二极管及直流稳压电源剖析

【课题】

1.1 二极管

【教学目的】

1．了解二极管的基本结构、类型和主要参数。 2．掌握二极管的主要特性。 【教学重点】

1．二极管的基本结构、特性和类型。 2．二极管的单向导电特性及伏安特性。 【教学难点】

1．二极管的主要参数。 2．二极管的单向导电特性。 【教学参考学时】

2学时 【教学方法】

讲授法、分组讨论法 【教学过程】 一、引入新课

1．通过实物演示及列举实例，让学生了解二极管的应用，从而激发他们的学习兴趣。 2．简单介绍本征半导体、杂质半导体等半导体的相关知识。 二、讲授新课

1.1.1 二极管的基本结构、特性和类型

1．二极管的基本结构：将一个PN结的两端各引出一个电极，外加玻璃或塑料的管壳封装而成。由P型半导体引出的电极，称为正极（或阳极）；由N型半导体引出的电极，称为负极（或阴极）。

2．二极管的单向导电性：二极管正向偏置时导通，反向偏置时截止。

3．二极管的伏安特性：通过二极管的电流和两端电压之间的对应关系，常用伏安特性曲线来描述。通过伏安特性曲线，了解死区、正向导通、反向截止、反向击穿等概念。 4．二极管的类型：二极管种类有很多，按照其内部结构的不同，可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。 1.1.2 二极管的主要参数

1

最大整流电流IFM、最高反向工作电压VRM、反向电流IR。 三、课堂小结

1．二极管的单向导电性。 2．二极管的伏安特性。 3．二极管的主要参数。 四、课堂思考

P4思考与练习题1、2、3。 五、课后练习

P29 一、填空题：1、2；二、判断题：1；三、选择题：2；五、综合题：1。

【课题】

1.2 特殊二极管

【教学目的】

了解几种常见的特殊二极管的功能、电路符号、工作条件和特性。 【教学重点】

特殊二极管的功能、电路符号、工作条件和特性。 【教学难点】

特殊二极管的工作条件及特性。 【教学参考学时】

1学时 【教学方法】

讲授法 【教学过程】 一、复习

1．二极管的单向导电性。 2．二极管的伏安特性。 二、引入新课

列举一些特殊二极管的应用，同时引导学生参与举例，激发学生的求知欲。 三、讲授新课 1.2.1 稳压二极管

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稳压二极管利用PN结的反向击穿区具有稳定电压的特性来实现稳压功能。它工作在反向击穿状态，正向特性与普通二极管相同，反向击穿特性较陡，反向击穿电压为几～几十伏。

1.2.2 发光二极管

发光二极管简称为LED，它能把电能转换成光能，实现发光的功能。它工作在正向导通状态，具有单向导电性能，当给发光二极管加上正向电压后，根据材料的不同，它能发出红、绿、黄、蓝或白等多种颜色的可见光，有的还能发出人眼看不见的红外光。

1.2.3 光电二极管

光电二极管也称光敏二极管，是一种将光信号转变成电信号的器件。它工作在反向偏置状态，无光照时，反向电阻高达几十兆欧，有光照时，反向电阻降为几千欧～几十千欧 。 1.2.4 变容二极管

变容二极管PN结之间的电容是可变，由此可以实现改变电容的功能。它工作在反向偏置状态，正向特性与普通二极管相同，反偏时，PN结电容随外加电压升高而降低。 1.2.5 激光二极管

激光二极管是在发光二极管的PN结间安置一层具有光活性的半导体，使其能发射出单波长红外光。它工作在正向导通状态，具有单向导电性能。 四、课堂小结

稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管、激光二极管的功能、电路符号、工作条件及应用场合。 五、课堂思考

P7 思考与练习题1、2。 六、课后练习

P29 一、填空题： 3、7；三、选择题：1。

【课题】

1.3 直流稳压电源

【教学目的】

1．掌握整流电路、滤波电路的组成结构、工作原理。 2．理解直流稳压电源的电路结构、工作原理。 3．学会估算整流、滤波电路的主要参数。

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4．掌握三端集成稳压器的应用。 5．了解开关电源的工作特点。 【教学重点】

1．桥式整流电路结构及工作原理。 2．电容滤波电路结构及工作原理。 3．直流稳压电源的组成及功能。 4．三端集成稳压器的类型及应用。 【教学难点】

1．整流、滤波电路及元件的主要参数估算与选用。 2．开关电源的工作特点。 【教学参考学时】

5学时 【教学方法】

讲授法、分组讨论法 【教学过程】 一、引入新课

1．通过对手机充电器输入输出电压的测量，引导学生讨论输入电压的大小、是交流电还是直流电？输出电压的大小、是交流电还是直流电？为什么交流电会变为直流电？大电压会变为小电压？

