劳动出版社《电工学》-B01-900806-常用电子元器件及其应用电路

1、目录,第一节 二极管 第二节 三极管 第三节 直流稳压电源 实验与实训7 串联型直流稳压电源测试 第四节 集成运算放大器 第五节 晶闸管 第六节 数字集成电路,电工学课件,6-1 二极管,了解二极管的结构和特性。 了解二极管的应用。,第一节 二极管,我们经常会看到如图所示的电子显示屏，为什么这些电子显示屏会有字或图显示出来呢？原来这个显示屏是有很多个二极管构成的，二极管是常用的电子元件之一,下面让我们来认识一下二极管吧。,一、二极管的结构与特性 二、二极管的主要参数和分类 三、二极管的应用,一、二极管的结构与特性,二极管是半导体器件，所谓半导体材料是指导电性能介于导体和绝缘体之间的物体 。,1二极管的结构与符号,二极管的结构和符号,几种常见的二极管的外形,闭合开关后，指示灯不亮，说明此时二极管的电阻很大，导电性能极差，称为“截止”状态。,2二极管的单向导电性,（1）加正向电压时，二极管导通,闭合开关指示灯亮， 说明此时二极管的电阻很小，导电性能良好，称为“导通”状态。,（2）加反向电压时，二极管截止,二、二极管的主要参数和分类,1二极管的主要参数,最大整流电流IFM 是指二极管允许通过

2、的最大正向工作电流的平均值。,最高反向工作电压URM 是指二极管允许承受的最高反向电压。,（3）发光二极管 直接将电能转变为光能。,2二极管的分类,（1）整流二极管 利用二极管的单向导电性把交流电变换成直流电。,（2）硅稳压二极管 利用二极管反向击穿时两端的电压保持稳定的特性来稳定电路两点电压。,（5）变容二极管 利用反向偏压改变PN结的结电容。,（4）光电二极管 能将光照强弱的变化转变成电信号。,三、二极管的应用,二极管主要应用于整流电路 。,输入交流电压波形,输出直流电压波形,单相半波整流电路,当u2为正半周时，极性如图所标，即a点为正(+)、b点为负(-)，整流二极管V承受正向电压而导通，有电流iL流过负载RL。 其路径是a V RL b，若忽略二极管的正向压降，UL = U2；,1工作原理,当u2 为负半周时，a点为负(-)，b点为正(+), 二极管承受反向电压而截止，负载RL上无电流，UL = 0。,2参数计算,RL上半波脉动直流电压平均值为,负载上的平均电流为,最大反向工作电压URM应大于u2的峰值电压,最大整流电流IOM应大于负载电流,3对整流二极管的要求,电工学课件,6

3、-2 三极管,了解三极管的结构与特性。 了解三极管的应用。,第二节 三极管,照明电灯开关在生活中司空见惯，一般用的是机械开关。,随着电子技术的发展，声控、光控和遥控电灯开关也相继出现，极大地方便了人们的生活，在这些新型的电灯开关电路中有的就使用了三极管驱动电路。,一、三极管的结构、分类与主要参数 二、三极管的电流放大作用 三、三极管在驱动电路中的应用,一、三极管的结构、分类与主要参数,三极管由两个相距很近的PN结组成，它有三个区：发射区、基区和集电区，各自引出一个电极称为发射极、基极和集电极，分别用字母E(e)、B(b) 、 C(c)表示。,1三极管的结构,2三极管的分类及符号,NPN型三极管，发射极箭头应指向管外（由基区指向发射区）,PNP型三极管，发射极的箭头应指向管内（由发射区指向基区）,（3）集电极允许最大电流ICM 三极管工作时若IC超过ICM， 值明显下降，特性变差。,3三极管的主要参数,（1）共射电流放大系数 值一般在20 200之间。 值太大时工作性能不稳定，通常选用值在60 100之间。,（2）穿透电流ICEO 当基极开路（IB=0）时，集电极和发射极之间的反向电流。

