1 简易充电器的制作.ppt

简易充电器的制作,项目一,1.1项目描述,本项目通过最简单的电子产品-简易充电器来认识电子元器件。它的作用就是将我们使用的交流电降压，再把他从交流变换成直流，达到我们所需要的直流电压。,简易充电器的实物图,由半导体物质所构成的二极管具有单向导电性，能将交流电整流成为脉动的直流，而由两个平面构成的电容却能将脉动的直流电滤波，使其成为平滑的直流供我们的电子产品使用。,充电器的介绍,充电器的内部实物图,1变压器将220V的交流电变换成我们所需要的电压值。变压器分为三种：第一种为降压器，将高电压变换成低电压；第二种为升压器，将低电压变换为高电压；第三种为隔离变压器，就是不升也不降电压，只是起到与外电回路进行断开的作用。,充电器的内部结构,2二极管将交流电整流成脉动的直流电，将交流变成直流。3电容将脉动的直流电变成为平滑的直流电，电容可以分为有极性电容与无极性电容。有极性电容主要用于滤波，而无极性电容主要用于藕合。4电阻形成电路回路，将电能转换成为其它能量的耗能元件。电阻按结构分可以分为可变电阻与固定电阻，电阻阻的标注方式有：直接标注、数字标注、色环标注等几种。,由简易充电器的内部实物图，我们可以知道，它的主体部分由以下元器件构成：如表1-1所示：,表1-1简易充电器元件列表,导体：一般为低价元素，如铜、铁、铝绝缘体：一般为高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如塑料和橡胶）。半导体：其导电性介于导体和绝缘体之间（如硅和锗以及砷化镓）,1.2.1半导体基础知识,1.半导体的导电特性,(可做成温度敏感元件，如热敏电阻),掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。,光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化,热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强,(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等),(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）,9,晶体中原子的排列方式,硅单晶中的共价健结构,共价健,共价键中的两个电子，称为价电子。,（1）本征半导体,完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。,1）原子结构及共价键,10,价电子,价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。,2）本征激发,这一现象称为本征激发。,空穴,温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。,自由电子,在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该相邻原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。,11,本征半导体的导电机理,当半导体两端加上外电压时，出现两部分电流:(1)自由电子作定向运动电子电流(2)价电子递补空穴空穴电流,注意：(1)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；(2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。,自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。,动画：两种载流子,13,掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为主要的导电方式，称为电子半导体或N型半导体。,掺入五价元素,多余电子,磷原子,在常温下即可变为自由电子,失去一个电子变为正离子,在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。,在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。,1）N型半导体,（2）杂质半导体,14,掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体。,掺入三价元素,在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。