2．介绍直流稳压电源的组成框图（教材图1.10），使学生了解从交流电变换成直流电的完整过程。 二、讲授新课 1.3.1 整流电路

利用二极管的单向导电性，把交流电变换成脉动直流电的电路称为整流电路。 1．半波整流电路

电路组成：T为电源变压器，用来将220V交流市电电压变换为整流电路所要求的交流低电压，同时保证直流电源与市电电源有良好的隔离；V为整流二极管；RL为要求直流供电的负载等效电阻。

工作原理：当v2为正半周时，二极管正向导通，负载上的电压vLv2；当v2为负半周时，二极管反向截止，负载上的电压vL0。

输入、输出电压波形如图1.1所示。由于输出的脉动直流电的波形是输入交流电波形

4

的一半，故称为半波整流电路。

特点：电路结构简单，但电源利用率低，且输出电压中的脉动成分大，只能用在对直流电压波动要求不高的场合，如蓄电池的充电等。

图1.1 教材图1.12半波整流波形图 图1.2 教材图1.15桥式整流波形图

2．桥式整流电路

电路组成：由电源变压器T、四只整流二极管V1～V4 和负载电阻RL组成。四只整流二极管接成电桥形式，故称桥式整流电路。

工作原理：当v2为正半周时，V1、V3导通，负载上的电压vLv2，是一个正向的半波电压；当v2为负半周时，V2、V4导通，负载上的电压vLv2，仍然是一个正向的半波电压，这样，在负载上就得到全波脉动直流电。如图1.2所示。

特点：输出电压高，脉动较小，二极管承受的最大反向电压较低，效率较高，在半导体整流电路中得到了广泛的应用。

3．整流电路及元件的主要参数估算与选用

V2（半波整流）负载RL上的直流输出电压VL：VL0.45、 VL0.9V2（桥

式整流）。

负载RL上的直流输出电流IL：IL0.45式整流）。

整流二极管上的平均整流电流IF：IFV2V（半波整流）、 IL0.92（桥

RLRL0.45V2（半波整流、桥式整流）。

RL 5

整流二极管所承受的最高反向电压VRM：VRM2V2（半波整流、桥式整流）。

整流二极管的选择可以IF和VRM为依据，通过查阅器件手册来选出，但要留有一定的余量，以使整流二极管能长期安全工作。 1.3.2 滤波电路

把整流电路输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接*稳的直流电的电路称为滤波电路。

1．电容滤波电路

电容滤波电路是将电容器接在整流电路后面，与负载并联。电容C的容量越大，则负载上的电压越平滑。

电容滤波电路结构简单，输出电压高，脉动小，适用于负载电流较小的场合。 2．电感滤波电路

电感滤波电路是将电感元件与负载串联，接在整流电路后面。L越大，滤波效果越好。 电感滤波的峰值电流小，输出特性较平坦，适用于低电压、大电流的场合。 3．复式滤波电路：L 型滤波电路、LC-型滤波电路、RC-型滤波电路。 4．滤波电路及元件的主要参数估算与选用

电容滤波电路的直流输出电压VL：VL(1～1.1)V2（半波整流）、VL1.2V2 （桥式整流电容滤波）；

电容滤波电路中滤波电容C的选择：负载电阻RL越小，滤波电容的容量应相对取大。 1.3.3 稳压电路

1．集成稳压电路

固定式三端集成稳压器：常用的固定式三端集成稳压器有W78XX（正电压输出）和W79XX系列（负电压输出）。其主要特点是使用时不需外接元件。

可调式三端集成稳压器：常用的可调式三端集成稳压器有LM117/LM217/LM317系列（正电压输出）和LM137/LM237/LM337系列（负电压输出）。其主要特点是使用时输出电压连续可调。