4、ICEO随温度的升高明显增大，所以希望它越小越好。,（4）反向击穿电压U(BR)CEO 当三极管的管压降UCEU(BR)CEO时，集电极电流IC急剧增大。,（5）集电极最大允许耗散功率PCM 正常时应使UCE IC PCM,否则三极管过热。,二、三极管的电流放大作用,1三极管的工作电压,要使三极管具有电流放大作用，必须在它的发射结加正向电压，集电结加反向电压。,NPN型三极管电源接法，c、b、e三个电极的电位应符合： UCUBUE,PNP型三极管电源接法， c、b、e三个电极的电位应符合： UCUBUE,2三极管内电流分配规律,三极管的发射极电流=集电极电流+基极电流 IE=IC+IB,集电极电流与发射极电流近似相等 ICIE,三极管集电极直流电流IC与相应的基极直流电流IB之间的比值几乎是固定不变的，称为共发射极直流电流放大系数，用 表示。,三极管集电极电流变化量 与相应的基极电流变化量 的比值也几乎是固定不变的，称为共发射极交流放大系数，用表示。,3三极管的电流放大作用,定义：当IB有一微小的变化时,就能引起IC较大的变化， 这种现象称为三极管的电流放大作用。,以NPN型三极管为例

5、,4三极管的三种工作状态,三、三极管在驱动电路中的应用,1 .电路原理图及实物图,驱动电路原理图,驱动电路实物图,继电器驱动电流一般需要20-40mA或更大，线圈电阻100-200欧姆，因此要加驱动电路。晶体管V1可视为控制开关，电阻R1主要起限流作用，降低晶体管V1功耗，阻值为1 k，二极管V2为续流二极管，能反向续流，抑制浪涌。V1的集电极接继电器的线圈，继电器的常开触点与白炽灯泡HL串联后接电网220V电压。,当晶体管V1基极被输入高电平时，晶体管饱和导通，集电极变为低电平，因此继电器线圈通电，常开触点吸合。当晶体管V1基极被输入低电平时，晶体管截止，继电器线圈断电，常开触点断开。,电工学课件,6-3 直流稳压电路,了解直流稳压电源各部分电路的工作原理。,第三节 直流稳压电源,电子血压计工作时需要直流电源，可以用干电池供电，但干电池用的时间不长，一段时间后电池的电用完了就必须更换新的电池。,有一个稳压电源的装置，它可以将插座上的交流电转化为稳定的直流电，用它就可以避免了经常更换电池的麻烦。,一、单相整流电路 二、滤波电路 三、稳压管并联型稳压电路,小功率直流稳压电源原理框图,电源

6、变压器 在整流前首先把220V电网电压变换成所需要的交流电压值。,整流电路 利用二极管的单向导电性，将交流电压变换成脉动直流电压。,滤波电路 利用电容器、电感线圈的贮能特性，把脉动直流电压中纹波成分滤除，从而得到平滑的直流电压，以适应负载的需要。,稳压电路 使直流电源的输出电压稳定，不受电网电压或负载变动的影响。,一、单相整流电路,单相桥式整流电路是由四只整流二极管接成电桥的形成构成。桥的一对角接变压器的次级绕组，得交流电压 u2 = U2 sint，桥的另一对角接负载RL。,1单相桥式整流电路原理图,当u2 为负半周时，a点为负(-)，b点为正(+),二极管V2和V4承受正向电压而导通， V1和V3承受反向电压而截止，电流iL2自b点流过V2、也是自上而下流过负载RL，经V4到a点。若忽略二极管的正向压降，uL = -u2。,当u2 为正半周时，假设a点为正(+)、b点为负(-)，二极管V1和V3承受正向电压而导通， V2和V4承受反向电压而截止，电流iL1自a点流过V1、RL、V3到b点，它是自上而下流过负载RL。若忽略二极管的正向压降，uL = u2。,2工作原理,单相桥式整流电

