模拟电子电子版

    半导体材料制成的半导体器件，是20世纪中叶发展起来的新型电子器件。由于它具有

体积小、重量轻、工作可靠、使用寿命长、耗电少等优点，因而在电子技术中得到了广泛的

应用。

    本章将主要介绍与半导体器件有关的基础知识及二极管、晶体管的结构、工作原理和特

性。

第一节  半导体二极管

一、半导体的基本知识

  l．什么是半导体

  物质按导电能力强弱不同可分为导体、绝缘体和半导体三大类。半导体的导电能力介于

导体和绝缘体之间。目前制造半导体元器件用的最多的是硅和锗两种材料。

  2．半导体的导电特性

  半导体具有不同于导体和绝缘体的导电特性。

  (1)热敏特性当温度变化时，半导体的导电性能会随着温度的升高而增强，这种特性称为热敏特性。利用半导体的热敏特性可以制成各种热敏器件，如热敏电阻器。

  (2)光敏特性当半导体受到光照射后，导电能力会随光照的增强而增强，这种特性称为光敏特性。利用光敏特性可制成各种光电元件或器件，如光敏电阻、光敏二极管、光电探测器电，这种现象称为“反向截止”。

  (3)掺杂特性当往纯净的半导体中掺入微量的某种杂质元素后，半导体的导电能力

会增强很多，这种特性称为掺杂特性。二极管、晶体管是利用掺入杂质的半导体锚成的。

  3．杂质半导体

  纯净的半导体称为本征半导体，它的导电能力是很弱的，但利用半导体的掺杂特性可制

成N型和P型两种杂质半导体，杂质半导体的导电能力会增强很多。

    (1)N型半导体又称为电子型半导体，往本征半导体中掺入微量的5价元素，如磷

(原子最外层有5个电子的物质)后，半导体会产生大量的带负电荷的电子(因为半导体原

子核最外层只有4个电子，掺入5价元素后半导体中的电子数增多)。

    (2)P型半导体又称为空穴型半导体，往本征半导体中掺入微量的3价元素，例如硼

后，半导体中电子偏少，有大量的空穴(可以看作正电荷)产生。

  二、PN结及其单向导电性

  1．PN结

  把P型半导体和N型半导体用特殊的工艺使其结合在一起，就会在交界处形成一个特殊薄层，该薄层称为“PN结”，如图1-1所示。PN结是制造半导体二极管、半导体晶体管、场效应晶体管等各种半导体器件的基础。

    2．PN结的单向导电性

PN结具有单向导电性，这可以通过下面的实验来验证，实验电路如图1-2所示。其中PN结用一只具有一个PN结的二极管来代替，HL为指示灯泡，R为限流电阻，E为直流电源，S为开关。

    (I)PN结加正向电压—导通   实验电路图l-2a所示。当电源正极接P区，负极接N

区，此时的外加电压称为“正向电压”或称“正向偏置”，简称“正偏”。开关S闭合后指示灯泡HL亮，说明此时PN结电阻很小，像导体一样很容易导电，这种现象称为“正向导通”。

    (2)PN结加反向电压—截止  当把电源的正负极相互对调后如图1-2b所示。这时电

源负极接P区，正极接N区，此时的外加电压称为“反向电压”或称“反向偏置”，简称

“反偏”。开关s闭合后指示灯泡HL不亮，说明此时PN结电阻很大，像绝缘体一样不能导

电，这种现象为“反向截止”。

由以上实验可知：PN结加正向电压导通，加反向电压截止，这是PN结的重要特性，即单向导电性。                       

三、半导体二极管

  1．二极管的结构、图形符号和型号

 (1)结构和图形符号   半导体二极管又叫晶体二极管，简称二极管。二极管实质上是一个PN结，从P区和N区各引出一个电极，然后再封装在管壳内，就制成了一只半导体二极管，如图l-3a所示。从P区引出的电极为二极管的正极，又叫阳极；从N区引出的极为二极管的负极，又叫阴极。二极管的图形符号如图1-3b所示，文字符号用VD表示。图形符号中箭头的方向表示二极管正向导通时电流的方向，正常工作时电流由正极流向负极。                                                                                 二极管是电子电路中经常使用的器件，图l 4是几种常见国产二极管的外形。

   (2)分类   按所用材料不同，二极管可分为硅二极管和锗二极管。按用途不同，二极管有普通二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管、光敏二极管、变容

二极管。

(3)型号   按国家标准的规定，二极管的型号命名由五部分构成，其具体含义见表1-1。

表1-1   二极管型号的含义

 例如：2AP7表示N型锗普通二极管；2DZ56C表示P型硅整流二极管，规格号为c。

  2．二极管的工作特性

    加在二极管两端的电压与通过二极管电流之间的关系称为二极管的伏安特性。如图l-5所示。位于第一象限的曲线表示二极管的正向特性，位于第三象限的曲线表示二极管的反向特性。

 (1)正向特性所谓正向特性是指二极管加正向电压(二极管正极接高电位，负极接低电位)时的特性。

当正向电压小于某一数值(该电压称为“死区电压”，硅管为0.5V，锗管为0.2V)

时，通过二极管的电流很小，几乎为零。当正向电压超过死区电压时，电流随电压的升高而明显的增加，此时二极管进入导通状态。二极管导通后二极管两端的电压几乎不随电流的大小而变化，此时二极管两端的电压称为导通管压降，用UT示，硅管为0.7V，锗管为0.3V。

