二极管及其应用教案

项目一二极管及其应用
任务一二极管的特性与分类
课时：2课时
教学目标：
（1）认识不同种类二极管的种类、符号及结构
（2）理解二极管的伏安曲线和单向导电性
（3）掌握二极管的特征参数
（4）能检测二极管的好坏
教学重点：
掌握二极管的特征参数
教学难点：
二极管好、坏检测
教学方法：讲授法
教学过程：
活动一认识二极管
一、认识二极管
用于电视机、收音机、电源装置等电子产品中的各种不同外形的二极管如下图所示。

二极管通常用塑料、玻璃或金属材料作为封装外壳，外壳上一般印有标记以便区别正负电极。

活动二二极管的特性及参数
一、晶体二极管的结构
二极管的结构如下图所示，在P型与N型半导体的交界面会形成一个具有特殊电性能的薄层，称为PN结。

从P区引出的电极作为正极，从N区引出的电极作为负极。

二极管基本结构二极管图形符号
二、二极管的分类
二极管是电子电路中常用的电子元器件之一，它主要起开关、限幅、箝位、检波、整流及稳压的作用。

1 .按材料分：有硅二极管、锗二极管（锗管正向压降比硅管小）和砷化镓二极管。

2. 按用途分：可分为普通二极管和特殊二极管。

普通二极管包括检波二极管、整流二极管、开关二极管、稳压二极管；特殊二极管包括变容二极管、光电二极管、发光二极管等。

常用二极管的种类
三、晶体二极管的伏安特性曲线
二极管的电流i D 与加在二极管两端的电压v D 的关系曲线，称为二极管伏安特性曲线。

（1）正向特性
℘死区 当二极管外加正向电压较小时，正向电流几乎为零。

℘正向导通区 当二极管正向电压大于死区电压V th 时，电流
随电压增加，二极管处于导通状态。

℘导通电压 硅二极管约为0.7V ，锗二极管约为0.3V 。

（2）反向特性
℘反向截止区 当二极管承受的反向电压未达到击穿电压V
（BR ）时，二极管呈现很大电阻。

℘反向击穿区 当二极管承受的反向电压已达到击穿电压V
（BR ）时，反向电流急剧增加，该现象称为 二极管反向击穿。

四、二极管的单向导电性
实验：二极管的单向导电特性， 按下图连接电路。

按图（a ）连接电路，此时小灯泡亮，表示二极管加正向电压而导通。

按图（b ）连接电路，此时小灯泡不亮，表示二极管加反向电压而截止。

通过观察以上实验证实，二极管具有单向导电性。

五、二极管的主要参数
最大整流电流I FM ：是管子长期运行时允许通过的最大正向平均电流。

最高反向工作电压V RM ：又称额定工作电压，它是保证二极管不至于反向击穿而规定的最高反向电压。

反向饱和电流I R ：它指管子未进入击穿区的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。

最高工作频率f M ：是保证管子正常工作的最高频率。

六、特殊二极管 1） 稳压二极管
稳压二极管简称稳压管， 是一种用特殊工艺制造的面接触型硅半导体二极管，它即具有普通二极管的单向导电性，又可以稳定地工作于击穿区而不损坏。

在反向电压较低时，稳压二极管截止，当反向电压达到一定数值时，反向电流突然增加，稳压管进入击穿区，此时反向电流在很大范围变化稳压管两端电压固定在某一数值基本保持不变
种 类 普通二极管 整流二极管 开关二极管 稳压二极管 发光二极管 光电二极管 变容二极管
型号举
例 2AP 系列
2CZ 系列
2CK 系列
2CW 系列 LED 系列 2CU 系列 2CC 系列 用 途 高频检波等 大功率整流 开关电路
稳压电路
显示器件
光控器件
自动调整 电路
图形 符号
2）发光二极管
发光二极管的符号如图所示。

