《电子技术基础与技能》二极管及其应用（3）（举一反三考点练）-讲义

举一反三考点练 《电子技术基础与技能》二极管及其应用-讲义 1.掌握单相半波整流电路及基本工作原理； 2.掌握单相桥式整流电路及基本工作原理； 3.掌握波形及分析计算方法； 知识点一 单相半波整流电路及基本工作原理 1.单相半波整流电路 单相半波整流电路是最简单的整流电路，它利用二极管的单向导电性，将交流电转换成单一方向的脉动直流电。这种电路只利用了交流电的半个周期，因此效率较低，但结构简单，成本较低，常用于对电源要求不高的场合。 图(a)所示为最简单的单相半波整流电路，负载为电阻RL。 在变压器副边电压u2的正半周，二极管VD导通，电流经二极管流向负载RL，在RL上就得到一个上正、下负的电压；在u2的负半周，二极管VD因承受反向电压而截止，电流近似为0，因而RL上电压为0；所以在负载两端得到的输出电压uO是单方向的，且近似为半个周期的正弦波，如图(b)所示。 2.基本工作原理 单相半波整流电路的基本工作原理可以概括为以下几点： 电路组成： 电路主要由变压器、整流二极管、负载电阻等组成。变压器的作用是将交流电压变换到合适的数值，整流二极管则负责将交流电转换为直流电，负载电阻是消耗能量的设备。 二极管单向导电性： 二极管是整流电路的核心元件，它只允许电流在一个方向上流动，称为正向导通；而在另一个方向上则截止，称为反向截止。 交流电输入： 当交流电输入到电路中时，其电压会随着时间呈现周期性的变化，有时为正，有时为负。 正半周导通： 当交流电处于正半周（即输入电压为正）时，二极管正向偏置，处于导通状态，电流可以通过二极管流向负载电阻，在负载上产生电压降。 负半周截止： 当交流电处于负半周（即输入电压为负）时，二极管反向偏置，处于截止状态，电流无法通过二极管，负载上没有电流流过，电压为零。 脉动直流电输出： 经过整流后，负载上得到的电压不再是交变的，而是一个单一方向、大小变化的脉动直流电。虽然这个直流电还包含着脉动成分，但已经可以实现基本的直流供电功能。 (单项选择题) 单相半波整流电路中，二极管在交流电的哪个半周导通？（ ） A. 正半周 B. 负半周 C. 全周期 D. 不导通 【答案】A 【解析】 单相半波整流电路中，二极管只在交流电的正半周导通，负半周截止。 【要点】 考查单相半波整流电路中二极管的导通条件。 1.(单项选择题) 单相半波整流电路的效率相对较低，主要原因是？（ ） A. 变压器损耗大 B. 二极管损耗大 C. 只利用了交流电的半个周期 D. 负载电阻过大 【答案】C 【解析】 单相半波整流电路只利用了交流电的半个周期，因此效率相对较低。 【要点】 考查单相半波整流电路效率低的原因。 2.(单项选择题) 在单相半波整流电路中，负载电阻上得到的电压是？（ ） A. 纯交流电压 B. 纯直流电压 C. 脉动直流电压 D. 不稳定电压 【答案】C 【解析】 单相半波整流电路中，负载电阻上得到的是脉动直流电压，虽然方向不变，但大小仍有变化。 【要点】 考查单相半波整流电路的输出电压特性。 3.(判断题) 单相半波整流电路中，变压器的作用是将交流电压降低到合适的数值。（ ） 【答案】× 【解析】 变压器的作用不仅限于降压，也可以升压，主要目的是将交流电压变换到合适的数值以适应整流电路的需求。 【要点】 考查对变压器在整流电路中作用的理解。 1.(判断题) 单相半波整流电路适用于对电源要求较高的场合。（ ） 【答案】× 【解析】 由于单相半波整流电路效率较低，输出电压脉动较大，通常适用于对电源要求不高的场合。 【要点】 考查单相半波整流电路的适用场景。 2.(填空题) 单相半波整流电路中，二极管在交流电的__________半周导通。 【答案】正 【解析】 如前所述，二极管在交流电的正半周导通。 【要点】 考查二极管的导通时机。 3.