注意：二极管加正向电压时并不一定能导通，必须是正向电压达到并超过死区电压时，二极管才能导通。

（2)反向特性  所谓反向特性是指二极管加反向电压(二极管正极接低电位，负极接高电位)时的特性。

当反向电压小于某值(此电压称为反向击穿电压UBR)时反向电流很小，并且几乎不随反向电压而变化，该反向电流叫“反向饱和电流”，简称“反向电流”，用IR表示。通常硅管的反向电流在几十微安以下，锗管的反向电流可达几百微安。在应用时反向电流越小，二极管的质量越好。

当反向电压增加到反内击穿电压UBR时反向电流急剧增大，这种现象称为“反向击穿”。反向击穿破坏了二极管的单向导电性，如果没有限流措施，二极管可能因电流过大而损坏。

注意：二极管加反向电压时不能导通，但反向电压达到反向击穿电压(很高的反向电压)时，二极管会反向击穿。

 在使用二极管时，电路中应该串联适当的限流电阻，以免因电流过大而损坏二极管。

3．二极管的主要参数

 (1)最大整流电流，IFM极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平

均值。正常工作时通过二极管的电流应该小于此值，否则，二极管可能会因过热而损坏。

 (2)最大反向工作电压URM允许加在二极管两端反向电压的最大值(一般情况下URM=UBR 1／2)，正常工作时二极管两端所加反向电压的最大值应小于此值，否则，二极管

将会反向击穿损坏。

技能训练1  二极管的识别和检测

一、训练目的

I)了解二极管的符号和型号命名方法。

2)掌握二极管的工作特性。

3)掌握用万用表检测二极管质量好坏的方法。

二、训练器材

训练所需器材见表1-2。

三、训练内容及步骤

  1)识别二极管外壳上符号的意义。

 2)根据二极管的型号，识别其极性、材料、类型和用途。将二极管直观识别的结果填

入表l-3中。

 3)用万用表测试二极管。用万用表的电阻挡，通过测试二极管正、反向电阻，判断二极管的管脚极性及质量好坏。测量小功率二极管时一般用R× Ik挡或R x 100挡进行测试，不允许用R x l挡和R x 10k挡进行测量，否则可能使被测二极管损坏。

思考：为什么不能用R x l挡和R x 10k挡进行测量?  

    拨好挡后，将两表笔短接调零，调零方法如图1-6所示。

 注意：万用表的黑表笔接表内电池的正极，红表笔接表内电池的负极(不可与表面板上“+”、“一”接线端混淆)。

 将黑、红两支表笔接在二极管的两端，再将黑、红两表笔对调，分别测试二极管的电阻，如图1-7、图1-8所示。

根据测量结果可进行如下判断：

1)好坏的判断：

相差较大——二极管是好管

    都很大——二极管内部开路

正反向电阻

均为零——二极管内部已击穿

相差不大——二极管质量不好，不能使用

  2)极性的判断：若测得的阻值为几百欧姆至几千欧姆，黑表笔接的是二极管的正极，

红表笔接的是二极管的负极。

  3)硅管、锗管的区分：测试二极管的正向电阻值，根据表头指针的偏转角度来进行判

断。    。

    刻度中间偏右一点——硅管

若指针指示

靠近0的位置——锗管

四、调练评分标准

二极管的识别和检测评分标准见表l -4。

第二章  电子制作技术基本知识

第一节  焊接工具与焊接材料

一、焊接工具

  1.电烙铁

  电烙铁是最常用的焊接工具。电烙铁分为外热式和内热式两种，一般外热式的功率都比较大。电烙铁的种类很多，图2-1a所示为常见的内热式电烙铁，图2-1b是电烙铁的组成结构，它主要由烙铁头、金属套管、发热芯子和手柄套筒等组成。

内热式的电烙铁体积较小，发热效率较高，而且更换烙铁头也较方便，价格又便宜。一般电子制作都用20—30w的内热式电烙铁。

 2．辅助工具

  为了方便焊接操作，常采用尖嘴钳、斜口钳、小刀和镊子等辅助工具，如图2-2所示。

  (1)尖嘴钳  主要适用于夹小型金属零件或弯曲元器件引线，不宜用于敲打物体或夹

持螺母。

(2)斜口钳   又称为偏口钳、剪线钳。主要用于剪切导线，剪掉元器件多余的引线，也可与尖嘴钳配合使用，剥除导线的绝缘皮。不要用斜口钳剪切螺钉、较粗的钢丝，以免损坏钳口。

  (3)小刀   刮去金属引线表面或电子元器件金属引脚上的氧化层，使引脚露出金属光泽。电子元器件的金属引脚常有一层氧化物，氧化物导电性很差，对焊锡的吸附力不强，因此焊接前要把焊接处的金属表面用小刀刮去氧化层，使元器件引脚易于焊接，且焊接之后不会虚焊。

  (4)镊子   分为尖嘴镊子和圆嘴镊子两种。镊子是配合焊接不可缺少的辅助工具，它

可以用来拉引线、送管脚，方便焊接。主要用途是夹取微小器件，在焊接时夹持被焊件以防止其移动，另外镊子还有散热功能，可以减少元器件烫坏的可能。当用镊子夹住元器件引脚后，烙铁焊接时的热量将通过金属的镊子进行散热，从而可防止元器件承受更多的热量。要求镊子的钳口要平整，弹性适中。

