光、光电、变容 2．主要参数 （1）最大整流电流IFM：二极管允许通过的最大正向工作电流平均值。 11（2）最高反向工作电压VRM：二极管允许承受的反向工作电压峰值，VRM~ 23 反向击穿电压。 （3）反向漏电流IR：规定的反向电压和环境温度下的二极管反向电流值。IR越小，二极 管的单向导电性能越好。 流作用。 2- 6

练习 小结 1．伏安特性 2．测试 3．分类 布置作业 习题一 1-5，1-6，1-7 2- 7

课 题 授课班级 1．能理解整流的概念 2．掌握单相半波、全波整流电路的工作原理，会计算负载的整流二极管上的电压和电流 1.2 晶体二极管整流电路 课型 授课时数 新课 2 教学目标 教学重点 整流电路中二极管的电压 教学难点 整流电路的工作原理和波形分析 学情分析 教学效果 教后记 2- 8

1．硅二极管的门坎电压为 V，导通电压为 V。 新课 锗二极管的门坎电压为 V，导通电压为 V。 2．比较硅二极管和锗二极管的反向漏电流。 （回答） 3．说出以下电路中硅二极管能否导通及二极管上的电压。 导通Vv0.7 V 截止Vv3 V（反向） B．引入 利用二极管的单向导电性，可将交流电转成直流电，电路如何构成，工作原理怎样？ C．新授课 整流：将交流电转换成直流电的过程。 整流电路：利用晶体二极管的单相导电性，将单相交流时间性转换成直流电的电路。 1.2.1 单相半波整流电路 一、工作原理 （引导观1．电路构成 察电路） 2．工作分析 （1）单相交流电压v1经变压器降压后输出为v2； （2）当v2正半周时，A为正，B为负。 （引导分二极管承受正向电压导通，电路有电流。 析） 问题：a．标出电流方向。 （讨论、回b．若二极管电压为0，vL与v2的关系如何？ 答、评析） （3）当v2负半周时，B为正，A为负。 二极管随反向电压截止，电路中几乎无电流。 结论：负载RL上只有自上而下的单方向电流，即RL的电流为直流电流。 （解释“几3．波形分析 乎”二字） a．v2与v1是变压关系，波形为正弦波。 b．正向导通时，vL与v2几乎相等，即vL随v2同步变化。 （点明波 A．复习 2- 9

c．负载上的电流与电压波形类似，因为是阻性负载。 d．反向截止时，v2的电压加于二极管，二极管反向电压与v2负半周相同。（引导学生作出波形。） 二、负载和整流二极管上的电流 1．负载两端电压——以平均值表示 VL0.45 V2 V2为变压器二次电压有效值，用欧姆定律计算 2．负载电流——平均值 形分析关键几点） ILVLV0.45L RLRL3．二极管的正向电流IV与流过负载RL的电流IL相等（提示二极管与负载的串联关系） IVIL0.45V2 RL 4．二极管反向电压截止时承受反射峰值电压 VRM2V21.41V2 5．选择二极管 额定电压＞反向峰值电压 二极管额定整流电流＞实际流过电流 练习 提供参数，进行计算 V218V，RL24Ω，求VL，IL 小结 1．组成 2．原理 3．输出电压 4．二极管参数 补充 1．画单相半波整流电路，并分析其工作原理。 2．画出负载上电压、电流波形。 布置作业 2- 10

课 题 授课班级 1．能理解单相全波整流电路的工作原理，波形分析 2．会计算负载和整流二极管上的电压和电流 3．会分析桥式单相全波整流电路，会计算 1.2.2 全波整流电路 课型 授课时数 新课 1 教学目标 教学重点 桥式整流电路 教学难点 负载上和整流二极管上的电压和电流 学情分析 教学效果 教后记 2- 11

A．复习 新课 半波整流电路和相关公式 （1）VL0.45V2 （2）ILVLV0.45L RLRL（3）VRM2V21.41V2，IvIL B．引入 从半波整流波形中可知，单相半波整流电路电源利用一半将电路改变，可以提高电源利用率。 C．新授课 1.2.2 单相全波整流电路 一、变压器中心抽头式单相全波整流电路 1．电路 （练习） （讲解） （引导观察电路） 变压器二次若为正半电压，则A端为正，B端为负，且VA＞VC＞VB 2．工作原理 问题： （1）当输入电压为正半周时，A、B、C三点电位高低如何？ VA＞VC＞VB （2）V1、V2哪个导通？ V1 （3）作出电流通路。 （4）若输入电压为负半周时，回答以上三个问题。 归纳结论：RL的电流在电源正负半周时均为同方向，说明RL的电流是直流电。 波形分析 （引导分析） （学生讨论完成） （引导学生画出波形） 2- 12