,硼原子,接受一个电子变为负离子,空穴,无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。,2）P型半导体,15,对比P型半导体和N型半导体：,注意：(1)杂质半导体中多子数目与掺杂浓度有关；(2)杂质半导体中少子数目与温度有关。,16,1.在杂质半导体中多子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。,2.在杂质半导体中少子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。,a,b,3.在外加电压的作用下，P型半导体中的电流主要是，N型半导体中的电流主要是。（a.电子电流、b.空穴电流）,b,a,17,P型半导体,N型半导体,形成空间电荷区,（1）PN结的形成,2.PN结的形成与特性,18,1）PN结加正向电压（正向偏置）,PN结变窄,P接正、N接负,IF,PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。,（2）PN结的单向导电性,19,2）PN结加反向电压（反向偏置）,P接负、N接正,20,PN结变宽,IR,P接负、N接正,PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。,2）PN结加反向电压（反向偏置）,1.2.2半导体二极管,半导体二极管是由PN结加上引出线和管壳构成的。,1.二极管的结构,PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。,23,硅管0.5V锗管0.2V,反向击穿电压U(BR),导通压降,外加电压大于死区电压，二极管才能导通。,外加电压大于反向击穿电压，二极管被击穿，失去单向导电性。,正向特性,反向特性,特点：非线性,硅0.7V锗0.3V,死区电压,反向电流在一定电压范围内保持常数（很小，A级）,2.二极管的伏安特性,动画：二极管的伏安特性,二极管的单向导通,二极管的阳极电压高于阴极，二极管D1导通，正向电流IF产生，灯泡L1发光。相反的，二极管D1截止，电路中没有电流产生，灯泡L1不发光。,在交流的情况下，交流信号Vs在正半周时，二极管D1的阳极电压为正、阴极为负，于是二极管D1导通，灯泡L1发光；当Vs在负半周时，二极管D1的阳极电压为负、阴极为正，于是二极管D1截止，灯泡L1不发光。如果频率较大，灯泡从视觉效果上看也是连续发光的。,二极管的单向导通,27,伏安特性的实际，近似与理想情况对比：,28,3.二极管的主要参数,1、额定正向平均电流IF:长期使用允许流过二极管的最大正向平均电流。,2、最高反向工作电压URM:是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。,3、最大反向电流IR：指二极管加UR时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，IR受温度的影响，温度越高反向电流越大。,以下各参数是选择二极管的依据,4、最高工作频率fM：指二极管允许工作的最高频率，当外加信号频率高于此值时，二极管将失去单向导电性。,国产二极管的型号命名由五部分组成，,4.国产二极管型号命名方法,二极管型号的意义：,例2AP9表示为N型锗材料普通二极管，序号9,1.2.3特殊二极管,有稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管和肖特基管等。,32,符号,伏安特性,稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，在电路中可起稳压作用。,1.稳压二极管,（1）稳压管结构及工作特性,1)稳定电压UZ:稳压管反向击穿后的稳定电压值。,2)稳定电流IZ：稳压管正常工作时的参考电流。电流高于此值时，管子才能起到稳压作用。IZmin实际就取IZ。,（2）稳压管的主要参数,3)最大耗散功率PZM：稳压管允许的最大功耗。由该参数可以求最大稳定电流IZmax。,4）动态电阻Rz：工作在稳压区时，端电压变化量与其电流变化量之比。其值越小，稳压性能越好。,结果使输出电压趋于稳定。,稳压管稳压电路的工作原理,电路通过自动调节稳压管电流的大小，以调整电阻R上的压降，使UO基本稳定。,VS,电路符号：在普通二极管电路符号的边上加两个朝向管子的箭头。,2.光敏二极管,特性：无光照时与普通二极管一样具有单向导电性。使用时，光电二极管的PN结应工作在反向偏置状态，在光信号的照射下，反向电流随光照强度的增加而上升。