二、焊接材料

焊接常用材料为焊锡和助焊剂松香，如图2-3所示。

1．焊锡

    焊接电子元器件时，一般采用有松香芯的焊锡丝。因为这种焊锡丝的熔点较低，而且内含松香助焊剂，使用起来极为方便。 焊锡丝最好使用低熔点和细的焊锡丝，因为细焊锡丝管内的助焊剂量正好与焊锡用量一致，而粗焊锡丝焊锡的量偏多。

   焊接过程中如果发现焊点成为“豆腐渣”状态时，很可能是焊锡质量存在问题，或者是使用了高熔点的焊锡丝，或者是电烙铁的温度不够，这种焊点是不合格的。

  2助焊剂

  助焊剂用来帮助焊接，可以提高焊接的质量和速度．是焊接中必不可少的辅助性材

料。焊锡丝的管芯中有助焊剂，当用烙铁去熔解锡丝时，管芯内的助焊剂便与熔解的焊锡熔合在一起。

    常用的助焊剂是松香或松香水(将松香溶于酒精中)。使用助焊剂，可以帮助清除金属表面的氧化物，利于焊接，又可保护烙铁头。焊接较大元件或导线时，也可采用焊锡膏。但它有一定腐蚀性，焊接后应及时清除残留物。平时常用松香作为助焊剂，松香对电路板没有腐蚀作用，但使用松香后的焊点有斑点，不美观，可以用酒精棉球擦净。

    搪助焊剂时，烙铁头在助焊剂上碰一下即可。使用助焊剂时应注意，由于助焊剂在烙铁上会挥发，在搪助焊剂后要立即去焊接，否则起不到助焊作用。

第二节  电烙铁的使用

    在装配和检修中，为了获得高质量的焊点，除需要掌握焊接技能、选用合适的助焊剂外，还要根据焊接对象、环境温度，合理选用电烙铁。

  一、新电烙铁使用前的处理。

  1)新买来的电烙铁要进行安全检查。具体方法是：用万用表R×10k挡分别测量插头

两根引线与电烙铁头(外壳)之间的绝缘电阻，应该均为开路，如果测量有电阻值，那么说明这支电烙铁存在漏电故障。图2-4所示为测量绝缘电阻示意图。

 2)电烙铁的电源引线一般是胶质线，当烙铁头碰到引线时就会烫坏引线，为保证使

用人员的人身安全，应换成防火、防烫的花线。

  3)新电烙铁在使用前可用细砂纸将烙铁头打磨光亮，可通电烧热，并把焊锡丝放到烙铁尖头上，以使烙铁头不易被氧化。在使用中，应使烙铁头保持清洁，并保证电烙铁的尖头上始终有焊锡，防止烙铁头被“烧死”。

  4)电烙铁使用前要上锡。具体方法是：将电烙铁烧热，待刚刚能熔化焊锡时，涂上助

焊剂，再用焊锡均匀地涂在烙铁头上，使烙铁头均匀地吃上一层锡，这样，可以便于焊接和

防止烙铁头表面氧化。若旧的烙铁头因严重氧化而发黑，可以用小刀轻轻刮去烙铁头上的氧化物，使其露出金属光泽后，重新镀锡，才能使用。图2-5所示为电烙铁的准备工作。

二、电烙铁焊接过程中的注意事项

    1)使用前，应认真检查电源插头、电源线有无损坏，并检查烙铁头是否松动。

    2)焊接过程中，电烙铁不能随意摆放。不用时，应放在烙铁架上。注意电源线不可搭在烙铁头上，以防烫坏绝缘层而发生事故。

  3)电烙铁使用中，不能用力敲击，要防止跌落。烙铁头上焊锡过多时，可用布擦掉，

不可乱甩，以防烫伤他人。    

  4)使用烙铁时，若烙铁的温度太低，则不能熔化焊锡，或不能完全熔化；温度太高又

会使烙铁“烧死”(尽管温度很高，却不能蘸上锡)。

  5)焊接时间不宜过长，否则容易烫坏元器件，必要时可用镊子夹住管脚帮助散热。若

停留的时间太短，焊锡不易完全熔化，接触不良，形成“虚焊”，而焊接时间太长又容易损坏元器件，或使印制电路板的铜箔翘起。一般一两秒内要焊好一个焊点。

  6)焊接时电烙铁不能移动，应该先选好接触焊点的位置，再用烙铁头的搪锡面去接触

焊点。

  7)对于通电后的电烙铁，若长时间不使用时要拔下电源引线，不要让它长时间发热，

否则会使烙铁芯加速氧化而烧断，缩短其使用寿命，同时也会使烙铁头因长时间加热而氧化，甚至被“烧死”不再“吃锡”。

  8)焊接完成后，要用酒精把电路板上残余的助焊剂清洗干净，以防炭化后的助焊剂影

响电路正常工作。

9)集成电路应最后焊接，电烙铁要可靠接地，或断电后利用余热焊接。或者使用集成电路专用插座，焊好插座后再把集成电路插上去。

10)使用结束后，应及时切断电源，拔下电源插头。冷却后，再将电烙铁收回工具箱。

第三节   焊接工艺与操作

       一、焊前处理           

   焊接时，一般选用焊接电子元器件常用的低熔点焊锡丝，用25％的松香溶解在75％的酒精(重量比)中作为助焊剂。焊前还应对元器件引脚或电路板的焊接部位进行焊前处理。

  1．清除焊接部位的氯化层

1)可用小刀或断锯条制成的小刀刮去金属引线表面的氧化层，使引脚露出金属光泽，如图2-6a所示。

2)印制电路板可用细纱纸将铜箔打光后，涂上一层松香酒精溶液。

2．元器件镀锡

在刮净氧化层的引线上镀锡时，可将引线蘸一下松香酒精溶液，然后将带锡的热烙铁头

压在引线上，并转动引线，即可使引线均匀地镀上一层很薄的锡层，如图2-6b所示。导线焊接前，先将绝缘外皮剥去，再经上述处理过程，才能正式焊接。若是多股金属导线，打光后应先拧在一起，然后再进行镀锡。