7、路输入交流电波形,单相桥式整流电路输出直流电波形,3电路输入输出波形,RL两端电压是全波脉动直流电压，其平均值为 UL = 0.9U2,负载上的平均电流为,流过每只二极管的平均电流为,4电路参数计算,对整流二极管的要求是，它的最大整流电流IOM应大于I V，最大反向工作电压URM应大于U2，即,截止管所承受的最大反向电压为变压器次级绕组电压的峰值。即,二、滤波电路,交流电压经过整流后的单相脉动直流电压中，仍含有较多的交流成分。为了获得平滑的直流电压，需要在整流电路和负载之间接入能把脉动直流电中脉动成分滤掉的电路，这种电路称为滤波电路。,桥式整流电容滤波电路,1桥式整流电容滤波电路原理图,2工作原理,当电路接通电源时，假设u2从为正半周的零值开始增大，此时图中的a点为正(+)、b点为负(-)。二极管V2、V4反偏而截止，V1、V3正偏导通。导通电流分作两路，一路向负载RL供电，一路向电容C充电而储存能量。由于二极管正向导通电阻很小，变压器次级绕组上的电阻也很小，所以充电时间常数1很短，电容充电的速度很快。电容上的电压uc随u2 而增大，当u2达到峰值U2时，ucU2，即图中曲线Oa段。,

8、以后u2下降，由于电容两端电压不能突变，出现了uc u2的情况，使二极管V1、V3处于反偏的截止状态（V2、V4仍能截止），这样电容C与变压器被隔断。于是电容器C释放能量，它经负载RL放电。由于放电时间常数2RLC比充电时间常数1大得多，所以uc即U L下降很缓慢。,在u2的负半周即tT/2 后，u2又开始增大，只要它小于uc，二极管均处于反偏而截止，即图中曲线ab段。当u2uc,二极管V2、V4正偏而导通。电源一方面向负载RL供电，另一方面再次向电容C充电。在t= T时，充电达到最大值,uc=U2,即曲线bc段。此后，u2下降，二极管又均反偏而截止，电容再次经负载放电,一直维持到u2的下个正半周的某个瞬间,u2uc,二极管V1、V3重新导通，再次向电容C充电。如此周而复始地进行下去。,三、稳压管并联型稳压电路,1电路组成,并联型稳压电路,R为限流电阻,2稳压原理,其稳压过程可用简式表示如下： Ui（或RL）Uo（UZ）IZIUR Uo,当电网电压升高或负载阻值变大时，输出电压Uo随之增大，即稳压管两端电压UZ增大。UZ增大引起稳定电流IZ急剧增大，而I = IZ+IL，故I也随之增大

9、。由于UR = IR，因而UR增大。又因为 Uo = UiUR，这就促使Uo下降，实现了Uo的稳定。,实验与实训7 串联型直流稳压电源测试,一、实验目的 1熟悉串联型稳压电源的工作原理, 掌握调节电源输出电压的方法。 2掌握串联型稳压电源内阻的概念和测量方法。 3理解减小串联型稳压电源输出电压纹波的措施。,二、实验设备 串联型稳压电源电路实训器材明细见表。,三、训练内容 串联型稳压电源的组装过程 串联型稳压电源的测试内容和操作方法 串联型稳压电源的检修,电工学课件,第四节 集成运算放大器,了解集成运算放大器的特性。 了解集成运算放大器的应用情况。,在20世纪50年代产生了晶体管计算机，虽然体积已经比第一代电子管计算机小了许多，但体积仍然庞大。,20世纪60年代发明了集成电路，集成电路是在半导体硅片上通过一系列工艺制造出晶体三极管、电阻、电容以及相互间的连线，构成一个完整的有一定功能的电路，集成电路使得计算机的体积大大缩小，功能越来越强大。,一、集成运算放大器 二、集成运放应用举例,一、集成运算放大器,三角形符号表示放大器，三角形顶所指方向为信号传输方向，“”表示开环增益极高。它有两个输入端和一个输出端。同相输入端标“+”（或P），输出端信号与该端输入信号同相。反相输入端标“”（或N），输出端信号与该端输入信号反相。,1集成运算放大器的符号和工作特性,定义：集成运放的输出电压与输入电压（即同相输入端与反相输入端之间的电压）之间的关系曲线称为电压传输特性曲线。,2集成运放的电压传输特性,曲线分线性区和非线性区。在线性区，输出电压uo随着输入电压（up-u）的变化而变化；但是在非线性区，uo只有两种可能：或者是+Uom或者-Uom。,集成运放的电压传输特性曲线图,3集成运放的工作特点,净输入电压up-uN=0，即 up=uN,具有“虚短 ”特性。 如果有一个输入端接地，则另外一个输入端也非常接近地电位，称为“虚地”。 两个输入端的输入电流为零，即 ip

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