,用途：用于测量光照强度、做光电池。,发光二极管有许多外形、尺寸、亮度、颜色（红、黄、绿、蓝、紫、白、橙等）选择，发光二极管是有正极和负极之分的，透过外壳可看到发光二极管内部的两片导体。,3.发光二极管,符号,视频：点亮发光二极管,发光二极管驱动电路直流驱动,当发光二极管点亮时，流经它的电流IF=20mA，这个电流称为正向电流。而发光二极管两端的电压VF=2.0V，这个电压称为正向电压。电流从发光二极管的正极流入、负极流出，称正向偏置。如果发光二极管发光，称之为发光二极管的导通。,电流方向指示器。红色发光二极管只当电流从A流向B时点亮，而绿色发光二极管只当电流从B流向A时点亮。,发光二极管驱动电路直流驱动,1.2.4检测及判别二极管,可用指针万用表或数字式万用表检测二极管的好坏及正负管脚。,在R100或R1k挡测量,红表笔是(表内电源)负极，黑表笔是(表内电源)正极。,正反向电阻各测量一次，测量时手不要接触引脚。,(1)用指针式万用表检测,一般硅管正向电阻为几千欧，锗管正向电阻为几百欧；反向电阻为几百千欧。正反向电阻相差不大为劣质管。,正反向电阻都是无穷大或零则二极管内部断路或短路。,1.检测二极管,(2)用数字式万用表检测,红表笔是(表内电源)正极，黑表笔是(表内电源)负极。,万用表判别极性：拨到二极管测量档，表笔与二极管的阳、阴极相连，如果读数在0.2V0.7V之间，说明红色表笔连接的管脚为阳极，黑色表笔为阴极。如果读数在其他值，说明红色表笔连接的管脚为阴极，黑色表笔为阳极。,判断二极管材料：令二极管导通的正向电压常常用VF来表示，VF的大小与二极管的种类有关，常用的硅二极管和锗二极管的VF分别为0.70V和0.15V。,判断二极管材料：用万用表的电阻挡对二极管进行测量，红表笔接二极管的阴极，黑表笔接阳极。如果阻值在4k8k说明是硅管；如果阻值在1k左右则为锗管。,注意：二极管正反向阻值相差很大为正常情况；若均很小，说明其内部已被击穿短路；若均很大，说明其内部已断路。,一般发光二极管的正向压降为1.5v-2.3v,用两个万用表串联可进行检查。用两块万用表，拨到相同电阻档(Rx10档)，串联起来，当作电压源。接入二极管，正常的发光二极管便会发光。,2.检测发光二极管,稳压二极管的外型与普通二极管相似，极性判断方法与普通二极管相同。,3.检测稳压管,1.2.5半导体二极管的基本应用,二极管整流电路二极管限幅电路二极管稳压电路,51,(1)单相半波整流电路,1.半导体二极管整流电路,动画：半波整流电路,(1)单相半波整流电路,(2)单相桥式整流电路,动画：单相桥式整流电路,u0时：D1、D3正向导通，D2、D4反向截止，io0，uo=u0,(2)单相桥式整流电路,u0，uo=-u0,(2)单相桥式整流电路,整流电路得到的输出电压电流波形,Uo,流过每只二极管的平均电流：,二极管承受的最高反向电压：,讨论：试回答下列问题：,答案：,1.若V3管接反，会有什么情况发生？此时U0=？,2.若V3管短路，会有什么情况发生？此时U0=？,3.若V3管开路，会有什么情况发生？此时U0=？,1.正半周不通，,2.正半周正常，,3.正半周不通，,负半周变压器被短路。,负半周变压器被短路。,负半周正常。,61,2.半导体二极管限幅电路,62,二极管的应用举例收音机,63,当电源波动或负载电流的变化引起Uo变化时,UoUz,Uo=UiUR,I,Iz,I=(Iz+Io),UR=IR,3.半导体二极管稳压电路,注：稳压管正常工作时加反向电压，并要加限流电阻。,64,4.发光二极管指示电路,电路由电源输入电路、变压电路、整流电路、滤波电路、电路状态指示电路及保护电路组成。,Oa段：D导通，电源对C充电，uo=uC=u；ab段：从a点开始，u和uC都开始下降，u按正弦规律下降，uC按指数规律下降，开始uC下降速度大于u，所以D导通，uo=uC=u；bc段：从b点开始，u下降速度大于uC，所以D截止，uo=uC，按指数规律变化，变化快慢决定于=RLC。,带电容滤波时，uo的脉动大为减小，其平均值Uo增大。,Protues仿真软件电路图,Protues仿真软件电压波形图,1.电路装配准备,1.3.2项目制作,（1）变压器的检测变压器选用EI型，外形如图所示。变压器有初端与次级端之分，分辩降压变压器的初、次端的方法很多，常用的有两种：,变压器实物,第一种：线粗的这一端次级端，线细的这一端为初级端。第二种：用万用表测量，电阻小的这一端为次级端，电阻大的这一端为初级端。,2.重要元器件的检测,用万用表欧姆档测量二极管阻值，正向、反向各测量一次，正向测量时电阻值应该比较小，几百欧姆左右。反向测量时电阻值较大，一般是几千欧姆。两