二、电子元器件的引线成形和插装

1．引线成形要求

对于手工插装焊接的元器件，其引线加工形状有卧式和竖式两种，成形时的基本如

下：

1)引线不应该在根部弯曲。

2)弯曲处的圆角半径R应大于引脚直径的两倍。

3)弯曲后的两根引线要与本体垂直。

4)元器件的符号标志方向应一致。

2拆装方法和原则

龟子元器件的插装方法有手工插装和自动插装两种。

元器件在印制电路板上插装的原则如下：

1)电阻、电容、晶体管和集成电路的插装应使标记和色码朝上，易于辨认。

2)有极性的元器件由极性标记方向决定插装方向。

3)插装顺序应该先轻后重、先里后外、先低后高。

4)元器件间的间距不能小于lmm，引线间隔要大于2mm。

三、焊接工艺

焊接技术是无线电爱好者必须掌握的一项基本技术。由于20W内热式电烙铁使用的是

220V交流电源，所以使用时要特别注意安全。

1.手工焊接的基本方法  

如图2-7所示，准备好电烙铁以及镊子、剪刀、斜口钳、尖嘴钳、焊料、焊剂等工和

材料。

1)右手持电烙铁，左手用尖嘴钳或镊子夹持元器件或导线。焊接前，电烙铁要充分预

热。烙铁头刃面上要带上一定量焊锡。

2)将烙铁刃面紧贴在焊点处，烙铁头与水平大约成45°，以便于熔化的焊锡从烙铁头

上流到焊点上。烙铁头在焊点处停留的时间控制在2—3s。

3)当焊料流动并覆盖焊接点后，应迅速移开烙铁头，左手保持元器件不动，待焊点处焊锡冷却凝固后，方可松开左手。    

4)用镊子转动引线，确认元器件焊接是否牢固，然后可用扁口钳齐根剪去多余的引线，如图2-8所示。

2.对焊接的基本要求

1)焊点表面要光滑、清洁，锡点光亮，圆滑而无毛刺。合格的焊点表面呈半球面，没有气孔，各焊点大小均匀，如图2-9a所示。

2)焊点要有足够的机械强度，能够保证被焊件在受振动或冲击时不致脱落、松动。同时，焊接处不能堆积过多焊料，这样容易造成虚焊或短路。

3)焊接质量要可靠，具有良好导电性。

4)焊锡和被焊物融合后要牢固，且接触良好，不应有虚焊和假焊。    l

虚焊是指焊料与被焊件表面没有形成合金结构，只是简单地依附在被焊金属表面，从而造成接触不良，时通时断。假焊是指表面上好像焊住了，但实际上并没有焊上，有时用手一 拔，引线就可以从焊点中拔出。这两种情况将给电子制作的调试和检修带来极大的困难。只有经过大量的、认真的焊接实践，才能避免出现这两种情况。 

    四、印钥电路板的焊接

1．焊前准备

首先要熟悉所焊印制电路板的装配图，并按图样要求进行配料，检查元器件型号、规格及数量是否符合要求，并做好装配前元器件引线成形等准备工作。

2．焊接顺序

元器件焊接顺序依次为电阻器、电容器、二极管、晶体管、集成电路、大功率管，其他元器件为先小后大。

3．对元器件焊接要求

(1)电阻器的焊接   按图样将电阻器准确装入规定位置。要求标记向上，字向一致。安装完同一种规格后再装另一种规格，尽量使电阻器的高度保持一致。焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。    ，

(2)电容器的焊接  将电容器按图装入规定位置，并注意有极性电容器“+”与“一”极不能接错，电容器上的标记方向要易看可见。先装玻璃釉电容器、有机介质电容器、瓷介电容器，最后装电解电容器。

(3)二极管的焊接二极管焊接要注意以下几点：第一，注意阳极阴极的极性，不能装错；第二，型号标记要易看可见；第三，焊接立式二极管时，对最短引线焊接时间不能超过2s。

(4)晶体管的焊接注意E、B、C三引线位置插接正确；焊接时间尽可能短，焊接时用镊子夹住引线脚，以利散热。焊接大功率晶体管时，若需加装散热片，应将接触面加工平整、打磨光滑后再予以紧固，若要求加垫绝缘薄膜时，切勿忘记加薄膜。管脚与电路板需要连接时，要用塑料导线。

(5)集成电路的焊接首先按图样要求，检查型号、引脚位置是否符合要求。焊接时

先焊边沿的两只引脚，以使其定位，然后再从左到右自上而下逐个焊接。 对于电容器、二极管、晶体管露在印制电路板面上多余的引脚均需齐根剪去。

五、拆焊方法

在调试、维修过程中，或由于焊接错误对元器件进行更换时就需要进行拆焊处理。若拆焊方法不当，往往会造成元器件的损坏、印制导线的断裂或焊盘的脱落。采用良好的拆焊技术，能保证调试、维修工作顺利进行，避免由于更换元器件不得法而增加产品故障率。

从电路板上拆卸元器件时，可将电烙铁头贴在焊点上，待焊点上的锡熔化后，将元器件拔出。普通元器件的拆焊方法如下：

  1)选用合适的医用空心针头拆焊。

2)用铜编织线进行拆焊。

  3)用气囊吸锡器进行拆焊。

4)用专用拆焊电烙铁拆焊。

5)用吸锡电烙铁拆焊。

技能训练4  焊接练习(一)