2．开关稳压电源

开关稳压电源的调整管工作在开关状态，依靠调节其导通时间来实现稳压。了解开关稳压电源的结构框图、稳压过程和应用。

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三、课堂小结

1．半波整流电路和桥式整流电路的工作原理。 2．电容滤波电路的工作原理。 3．集成稳压器的常用类型及其特点。 4．开关稳压电源的稳压过程。 四、课堂思考

P16 思考与练习题1、2、3。

P20 思考与练习题1、2。 五、课后练习

P29 一、填空题：4、5、6；二、判断题：2、3；三、选择题：4；四、技能实践题；五、综合题：2、3。 【课题】

实训项目1.1 二极管、整流桥的极性判别与质量判断

【实训目标】

1．掌握常用二极管、整流桥极性的判别方法。 2．掌握常用二极管、整流桥的质量判断方法。 【实训重点】

1．常用二极管、整流桥的极性判别。 2．常用二极管、整流桥的质量判断。 【实训难点】

整流桥的极性判别和质量判断 【参考实训课时】

2学时 【实训方法】

讲授法、演示法、实操法 【实训过程】 一、实训任务

任务一 二极管的极性判别

1．将万用表欧姆挡旋钮置于R×100或×1K挡，用万用表红、黑表笔任意测量二极管两引脚间的电阻值。

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2．交换万用表表笔再测量一次。以阻值小的一次测量为准，黑表笔所接的一端为二极管的正极，红表笔所接的一端为二极管的负极。 任务二 二极管的质量判断

1．将万用表欧姆挡旋钮置于R×100或×1K挡，分别测量测量二极管的正向电阻和反向电阻的大小。

2．如果正向电阻阻值为几百欧～几千欧，反向电阻阻值为几十千欧～几百千欧以上，则说明二极管质量良好。 任务三 整流桥的引脚判别

1．将万用表欧姆挡旋钮置于R×1K挡，用黑表笔固定接某一引脚，红表笔分别接触其余三个引脚，如果测量出来的电阻值为一小两大，则黑表笔所接的引脚就是交流输入端；如果测得的电阻值全为大，则黑表笔所接的引脚就是直流输出端的正极；如果测得的电阻阻值全为小，则黑表笔所接的引脚就是直流输出端负极。

2．将黑表笔改换一个引脚，重复上述试步骤，直至确定出全部四个引脚为止。 任务四 整流桥的质量判断

1．将万用表欧姆挡旋钮置于R×1K挡，测量整流桥两输入端之间的正向电阻和反向电阻。

2．测量两输出端之间的正向电阻和反向电阻。

3．如果测量出来两输入端之间的正向电阻和反向电阻均为无穷大，两输出端之间的正向电阻为无穷大，反向电阻为几百欧～几千欧，则说明整流桥质量良好。 任务五 综合训练

分别对2只二极管和2只整流桥进行极性判别和质量判断。 二、实训小结

1．二极管的极性判别和质量判断。 2．整流桥的极性判别和质量判断。 三、课堂思考

1. 如果二极管、整流桥被判断为坏的，能否根据测量数据找出损坏的原因？ 2. P29 三、选择题：3。 四、课后作业

1．实训报告及本次实训的体会和收获。 2．完成项目实训评价表的学生自评部分。

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【课题】

实训项目1.2 集成直流稳压电源的组装与调试

【实训目标】

1．掌握集成直流稳压电源的工作原理。 2．掌握集成直流稳压电源的安装与调试。 【实训重点】

1．集成直流稳压电源电路的元器件识别和检测。 2．集成直流稳压电源的电路安装与调试。 【【实训难点】

1．集成直流稳压电源的工作原理 2．集成直流稳压电源的调试 【参考实训课时】

2学时 【实训方法】

讲授法、演示法、实操法 【实训过程】 一、实训任务

任务一 理解集成直流稳压电源的工作原理

理解整个电路的工作原理，明确各部分电压的性质(交流/直流)。 任务二 集成直流稳压电源电路的元器件识别

对集成直流稳压电源电路所包含的元器件进行识别，并了解它们在电路中的作用。 任务三 集成直流稳压电源电路元器件的检测

1．变压器的检测。 2．电解电容的检测。 3．电位器的检测。 4．电阻器的检测。

5．三端可调式集成稳压器LM317的检测。 6．整流桥的检测。

任务四 集成直流稳压电源的电路安装

利用万能板对照电路原理图进行元器件的焊接和装配。 任务五 集成直流稳压电源的调试

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1．电路检查无误后，在变压器输入端加上220V交流电。

2．分别测量变压器二次绕组两端的电压V2、滤波电容C1两端的电压V。 3．用螺丝刀调节RP的阻值，测量电路的输出电压VO的变化范围。 二、实训小结

1．集成直流稳压电源的工作原理。 2．集成直流稳压电源的调试过程。 三、课堂思考

通过理论计算的方法，估算出滤波电容C1两端的电压V和电路输出电压VO的变化范围。 四、课后作业

1．实训报告及本次实训的体会和收获； 2．完成项目实训评价表的学生自评部分。

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