它是一种将电能直接转换成光能的固体器件
3）光电二极管
光电二极管也叫光敏二极管，它的结构和一般二极管相似，也具有单向导电性，光电二极管工作在反偏状态。

因此光敏二极管工作时应加上反向电压
光敏二极管在不受光照射时, 处于截止状态, 受光照射时, 处于导通状态。

活动三、二极管的检测
将万用表拨到电阻挡的R×100或R×1k，，将万用表的红、黑表笔分别接在二极管两端，若测得电阻比较小(几千欧以下)，再将红、黑表笔对调后连接在二极管两端，而测得的电阻比较大(几百千欧)，说明二极管具有单向导电性，质量良好。

测得电阻小的那一次黑表笔接的是二极管的正极。

如果测得二极管的正、反向电阻都很小，甚至为零，表示管子内部已短路。

如果测得二极管的正、反向电阻都很大，则表示管子内部已断路。

小结：
作业布置：
反思：
任务二整流电路及应用
课时：2课时
教学目标：
（1）认识二极管整流电路的基本结构
（2）理解二极管的整流电路的工作原理
（3）能识读整流电路，会合理选用整流电路的元件
（4）理解三相整流电路的特点
教学重点：
二极管整流电路的工作原理 教学难点：
能识读整流电路，会合理选用整流电路的元件 教学方法：讲授法 教学过程：
活动一 观察单相桥式整流电路的输出波形
一、按照下图连接电路，仔细观察单相桥式整流电路的结构以及二极管的连接方式，并用示波器观察电路的输出波形，比较输入波形和输出波形的异同
单相桥式整流原理电路图
活动二 认识整流电路
整流电路的功能是将交流电转换成脉动直流电。

一、单相半波整流电路
1.组成：电源变压器、整流二极管和负载组成。

2.原理分析： ⏹ 当v2为正半周时，二极管V 承受正向
电压而导通，在负载RL 上获得上正下负电压vL 。

⏹ 当v2为负半周时，二极管V 承受反向 电压而截止，负载RL 上的电压vL=0。

3.负载上的直流电压和电流
负载上的直流电压： V L=0.9V 2
负载上的直流电流：
二、单相桥式整流电路
1.组成：电源变压器T 、整流二极管V l ～V 4和负载R L 组成。

2.原理分析：
⏹ v 2为正半周时，Vl 和V3正偏导通，V2、V4受到反向电压而截止。

单向脉动电流的流向为：A 端→V1
→R L →V3→B 端，R L 上的脉动电压极性为上正下负 。

⏹ v 2为负半周时，V2、V4正偏导通，V1、V3受到反向电压而截止。

单向脉动电流的电流流向为：B 端
→V2→R L →V4→A 端，R L 上的脉动电压极性仍为上正下负。

单相桥式整流原理电路
输出波形
输入波形
L
R V V 2L 9.0
3.负载上的直流电压和电流
负载上的直流电压： V L=0.9V 2
负载上的直流电流： 通过二极管的平均电流：I f =1/2I L 三、三相整流电路
1.组成：三个整流二极管，
2.特征：三个半波电压，依次相差120°后叠加 四、练习
1.要构成单相桥式整流电路，需要什么条件？
2.万用表测量图1-12单向半波整流电路的交流电压U1和U2的电压值及整流后的电压值，看看他们有什么不同？ 小结： 作业布置： 反思：
任务三、滤波电路的类型和应用
课时：2课时 教学目标：
（1）认识常见滤波电路的组成 （2）理解常见滤波电路的工作原理
（3）能识读电容滤波、电感滤波、复试滤波电路图 （4）了解不同滤波电路的性能 教学重点：
滤波电路的组成及原理 教学难点：
识读常见滤波电路图 教学方法：讲授法 、比较法 教学过程：
活动一、观察滤波器的波形
滤波：将脉动直流电中的交流成分滤除掉，这一过程称为滤波。

用示波器观察下面电路图中U L 的波形 活动二 认识滤波电路
常见滤波电路：电容滤波、电感滤波、复试滤波电路 一、电容滤波电路：
电容滤波器是在负载的两端并联一个电容构成的。