一、训练目的

练习对元器件进行焊前处理；练习直接焊接元器件。

二、训练器材

（1)工具   20W内热式电烙铁1只。

 (2)器材   红黑色软芯塑料导线各2根，电池盒，2只鳄鱼夹，100Ω固定电阻器、

470Ω电位器、发光二极管各1只。

三、训练内容及步骤

1．焊接电池盒

(1)焊前处理

1)将4根软导线两端塑料外皮各剥去lcm左右。用小刀刮亮后，将多股芯线拧在一起后镀锡。

2)将电池盒正负极引脚焊片用小刀刮亮后镀锡。将两只鳄鱼夹焊线处刮亮后镀锡。    

(2)焊接方法   

1）取红色导线l根，一端焊接在红把鳄鱼夹上，另一端焊接在电池盒正极焊片上。    

2）取黑色导线l根，一端焊接在黑把鳄鱼夹上，另一端焊接在电池盒负极焊片上

(3)焊接质量的检查  

1)各焊点是否牢固，有无虚焊、假焊，是否光滑无毛刺。   

2）将不合格焊点重新焊接

2、焊接电路

(1)焊前处理用小刀刮去各元器件引脚上的氧化层，然后搪锡。

（2）焊接方法

1)将电阻一端焊接在电位器引脚一侧焊片上。

2)将电位器引脚中问的焊片焊上l根导线。

3)将导线另一端焊接在发光二极管负极上。

4)将发光二极管正极焊接上另1根导线。

(3)焊接质量的检查

1)焊点是否光亮圆滑，有无假焊和虚焊。

2)将不合格的焊点重新焊接。

注意：焊接发光二极管时，时间要短，并应用尖嘴钳夹住引脚根部，以利于散热。将电池盒引线上的鳄鱼夹夹在电路的两端(注意正负极)，观察发光二极管发光情况。旋转电位器，使发光二极管亮度适中。

3）焊接完毕，拔下电烙铁插头，待其冷却后，收回工具箱。

    四、训练评分标准

焊接训练评分标准见表2-1

技能训练5焊接练习(二)

 一、训练目的

 练习元器件的焊前处理；练习焊接电路板。

 二、训练器材

 (1)工具20W内热式电烙铁1只。

(2)器材废旧印制电路板l块、l／8W小电阻10只。

  三、训练内容及步骤

  1．焊前处理

  1)将印制电路板铜箔用细砂纸打光后，均匀地在铜箔面涂一层松香酒精溶液。若是已焊接过的印制电路板，应将各焊孔扎通(可用电烙铁熔化焊点焊锡后，趁热用针将焊孔扎通)。

  2)将lO只电阻器引脚逐个用小刀刮亮后，分别镀锡。

  2焊接方法

  1)将电阻插入印制电路板小孔，应从正面(不带铜箔面)插入，电阻引脚留出的长度约为3—5mm。

2)在电路板反面(有铜箔一面)，将电阻引脚焊接在铜箔上，控制好焊接时间为2~3ｓ．若准备重复练习，可不剪断引脚。将10只电阻逐个焊接在印制电路板上。

  3．焊接质量的检查

  将10个焊点中不合格的焊点重新焊接。

  四、评分标准

  焊接训练评分标准见表2_2。

本章小结

1)常用的焊接工具是内热式电烙铁，尖嘴钳、偏口钳、镊子和小刀为焊接的辅助性工具。钳接时用带有松香芯的焊锡丝作焊料，用松香作助焊剂。

2)对于新买来的电烙铁，要检查其是否漏电。为保证使用人员的人身安全，应换成防火、防烫的花线。在使用前用细砂纸将烙铁头打磨光亮，通电烧热，在烙铁尖头上镀上锡。在使用中，应使烙铁头保持清洁，并保证烙铁的尖头上始终有焊锡，防止烙铁头被“烧死”。旧的烙铁头如严重氧化而发黑，可用小刀轻轻刮去烙铁头上的氧化物，使其露出金属光泽后，重新镀锡，才能使用。

3)电烙铁使用前，应认真检查电源插头、电源线有无损坏，并检查烙铁头是否松动。焊接过程中，电烙铁不能随意摆放，不用时，应放在烙铁架上。电源线不可搭在烙铁头上，以防烫坏绝缘层而发生事故。焊接时，电烙铁先选好接触焊点的位置，再用烙铁头的搪锡面去接触焊点。电烙铁的温度要适当。不能过高，也不能过低，一般一两秒内要焊好一个焊点。电烙铁使用过程中，不能用力敲击，要防止跌落。烙铁头上焊锡不可过多，过多时，可用布擦掉，不可乱甩，以防烫伤他人。通电后的电烙铁，不使用时要拔下电源引线，不能长时间发热。使用结束后，应及时切断电源，拔下电源插头，冷却后，再将电烙铁收回工具箱。 

4)焊接前应对元器件的引一或电路板的焊接部位进行必要的处理：先用小刀或断锯条除去焊接部位的氧化层，然后在刮净的引线上镀锡。    

5)焊接前，电烙铁要充分预热，烙铁头刃面上要吃锡。焊接时，右手持电烙铁，左手用尖嘴钳或镊子夹持元器件或导线。将烙铁刃面紧贴在焊点处，烙铁头与水平大约成45°。当焊料流动至覆盖焊接点时，迅速移开烙铁头，左手仍夹持元器件保持不动，待焊点处的锡冷却凝固后，方可松开左手。焊后，用镊子转动引线，确认不松动，然后可用扁口钳剪去多余的引线。    

