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第一章 晶体二极管和二极管整流电路
半导体和二极管
第一节
课前知识准备
1.了解PN结的单向导电特性。
2.了解晶体二极管的结构、分类和型号。
3.理解晶体二极管的伏安特性和主要参数。
4.掌握硅、锗二极管的门槛电压和正向导通压降。
5.掌握晶体二极管的简单测试方法及电路的简单计算。
6.熟练掌握晶体二极管的选择。
【考纲要求】
【考点解读】
必考点：含有二极管的直流电路的分析计算。
重难点：二极管导通情况的判断和含有二极管的直流电路的分析计算。
1.半导体
(1)材料：硅、锗。
(2)特性：热敏性、光敏性、掺杂性。
(3)类型：本征半导体（纯净半导体）、P型半导体（空穴型半导体）、N型半导体（电子型半导体）。
【知识清单】
(4)三种半导体的特点比较：见表1-1-1。
表1-1-1 半导体的特点比较
2. PN结
(1)定义：采用掺杂工艺，在P型半导体和N型半导体的结合面上形成的特殊的薄层。
(2)特性：单向导电性，即正向偏置导通，反向偏置截止。
3.晶体二极管
(1)结构：内部是一个PN结。
(2)符号：如图1-1-1所示。
(3)特性：单向导电性，即加一定的正向电压导通，加反向电压截止。
(4)分类：见表1-1-2。
表1-1-2 二极管的分类
(5)伏安特性：
①伏安特性曲线：如图1-1-2所示。
②伏安特性：见表1-1-3。
表1-1-3 二极管的伏安特性
4. 二极管的主要参数
(1)最高反向工作电压：二极管允许承受的反向工作电压峰值。通常约为反向击穿电压的1/3~1/2。
(2)最大整流电流：二极管允许通过的最大正向工作电流的平均值。
(3)反向饱和电流：也称反向漏电流，电流值越小，二极管的单向导电性能越好。
5. 二极管的简单测试
(1)测试方法：用万用表R×100或R×1 k挡测二极管的正向、反向电阻。
(2)测试结果：见表1-1-4。
表1-1-4 二极管的测试结果
(3)测试时，黑表笔接的是内部电池“+”，红表笔接的是内部电池“-”。
6. 含有二极管的直流电路的分析计算
(1)断开各二极管，并求出各断开点的电位。
(2)判断二极管工作状态。
通常，二极管在承受一定的正向电压时导通，承受反向电压时截止。但当电路中，几个二极管采用共阳极接法或共阴极接法时，承受正向电压值大的导通，其他的截止。
(3)画出等效电路。
若导通，则理想二极管可视作短路，非理想二极管应考虑其正向压降；若截止，则均视作开路。
(4)计算。
课堂全程导学
例题：（2017年高考题）电路如图1-1-3所示，设二极管是理想的，则VD1 的工作状态为 （填“导通”或“截止”），输出电压UAO = V。
【分析】在分析计算含有二极管的直流电路时，通常先断开二极管，然后求出断开点的电位，判断二极管的工作状态，再画等效电路，进行计算。
【解答】(1)断开二极管，则电路如图1-1-4所示，设O点的电位为0 。
显然，各断开点的电位V1=V3=6 V，V2=3 V，V4=0。
因此，二极管VD1和VD2均承受正向电压，因为两个二极管采用了共阳极接法，因此承受正向电压值大的VD2导通。
(2)把VD2视作短路，VD1视作开路，画出等效电路，如图1-1-5所示。
因此，答案为VD1截止，UAO=0。
训练1：（2016年高考题）在图1-1-6所示电路中，VD1和VD2为理想二极管。若V1=3 V，V2=6 V，则输出电平VO= 3 V，流过VD2中的电流值大小为 0 mA。
训练2：（2015年高考题）电路如图1-1-7所示，设二极管均为理想的，则二极管VD2的工作状态为 截止 （填“导通”或“截止”），电路的输出电压UO= 0 V。