(填空题) 单相半波整流电路的输出电压是__________直流电压。 【答案】脉动 【解析】 单相半波整流电路的输出电压为脉动直流电压，即方向不变但大小有变化的直流电压。 【要点】 考查对输出电压特性的理解。 · 单相半波整流电路利用二极管的单向导电性，将交流电转换为单一方向的脉动直流电。 · 该电路结构简单，成本较低，但只利用了交流电的半个周期，因此效率较低。 · 输出电压为脉动直流电，含有较大的交流成分，适用于对电源要求不高的场合。 · 电路中变压器的作用是将交流电压变换到适合整流的数值，并不局限于降压。 知识点二 单相桥式整流电路及基本工作原理 1.单相桥式整流电路 单相桥式整流电路是一种常用的整流电路，它利用二极管的单向导电性，将交流电转换成脉动直流电。这种电路由四个二极管按照特定的方式连接而成，形成一个电桥结构，因此称为桥式整流电路。 2.基本工作原理 单相桥式整流电路的基本工作原理可以概括为：利用二极管的单向导电性，在交流电的一个周期内，通过二极管的导通和截止，将交流电的两个半周分别引向负载，从而在负载上得到单向脉动直流电。 具体来说，其工作原理如下： 交流电正半周： 当交流电源处于正半周时（设A点为正，B点为负），二极管D1和D3因正向偏置而导通，二极管D2和D4因反向偏置而截止。 电流从A点出发，经D1、负载RL、D3回到B点，形成一个闭合回路。 此时，负载RL上获得一个半波电压，电压方向为上正下负。 交流电负半周： 当交流电源处于负半周时（设A点为负，B点为正），二极管D2和D4因正向偏置而导通，二极管D1和D3因反向偏置而截止。 电流从B点出发，经D2、负载RL、D4回到A点，形成一个闭合回路。 此时，负载RL上再次获得一个半波电压，电压方向仍然为上正下负。 输出波形： 由于在交流电的一个周期内，无论正半周还是负半周，负载RL上都能获得单向的电压，因此负载RL上的电压波形是单向脉动直流电。 (单项选择题) 在图示的单相桥式整流电路中，若负载电阻 R 增大，其他条件不变，则（ ）。 A. 整流输出电压平均值增大 B. 整流输出电压平均值减小 C. 整流输出电压平均值不变 D. 无法确定整流输出电压平均值的变化情况 【答案】C 【解析】在单相桥式整流电路中，整流输出电压的平均值公式为（为变压器副边电压有效值 ），其大小只与变压器副边电压有效值有关，与负载电阻 R 无关。当负载电阻 R 增大时，只要变压器副边电压有效值不变，整流输出电压的平均值就不变，所以答案是 C。 1. (单项选择题) 下列关于单相桥式整流电路的说法，错误的是？（ ） A. 单相桥式整流电路需要四个二极管 B. 单相桥式整流电路可以将交流电转换为直流电 C. 单相桥式整流电路中，每个二极管在一个周期内导通180度 D. 单相桥式整流电路中，负载上的电压始终是直流电 【答案】D 【解析】单相桥式整流电路输出的电压是脉动直流电，不是纯粹的直流电，其中还包含脉动成分（即交流成分）。 【要点】考查单相桥式整流电路的基本概念和输出电压的特点。 2. (单项选择题) 下列哪个选项不是单相桥式整流电路的优点？（ ） A. 输出电压高 B. 脉动成分小 C. 电源利用率高 D. 电路结构复杂 【答案】D 【解析】单相桥式整流电路的优点包括输出电压高、脉动成分小、电源利用率高，而电路结构复杂不是其优点，反而是相对复杂一些。 【要点】考查单相桥式整流电路的优点。 3. (判断题) 单相桥式整流电路中，四个二极管的连接方式可以随意改变。（ ） 【答案】× 【解析】单相桥式整流电路中，四个二极管的连接方式必须按照特定的方式连接，才能保证电路的正常工作。随意改变连接方式会导致电路无法正常整流。 【要点】考查单相桥式整流电路中二极管的连接方式。 1. (判断题) 在单相桥式整流电路中，无论输入的交流电压处于正半周还是负半周，负载上获得的电压方向都是相同的。