6)焊接良好的焊点表面应比较光亮，呈半球面而无毛刺和气孔，各焊点大小均匀，有足够的机械强度，焊接可靠，具有良好的导电性，不应有虚焊和假焊。    

7)手工插装焊接的元器件引线加工形状有卧式和竖式。电子元器件的插装方法有手工一插装和自动插装两种。    

8)对元器件进行焊接时，应按电路要求将元器件准确装人规定位置。    

对于电阻器，要求标记向上，字向一致，安装完同一种规格后再安装另一种规格，尽量-保证高度一致；电容器上的标记方向要易看可见，先装玻璃釉电容器、有机介质电容器、瓷介电容器，最后安装电解电容器，电解电容器的极性不能接错；二极管焊接时，正极和负极不能装错，型号标记要易看可见；晶体管焊接时，用镊子夹住引线脚以利散热，注意E、B、C三引线插接位置正确，焊接时间尽可能短；焊接大功率晶体管时，若需加装散热片，安装时将接触面加工平整、打磨光滑后再予以紧固。焊接集成电路时，首先按图样要求，检查型号、引脚位置是否符合要求，焊接时先焊边沿的两只引脚，以使其定位，然后再从左到右自上而下逐个焊接。    一

对于电容器、二极管、晶体管露在印制电路板面上多余引脚均需齐根剪去。    

9)从电路板上拆卸元器件时，可将电烙铁头贴在焊点上，待焊点上的锡熔化后，将元器件拔出；或选用合适的医用空心针头拆焊；或用铜编织线进行拆焊；或用气囊吸锡器进行拆焊；或用专用拆焊电烙铁拆焊；用吸锡电烙铁拆焊。    I

1．常用焊接工具有哪些?辅助工具又有哪些?各有什么用途?

2．电烙铁在结构上由哪几部分组成?

3．电烙铁“烧死”有什么特征?产生的原因是什么?如何避免?

4．焊接时，烙铁头与水平大约是多少角度?焊接时间应控制在几秒钟以内?

5．什么叫虚焊?什么叫假焊?

6．电容器的焊接顺序是什么?集成电路的焊接方法如何?

第三章  单相整流滤波电路

第一节  单相整流电路

  将交流电变换成脉动直流电的电路称为整流电路。单相整流电路可分为单相半波整流电路和单相桥式整流电路。

一、单相半波整流电路

 1．电路组成和工作原理

图3-l所示为单相半波整流电路。其中，电源变压器T可以将输入电压u变换为整流电路所需的电压u2。

若二极管的正向压降为零，U2>0时，VD导通，输出电压UL=U2；当u2由图3—2可见，交流电变化一周期，负载RL上只半周期有输出，输出的电压波形为方向不随时间变化，大小随时间变化的脉动直流电，所以称为半波整流。

2．主要参数计算

单相半波整流电路主要参数的计算公式，见表3-1。

实际选择整流二极管时，二极管的最大整流电流，FI和最大反向工作电压Urm满足下列条件：

例l    某一直流负载，电阻为1．5kΩ，要求工作电流为l0mA，如果采用半波整流电路，试求整流变压器的二次电压，并选择适当的整流二极管。

解  因为UL=RLIL=1.5×103×10×10-3V=15V

由 U=0.45U2，变压器二次电压的有效值为U2===V≈33V

流过整流二极管的平均电流为IF=IL=10mA

二极管承受的最大反向电压为URm=U2=1．4l×33V≈47V

根据以上求得的参数，查阅整流二极管参数手册，可选择IFM=100mA，URM=50V的2CZ82B型整流二极管。

二、单相桥式整流电路

1．电路组成和工作原理

单相桥式整流电路如图3-3a所示。图3-3b所示为一种习惯画法，图3-3c是一种简化画法。

若二极管的正向压降为零，u2>0时，VDl、VD3导通，VD2、VD4截止，电流方向如

图3一4a所示，输出电压uL = u2；当u2<0时，VD2、VD4导通，VDl、VD3截止，电流方向如图3-4b所示，uL = u2。下一个周期到来时重复上述过程。

图3-5所示为单相桥式整流电路的输出波形。

由图3-5可见，交流电变化一周期内都有同一方向的电流流过负载电阻R    L，分别有两只二极管轮流导通，通过负载的电流iL=iL1+iL2，在负载上得到全波脉动的直流电压和电流，这种整流电路属于全波整流电路。

2.主要参数计算

 单相桥式整流电路参数计算公式，见表3-2。

表3-2    单相桥式整流电路有关计算公式

实际选择整流二极管时，依然要满足IFM≥IF和URM≥URm这两个条件。

例2  有一直流负载需直流电压6V，直流电流0.4A，若采用单相桥式整流电路，试求电源变压器的二次电压，并选择整流二极管的型号。  

解 由UL=0.9U2，可得变压器二次电压的有效值为U2==V≈6.7V

通过二极管的平均电流，IF=IL×0.4A=0.2A=200mA

二极管承受的最大反向电压URm=U2=9．4V

根据以上求得的参数，查阅整流二极管参数手册，可选择IFM=300mA，URM=10V的2CZ56A型整流二极管。

与单相半波整流电路相比，单相桥式整流电路所需二极管的数量较多，当变压器二次电压U2相同时，对二极管的耐压参数要求一样，但输出电压较高、脉动较小，变压器利用率也比较高，所以这种电路应用较广泛。