训练3：（2011年高考题）如图1-1-8所示，VD1和VD2为理想二极管，则VD1的工作状态为 截止 （填“导通”或“截止”），电压Uab为 -6 V。
训练4：（2012年高考题）在图1-1-9所示电路中，导通的二极管是 VD1 ，I的大小为 3 mA（图中二极管为理想二极管）。
训练5：（2013年高考题）电路如图1-1-10所示，各二极管的导通电压均为0.7 V，当VA=VB=0时，流过VD3的电流ID= 0.5 mA，输出端VO= 0 V。
整流和滤波电路
第二节
课前知识准备
1. 熟练掌握二极管单相半波整流电路、单相全波整流电路的组成、工作原理和简单计算。
2. 理解滤波器的组成和工作原理。
3. 掌握电容滤波电路的计算。
必考点：整流、滤波电路的工作原理。
重难点：整流、滤波电路的工作原理及分析计算。
【考纲要求】
【考点解读】
1. 整流电路（见表1-2-1）
表1-2-1 整流电路
【知识清单】
2. 电容滤波电路（见表1-2-2）
表1-2-2 电容滤波电路
课堂全程导学
例题1：（2017年高考题）在直流稳压电源中，若变压器次级电压U2=10 V，则全波整流输出电压的平均值UO= V。为了获得良好的滤波效果，要求电容滤波电路的时间常数（τ=RC）不低于 ms。
【分析】本题主要考查全波整流电路的计算。
【解答】UO≈1.2U2=1.2×10=12 V。
通常，U2为50 Hz正弦交流电，即T=20 ms，
所以τ=RLC≥(3~5)T/2=(3~5)×20/2=(30~50)ms。
因此，电容滤波电路的时间常数应不低于30 ms。
例题2：如图1-2-1所示电路，已知U2＝10 V，则下列表述不正确的是 （ ）
A. 若C开路，则UO约为9 V B. 若RL开路，则UO约为14 V
C. 若VD1开路，则UO约为4.5 V D. 若VD1开路，则UO约为10 V
【分析】本题主要考查整流电路与滤波电路的计算。
【解答】若C开路，则电路为桥式整流电路，UO≈0.9U2=0.9×10=9 V；
若RL开路，则电路为桥式整流电容滤波电路，负载开路，此时
；
若VD1开路，则电路为半波整流电容滤波电路，此时UO≈U2=10 V。
因此，答案为C。
训练1：判断题：单相桥式整流电路如图1-2-2(a)所示，用示波器测得u2的电压波形如图1-2-2(b)所示，已知示波器的垂直偏转因数为10 V/div（微调按钮已在“校准”位置），则所承受的最大反向电压是20 V。 （ √ ）
训练2：电路如图1-2-3所示，变压器的副边电压u2=102sin ωt V，则相应的直流输出电压的平均值UO= 12 V。
训练3：如图1-2-4（a）所示电路为不完整的单相桥式整流电容滤波电路。试分析计算：
(1)将四个整流二极管正确地接入图1-2-4（a）中，使电路完整。
(2)用示波器测得u2的波形如图1-2-4（b）所示,已知示波器的垂直偏转因数为10 V/div,则电路的输出电压为多少 二极管所承受的最大反向电压是多少
(3)若四个二极管中有一个出现了断路故障，则此时的输出电压为多少
(1) (2)17 V；20V
(3)14.14 V
训练4：下列选项中，正常工作的单相桥式整流电容滤波电路是 （ B ）
训练5：单相桥式整流电路如图1-2-5所示，设u2的有效值为10 V，则（ D ）
A. 当二极管VD3极性接反时，电路输出的平均电压为10 V
B. 当二极管VD1断开时，电路为半波整流电路，电路输出的平均电压为4.5 V
C. 电容C的极性应为上正下负
D. 当电容C开路时，电路输出的平均电压为9 V
并联型稳压电路