L R
V V 2L 9.0 半波整流接滤波电容 桥式整流接滤波电容
1．观测电容滤波情况
在未接滤波电容C时，负载R L上的电压波形如图中的虚线所示。

当在负载R L的两端并联滤波电容C 后，输出波形就如图中的实线所示。

显然，加上滤波器后的输出电压脉动程度明显减小了。

2．滤波原理（以半波整流电路为例）
（1）在输入电压上升超过电容端电压时，整流二极管V正向导通，向滤波电容C迅速充电(同时向负载供电)，电容C 两端电压v c与v2同步上升，并达到v2的峰值。

（2）在输入电压下降到低于电容两端电压时，整流二极管V反向截止。

电容放电维持了负载R L的电流。

由于R L的阻值远大于二极管的正向内阻，所以放电很慢，电容C两端电压V C下降缓慢。

3．电容滤波器的特点
（1）在电容滤波电路中，C 的容量或R L的阻值越大，滤波电容C放电越慢，输出的直流电压就越大，滤波效果也越好。

反之，C 的容量或R L的阻值越小，输出电压低且滤波效果差。

（2）在采用大容量的滤波电容时，接通电源的瞬间充电电流特别大，因此电容滤波器不适用于负载电流较大的场合
二、电感滤波器
1．电路构成
电感滤波电路中电感L与负载R L串联，它是利用通过电感的电流不能突变的特性来实现滤波。

电感滤波电路电感滤波输出电压波形
2．滤波原理
从能量的观点来看，电感是一个储能元件，当电流增加时，电感线圈产生自感电动势阻止电流的增加，同时将一部分电能转化为磁场能量；当电流减小时，电感线圈便释放能量，阻止电流减小。

因此通过负载R L的电流脉动成分受到抑制而变得平滑。

3．电路特点
一般情况下，电感值L愈大，滤波效果愈好。

但电感的体积变大、成本上升，且输出电压会下降，所以滤波电感常取几亨到几十亨。

三、复式滤波器
复式滤波器是由电感、电容或电阻、电容组合起来的多节滤波器。

1．L型滤波器
在滤波电容C之前串接一个铁芯电感L，这样就组成了L型滤波器。

脉动直流电压经过电感时，交流成分大部分都降落在电感线圈L上，再经电容C滤波，把交流成分进一
步滤除，就可在负载上得到更加平滑的直流电压。

2．π型滤波器
C -π型滤波器 在L 型滤波器的输入端再并联一个电容，这就形成了LC -π型滤波器，如左下图所示。

RC -π型滤波器 在电流较小、滤波要求不高的情况下，常用电阻R 代替π型滤波器的电感L ，构成RC -π
型滤波器。

LC —π型滤波器 RC —π型滤波器 四、常用滤波电路的性能比较
五、练习
通过示波器观察滤波电路的输出电压波形，并与整流电路的波形进行比较。

分析元件在滤波电路的作用。

小结：
作业布置：1.画出电路滤波电路图（半波整流）并说明原理
2.画出复式滤波器的电路图
3.画出电感滤波电路图
反思：
实训任务 整流滤波电路的测试
课时：4课时 教学目标：
（1）学会制作整流滤波电路 （2）熟悉电路板的直流流程 （3）会测试整流滤波电路 （4）培养学生安全操作意识 教学重点：测试整流滤波电路 教学难点：测试整流滤波电路 教学方法：讲授与实训相结合 实训器材：
教学过程： 一、知识准备
单相桥式整流滤波电路如下图
类型 性能 电容滤波 电感滤波 LC 滤波 RC 或 LC π 型滤波 U L(AV) /U 2
1.2 0.9 0.9 1.2 θ 小 大 大 小 适用场合
小电流
负载 大电流 负载
适应性 较强
小电流 负载
二、实训内容
1.焊接电路
（1）安全检查。

利用万用表或者直观法检查各原件对应的参数是否满足实际要求，检查工具的可靠性。

（2）按照上如将电子元件焊接到电路板上，焊接时注意不要虚焊、桥焊。

（3）电路布局与布线及安装要求：按电路图和原件的外形尺寸、封装形式在电路板上均匀布局，要做到电路走向基本与电路图一致。

横平竖直，导线不要交叉。

2.测试电路
连接完电路图后，用示波器观察电路的输出波形，将结果填入下表中。

测试电路的输入输出电压值，将结果填入下表
作业布置：
反思：。