桥式整流电路目前已做成模块(称整流桥堆，简称桥堆)，有半桥和全桥两种，使用一个全桥或连接两个半桥就可代替四只整流二极管与电源变压器相连，组成桥式整流电路，使用起来非常方便。

第二节  滤波电路

交流电经整流后虽已转变成脉动直流电，但含有较大的交流成分，这种不平滑的直流电仅能在电镀、电焊、蓄电池充电等要求不高的设备中使用，不能适应大多数电子电路和设备的需要。为了得到平滑的直流电，一般在整流电路之后接人滤波电路，把脉动直流电的交流成分滤掉。常用的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波电路、复式滤波电路等。

一、电容滤波电路

1．电路组成和工作原理

图3—6a所示为一单相半波整流电容滤波电路。其中C为电容量很大的电解电容器，且与负载RL并联。

假设接通电源前，电容器C两端电压为零。

当u2>0时，VD导通，u2向电容器C充电，忽略二极管的正向电阻，则电容器两端的电压很快达到u2的峰值，此后u2按正弦规律下降，而C两端电压不能突变，仍保持较高的

电压，这时uc> u2，VD承受反向电压截止，C通过RL进行放电，由于C和RL较大，放电速度很慢，随着放电过程的进行uc不断下降，直到下一个周期u2>uc时，VD再次导通，C再次被充电，如此重复。通过这种周期性充放电，使输出电压波形变得平滑，达到滤波的目的。图3-6b所示为其输出电压波形。

图3-7a所示为桥式整流电容滤波电路，图3-7b所示为其输出电压波形。

对电容滤波的工作原理也可做如下分析：

电容具有隔直流通交流的作用，对于整流输出脉动直流电中的直流成分，电容相当于开路，因此其直流成分都加在负载两端，而脉动直流电中的交流成分，大部分经过电容旁路，因此负载中的交流成分很小，负载电压变得平滑。

 2．主要参数计算

半波整流和桥式整流经电容滤波后，有关电压和电流的计算公式见表3-3。

表3-3  单相整流电容滤波电路电压和电流的计算公式

滤波电容器的电容量可根据负载电流的大表3-4进行选择

表3-4 滤波电容的选择

值得注意的是，滤波电容器的电容量较大，一般用电解电容，应注意电容的正极接高电位，负极接低电位，否则易击穿爆裂。电容器的耐压应大于它实际工作时所能承受的最大电压。

3．电路特点

1）接入滤波电容后．二极管导通的时间变短，通过二极管的电流增大，特别是在接通电源瞬间会产生很大的浪涌电流。一般情况下，浪涌电流是正常工作电流IL的(5~7倍)，所以选二极管参数时，正向平均电流的参数应选大一些。

2)经电容滤波后，输出波形变得平滑，输出电压的平均值升高。

3)电容放电时间常数=RLC越大，输出电压UL越高，滤波效果也越好；反之，则输出电压愈低且滤波效果愈差，如图3-8所示。所以电容滤波电路适用于负载电流较小的场合。

例3  在桥式整流电容滤波电路中，若要求输出直流电压为6V，负载电流为60mA。试选择合适的整流二极管和滤波电容。

解  (1)整流二极管的选择  电源变压器的二次电压为

U2==V=5V

流过每只二极管的平均电流为

IF =IL=×60mA=30mA

每只二极管承受的最大反向电压为

URm=U2=1.4l4×5V≈7V

查晶体管手册，可选用2CZ82A型整流二极管(IF =100mA，URm =25V)。

(2)滤波电容的选择电容器的耐压为

UC ≥U2≈1.4l4×5V≈7V

 由于，IL=60mA，可选用容量为200μF，耐压为50V的电解电容器。

二、电感滤波电路

 当一些电气设备需要脉动较小、输出电流较大的直流电源时，若采用电容滤波电路，则电容嚣的电容量必须很大，因此对二极管的冲击电流也很大，这就使得选择二极管和电容器很困难，在此情况下，往往采用电感滤波电路。

图3-9a所示为电感滤波电路。其中电感L与负载RL串联。

 电感对交流呈现很大的阻抗，交流成分降到了电感上，由于电感线圈的直流电阻很小，若忽略导线的电阻，直流成分直接施加在负载上，因而降低了输出电压的脉动成分，达到滤波的目的。如图3-9b所示，实线为电感滤波后的工作波形。

注意：电感滤波电路对整流二极管没有电流冲击。一般来说，电感量L越大，RL愈小，滤波效果越好，所以，电感滤波电路适用于负载电流较大的场合。

三、复式滤波电路

为了进一步减小输出电压的脉动程度，可用电容和电感组成各种形式的复式滤波电路，如图3-l0所示。

图3-10a所示为LC-r型滤波电路，图3—10b所示为LC-π型滤波电路。其中，LC-r型滤波电路实质上是经过了电感电容两次滤波，所以其输出的直流电压和电流就更平滑了；对于LC-π型滤波电路，由于有三个元件进行滤波，所以滤波效果比LC-r型滤波效果更好。

 图3-10c所示为LC-π型滤波电路。在负载电流不大的情况下，为降低成本，缩小体积，减轻重量，选用电阻器R来代替L。但电阻R对交流和直流成分均产生压降，故会使输出电压下降。一般R取几十到几百欧。