第三节
课前知识准备
1. 掌握硅稳压二极管的特性和主要参数。
2. 掌握并联型稳压电路的稳压原理。
必考点：并联型稳压电路的工作原理。
重难点：并联型稳压电路的工作原理及简单计算。
【考纲要求】
【考点解读】
1. 硅稳压二极管
(1)击穿：稳压二极管承受的反向电压达到一定程度时出现反向电流迅速增大的现象。
①电击穿：稳压二极管被反向击穿后，撤去外加的反向电压能恢复正常。
②热击穿：稳压二极管被反向击穿后，因反向电流过大造成烧坏。
(2)稳压特性：稳压二极管被反向击穿后，反向电流在很大范围内变化时，管子两端的电压基本不变。
注意：稳压二极管工作时应工作在伏安特性的击穿区。
2. 硅稳压二极管的主要参数
(1)稳定电压UZ：稳压二极管中的电流为规定的测试电流时，稳压二极管
【知识清单】
两端的电压值。UZ的大小约为反向击穿电压值。
(2)稳定电流IZ：稳压二极管在稳定电压下的工作电流。
①最大稳定电流IZmax：稳压二极管允许长期通过的最大反向电流。超过此值时，稳压管会被热击穿。
②最小稳定电流IZmin：稳压二极管在稳定电压下的最小工作电流。低于此值时，稳压管截止。
(3)动态电阻rZ：稳压二极管在反向击穿区两端的电压变化量与通过的电流变化量之比，即rZ=ΔUZ/ΔIZ。rZ越小，稳压管稳压性能越好。
3. 并联型稳压电路
二极管整流电路加上滤波电路后，能把交流电转换成较平滑的直流电输出。
但在交流电网电压波动或负载变化时，仍会造成输出直流电压的不稳定，通常要有稳定输出电压的电路，最简单的就是硅稳压二极管稳压电路。
(1)电路：
如图1-3-1所示，电路由限流电阻R、稳压二极管VZ、负载电阻RL等组成。由于稳压二极管（调整元件）与负载RL并联，因此稳压二极管稳压电路又称为并联型稳压电路。图中的限流电阻R具有限流和调压双重作用。
(2)工作原理：
当输入电压UI或负载RL变化时，设输出电压UO下降，则UO↓→IZ↓→IR↓→UR↓→UO↑。
课堂全程导学
例题1：（2010年高考题）在图1-3-2所示电路中，已知变压器的副边电压有效值U2=20 V，稳压二极管的稳压值UZ=9 V，限流电阻R=300 Ω，负载电阻RL=300 Ω。正常情况下，电路的输出电压UO为 V；若不慎将稳压二极管开路了，则电路的输出电压UO为 V。
例题2：（2013年高考题）判断题：如图1-3-3所示稳压电路，因为输出电压UO为稳压管VZ的稳压值，因而该电路中限流电阻R的值可以任意选取。（ ）
【分析】图中R称为限流电阻，作用是使稳压管的工作电流控制在IZmin~
IZmax的范围内，阻值不能任意选取。
【解答】本题错误。
训练1：在图1-3-4（a）所示电路中，稳压管的稳定电压UZ=8 V，若用示波器观测到的UO的波形如图1-3-4（b）所示，则说明 （ A ）
A. 滤波电容断路 B. 滤波电容被击穿
C. 有一只整流管被击穿 D. 稳压管接反了
训练2：（2008年高考题）在图1-3-5所示电路中，稳压管的稳压值UZ=4 V，正向导通压降为0.7 V，若输入如图1-3-5所示的连续三角波，则该电路的上限幅电平是 8 V，下限幅电平是 3.3 V。
训练3：电路如图1-3-6所示，已知稳压管的稳压值UZ=6 V，IZmin=5 mA，IZmax=40 mA，变压器的次级电压有效值U2=20 V，R=240 Ω。
(1)整流滤波后的平均电压UI约为多少？
(2)当电网电压在±10%的范围内波动时，负载电阻RL允许的范围有多大？
(1)24V
(2)100 Ω~133.3 Ω

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