问题： 当V1导通时，V2承受电压为多少？ V2的反向最大电压为22V2。 3．负载和二极管上的电压和电流 V2aV2bV2 （1）VL——负载全波脉动直流电压平均值 VL0.9V2 V2为变压器二次绕组两个部分各自交流电压有效值。 （2）负载电流IL ILVL0.9V2 RLRL（3）二极管的平均电流 每个二极管的平均电流为负载电流的一半，即 Iv（4）二极管的反向最高电压 VRM22V2 二、单相桥式全波整流电路 1．电路 1IL 2 2．工作原理 问题： （1）v2为正时，导通的二极管是V1，V3，截止的是V2，V4。 （2）画出v2为正时的导通电路。 （3）标出RL上的电流方向。 （4）截止二极管承受的反向电压为2V2。 （5）v2为负时，讨论以上问题。 （引导识别电路图，辨清：①与电源、与负载连接的两端点，②V1V3、V2V4的方向关系） （讨论完 2- 13

3．负载和二极管的电压和电流 （1）VL0.9V2 成、引导评析） 0.9V2（2）IL RL 1 （3）IVIL 2 （4）VRM2V2 （提示：符号含义与前面电路相同） 有一直流负载，需要直流电压VL60V，直流电流IL4A，若采用桥式整流电路，求二次电压，选择二极管。（解释“直流电压”的含义。） 解：VL0.9V2 V2VL60V66.7 V 0.90.9 练习 IV11IL=×4A=2A 22VRM2V21.41×66.7V94V 通过查手册，选用电流大于2A，额定反向电压为100V的2CZ12A二极管四只。 三、桥堆 小结 全波整流→变压器抽头式、桥式→工作原理→负载电压电流、二极管电压电流。 布置作业 习题一 1-8，1-9 2- 14

课 题 授课班级 整流电路习题 课型 授课时数 复习 2 教学目标 教学重点 进一步理解整流电路的工作原理，分析方法 整流电路的工作原理 教学难点 新型变形电路的分析 学情分析 教学效果 教后记 2- 15

1．对照电路图简述全波整流的原理。 新课 2．负载与二极管的电压和电流公式。 3．将下列图正确连接，并标出电流方向。 （归纳电路连接方法） （引导讨4．当桥式电路出现以下故障时，分析其不良影响： 论、学会画（1）V1极性接反。 交流通路的当v2负半周，V2与V1导通，将二次侧短路，使变压器烧坏。 分析方法） （2）V2开路。 电路变为半波整流，输出电压降低。 （3）V2被击穿短路。 当v2正半周时，V2与V1导通，变压器二次侧短路烧坏。 （引导学生（4）2负载RL被短路。 分析） 电路的输出电流大，造成变压器二次线圈或整流二极管被烧坏。 （学生完5．桥式整流的波形分析。 成） A．复习 （学生完6．桥式整流电路中，当v2正半波时，哪些二极管承受反向电压？画出等效电路图。 成） 2- 16

V2、V4处于截止状态，并为并联，此时承受反向最大电压均为2V2。 B．引入 练习： 下列电路是否是整流电路，简述其工作原理。 （1）标出电流方向。 （讨论完成） （讨论完成） （2）V1、V2的反向最大电压。 （3）画出V2的电压波形。 2- 17

1．比较三种整流电路（学生完成）。 二极管数 VL IL IV VRM 特点 单相半波 变压器中心抽头 桥式整流 2．桥式整流电路，分别画出负载电压波形。 练习 （1）整流电路分析基本方法。 （2）各种整流电路的对比。 小结 布置作业 习题一 1-10，1-11，1-12 2- 18

课 题 授课班级 1．了解滤波和滤波电路的概念 2．理解电容滤器的作用原理，说明它们的使用场合 3．了解电感滤波器的作用，了解复式滤波的形式 1.3 滤波器和稳压器 课型 授课时数 新课 2 教学目标 教学重点 电容滤波器的工作原理 教学难点 学情分析 教学效果 教后记 2- 19

A．引入 整流电路输出的是脉动直流电，方向虽然不变，但它的大小量值有较大波动。 电子设备很多场合需要比较稳定的电压，故必须将脉动大的直流电变为较为平缓的直流电。 新课 B．新课 1.3.1 滤波器 一、滤波 1．将脉动较大的直流电变为变化平缓的直流电的过程。 2．滤波电路：能实现滤波作用的电路。 3．滤波器件：电容器、电感器。 形式：电容滤波器、电感滤波器、复式滤波器。 二、电容滤波器 1．电路图 （讲解） （讲解） （引导共同分析、弄清v2＞vC充电，v2＜vC放电） （讨论完 2．工作分析及波形 （1）0～t1，v2上正下负，V导通，对C充电，vC上升，因为R C很小，所以vC上升很快，vC随v2几乎同时达到相等，在t1时，vC2v2。 （2）t1后，v2下降，所以vC＞v2，V截止，VC通过RL放电，RL中有电流。 t1～t2：iRLC，vC下降。 （3）v2负半周，V仍截止，vC仍为放电。 （4）第二个正半波时，v2由0上升但v2＜vC时V仍截止。 （5）到t2后时，v2＞vC，v2对C充电，至vC2v2，v2又下降，vC对RL放电，重复第二步。 2- 20