当一级复式滤波达不到输出电压的平滑性要求时，可以增加滤波级数。

    技能训练6单相桥式整流电容滤波电路的安装和测试    

一、训练目的    

1）能够正确组装单相桥式整流滤波电路，进一步理解单相整流电路和电容滤波电路的工作原理。  

2)学会用示波器观察单相桥式整流电容滤波电路的输人和输出电压波形。   

3)掌握单相整流、滤波电路有关简单计算，能正确选择整流二极管。 

二、训练器材  

(1)工具   电烙铁、焊料及常用无线电装配工具一套。    

（2）仪表  万用变、示波器

(3)元器件  见表3-5

三、训练内容及步骤

  圈3-1l所示为单相桥式整流电容滤波电路。

  1．清点、检测元器件并对元器件进行搪锡处理

  1)按表3-5核对元器件的数量、型号和规格，如有短缺、差错应及时补缺和更换。

  2)用万用表检测晶体二极管、电阻和电容。对不符合质量要求的元器件剔除并更换。

  3)清除元器件引脚上和实验板上的氧化层，并搪锡。

  2．按单相桥式整流电容滤波电路进行组装

  将元器件插装后再予以焊接固定，用硬铜导线根据电路的电气连接关系进行布线并焊接固定，组装好的电路板如图3-12所示，其焊接面如图3-13所示。

  3．电路的测试

在开关Sl和S2处于各种状态时，分别用示波器观察电路输入和输出电压波形，并用万用表测量输出电压，记录输入和输出电压波形的形状和输入电压的最大值，把测试结果填入表3-6中。

其中用示波器测量波形是，垂直输入灵敏度选择开关（V/div）每格_________ V挡，扫描时间转换开关（s/div）每格_________ ms挡。

四、训练评分标准   

  本技能训练评分标准见表3-7。  

阅读材料

整流桥堆

将硅整流二极管按某种整流方式用绝缘瓷、环氧树脂和外壳封装成一体就是硅整流堆，习惯上统称为硅堆。硅堆具有体积小、可靠性高、使用方便等特点，广泛应用在各种电子电路或电气设备中，作工频整流、高频整流和商压整流等。常用的小功率整流桥有金桥和半桥之分。

一、结构与型号

 目前，硅整流堆品种较多。在内部结构上，低自刨、电流硅堆是整流二极管按半桥或全桥方式组合，通常称作桥堆；单相全挢是将四只硅整流二极管接成桥路的形式，内部电气原理如图3-14a所示，常见的型号有QL52一QL6l系列、PMl04M和BR300系列等；三相桥是将六支硅整流二极管接成桥路的形式，内部电气原理图如图3-14b所示，常见的型号有2CQ1等；半桥是将两只二极管串联，在结点处引出一电极，内部电气原理图如图3-14c所示，常见的型号有2CQ1型、2CQ2型和2CQ3型等。

 目前对各种硅整流堆尚无完全统一的命名标准，需参考有关生产厂产品说明书。

 在外部封装上，通常小电流的硅整流堆采用环氧树脂、陶瓷和塑料封装；大电流的则用金属封装。有的还直接带有散热器。硅堆的常见外形如图3-15所示。

二、 硅整流堆主要参数

    硅整流堆的主要参数有额定反向峰值电压和正向平均整流电流等。

三、硅整流堆的检测

    和整流二极管一样，主要是通过测试硅整流堆的正、反向电阻来检测其性能的好坏。

具体方法是：利用万用表R×1K 或R×100挡测量桥堆引出端的正、反方向电阻来判断其质量的好坏，见表3-8

本章小结

1)直流电源由电源变压器、整流电路和滤波电路组成。整流电路将交流电变为脉动的直流电，滤波电路可减小脉动程度使直流电压平滑。

2)利用二极管的单向导电性，可以组成各种整流电路，并完成整流功能。单相整流电路，按输出波形不同可分为半波整流和全波整流。最常见的整流电路是单相桥式整流电路。各种整流电路中有关计算公式见表3-9。其中，U2表示变压器二次电压的有效值，UL和IL分别表示输出电压的平均值和输出电流的平均值，URm表示二极管两端所承受的最大反向电压。

3）为了减小整流输出电压的脉动程度，常在整流之后接入滤波电路。滤波电路可分为电容滤波、电感滤波和复式滤波。当输出电流较小时，采用电容滤波；当工作电流较大时，采用电感滤波；当对直流电源要求较高的场合采用复式滤波。

复习思考题

1．桥式整流电路中有4只整流二极管，所以每只二极管中电流的平均值等于负载的l／4，这种说法对吗?为什么？

2．在单相桥式整流电路中，若4只二极管的极性全部接反，对输出有何影响?若其中1只二极管断开、短路或接反，对输出有何影响?   

3．在单相半波、单相桥式整流电路中，加滤波电容和不加滤波电容两种情况下，二极管承受的反向工作电压有无区别?为什么?    

4．图3一16所示为桥式整流电容滤波电路，试求：  

1)在桥臂上画出4只整流二极管，并标出电容c的正极。   

2)电路的输出电压是正还是负?电容的极性如何?   

3)若要求输出电压为25V，u2的有效值应为多少?   

4)若负载电流为200mA，每个二极管流过的电流和最高反向电压各是多少?    

5)电容c开路或短路时，电路会产生何种效果?   

6)若负载电流为200mA，滤波电容C的电容量和耐压为多少?    

5.一个单相桥式整流电容滤波电路，变压器二次电压是10V，试问：若空载电压14V满载12V，是否正常?(2)空载电压低于10V是否正常?为什么?(3)无论是空载还是满载，输出电压变化很小，是否正常?估计是什么原因?    I