由上可知：半波整流电路输出电压vL的脉动程度减弱，波形平滑。 3．全波整流滤波的工作分析 （1）全波整流结果是全波脉动直流电v2正、负半周均有二极管导通。 （2）v2对C充电两次，充电方向相同，电容C对负载放电时间缩短。 （3）波形 （引导分析波形） 4．输出电压（平均值） 估算： 半波：vLv2 全波：vL1.2 v2 5．适用场合 用于负载电流小、负载电阻大的场合。 三、电感滤波器 1．电路： + VL － （比较电压大小） （说出L与RL连接方式，与电容滤波器进行比较） （对比两种滤波器） 电感与负载串联 2．滤波原理 电感直流电阻小，交流阻抗大，在电流脉动时，将产生感应电动势。 （1）当电流上升时，电感线圈中将产生与电流相反的感应电动势，阻止电流增加。 （2）当电流下降时，将阻止电流减小。 （3）脉动程度变小。 VL 3．适用场合 负载电流大并经常变化的场合。 四、复式滤波器 1．特点： 2- 21

（1）两种或以上滤波器组合 （2）效果比单一的好 2．电路形式： （1）L形（2）π形（3）RCπ形 （识别电路） 练习 小结 （1）滤波的形式。 （2）电容滤波的工作原理。 （3）两种滤波的使用场合。 布置作业 （1）滤波电路的分类有哪几种？ （2）简述电容滤波电路的工作原理。 2- 22

课 题 授课班级 1．熟悉硅稳压二极管的符号，理解其稳压原理 2．了解稳压二极管的参数 3．能阐述硅稳压二极管稳压电路的工作原理 1.3.2 硅稳压二极管稳压电路 课型 授课时数 新课 2 教学目标 教学重点 稳压二极管的特性 教学难点 稳压二极管稳压原理 学情分析 教学效果 教后记 2- 23

A．复习 1．电容滤波器的工作原理。 电路形式、波形、输出电压 2．电感滤波器的作用。 3．二极管的单向导电性。 新课 B．引入 交流电网电压的波动和负载变化使输出直流电压不稳定，通常在电路中要有稳定输出电压的电路。 C．新授课 1.3.2 硅稳压二极管稳压电路 一、硅稳压二极管正向特性 1．硅稳压二极管正向特性 与普通二极管类似，大于死区电压后导通，导通后为0.7 V。 2．稳压——工作在反向击穿状态 （讲解） （对比，与普通二极管的差别） （讲解） （1）反向电压小于击穿电压，电流很小。 （2）反向电压增大到击穿电压VA时，反向电流开始急剧增大，产生电击穿。 （3）经特殊处理，只要反向电流小于它的最大允许值，管子仅为电击穿，外电压撤除后，可恢复，不损坏二极管。 （4）在击穿区内，反向电流的变化很大，但ΔVZ很小。 （5）可近似认为稳定电压就是略大于击穿电压。 二、稳压二极管的主要参数 1．稳定电压VZ。 粗略认为是反向击穿电压，VZ≈VA。 但每个稳压管只有一个稳定电压，同型号的是稳定电压的范围。 2．稳定电流：对应于VZ的电流值。 3．最大稳定电流Imax：稳压管允许长期通过的最大反向电流。 4．动态电阻：VZΔVE/ΔIE。 2- 24

（把稳压管比喻成一个可膨胀的管子，当电压稍改变，管中流过较大电流，说明稳压管中电流可变。） 动态电阻小的，稳压性能好。 三、硅稳压二极管稳压电路的工作原理 1．电路 整流→滤波→稳压 （观察二极管接法） 注意：二极管工作在反向状态。 2．稳压过程 当VI、RL变化，VO波动 设VO下降： VO↓→IE↓→IR（IZ+IL）↓→VR↓ VO↑ 由于V和RL并联，V管总要限制VＯ的变化，所以能稳定输出电压。 问题： 如果R0，还能稳压吗？（否） R在电路中起限流作用。 2- 25

1．稳压管的稳压值由什么决定？ 由所需稳压的具体电路确定。 2．稳压管的工作电流是大好？小好？ 由rΔVE可知电流大些好，r就小，但电流大，引起温度上升，易损坏器件。 ΔI3．若某稳压管的稳压值为5.7 V，求二极管中的电流。 （引导，先判断稳压管击穿否、讨论、练习。） 练习 IR Vz IL 小结 硅稳压管稳压时工作状态、主要参数、稳压电路稳压过程 布置作业

习题一 1-13，1-14，1-15 2- 26