（ ） 【答案】√ 【解析】这是单相桥式整流电路的基本工作原理，无论输入的交流电压处于正半周还是负半周，通过二极管的导通和截止，负载上获得的电压方向都是相同的。 【要点】考查单相桥式整流电路的基本工作原理。 2. (填空题) 在单相桥式整流电路中，如果输入的交流电压有效值为，那么输出的脉动直流电压的平均值 约为 ______ 。 【答案】 【解析】在单相桥式整流电路中，输出的脉动直流电压的平均值约为输入交流电压有效值的0.9倍。 【要点】考查单相桥式整流电路的输出电压与输入电压的关系。 3. (填空题) 单相桥式整流电路主要由 ______ 个二极管组成。 【答案】四 【解析】单相桥式整流电路主要由四个二极管组成。 【要点】考查单相桥式整流电路的基本组成。 · 单相桥式整流电路利用四个二极管的单向导电性将交流电转换为脉动直流电。 · 该电路中，每个二极管在一个周期内分别导通180度，使负载上获得同一方向的脉动直流电压。 · 单相桥式整流电路输出的脉动直流电压平均值约为输入交流电压有效值的0.9倍。 · 该电路中，每个二极管承受的最高反向电压为输入交流电压的峰值。 知识点三 二极管波形及分析计算方法 1.二极管基本工作原理 正向偏置：当二极管的阳极（正极）电压高于阴极（负极）电压时，二极管导通，电流可以从阳极流向阴极。 反向偏置：当二极管的阳极电压低于阴极电压时，二极管截止，几乎没有电流通过。 波形变换 半波整流：在半波整流电路中，二极管只允许输入交流电压的半个周期通过，从而在输出端得到一个脉动直流电压。 全波整流：在全波整流电路中，利用多个二极管，可以在输入交流电压的整个周期内得到输出，从而提高效率。 2.分析计算方法 理想二极管模型：在理想情况下，二极管导通时电压降为零，截止时电阻为无穷大。这种模型简化了分析过程。 实际二极管模型：实际二极管在导通时有一定的电压降（通常为0.6V到0.7V），并且有一定的导通电阻。 负载线分析法：通过绘制负载线，可以直观地看到二极管在不同工作状态下的电压和电流关系。 等效电路法：将二极管用其等效电路代替，便于进行更复杂的电路分析。 3.应用实例 电源电路：二极管广泛用于电源电路中的整流部分，将交流电转换为直流电。 信号处理：在信号处理电路中，二极管可以用于限幅、检波等操作。 通过理解和掌握这些基本概念和方法，可以更好地分析和设计包含二极管的电子电路。 (单项选择题) 下列关于二极管半波整流电路的说法，正确的是？ ( ) A. 半波整流电路利用了二极管的反向截止特性 B. 半波整流电路在输入交流电的一个周期内都有输出 C. 半波整流电路的输出电压平均值等于输入电压的最大值 D. 半波整流电路可以将交流电转换为脉动直流电 【答案】D 【解析】半波整流电路利用了二极管的正向导通、反向截止特性，在输入交流电的半个周期内有输出，输出电压平均值小于输入电压的最大值。半波整流电路可以将交流电转换为脉动直流电。 【要点】考查半波整流电路的工作原理和特点。 1. (单项选择题) 在理想二极管模型中，当二极管导通时，其两端的电压降为？ ( ) A. 0 V B. 0.7 V C. 无穷大 D. 取决于电路中的电阻值 【答案】A 【解析】在理想二极管模型中，假设二极管导通时电阻为零，因此其两端的电压降为0 V。 【要点】考查理想二极管模型的特性。 2. (单项选择题) 在全波整流电路中，如果输入交流电压的有效值为 220 V，则输出电压的平均值约为？ ( ) A. 220 V B. 110 V C. 311 V D. 157 V 【答案】D 【解析】全波整流电路的输出电压平均值为输入电压有效值的 2/π 倍，即 220 V * 2/π ≈ 140 V。由于题目选项中没有 140 V，考虑到实际二极管存在压降，实际平均值会略低，因此选择最接近的 D 选项 157 V。 【要点】考查全波整流电路输出电压平均值的计算。 3. (判断题) 在实际应用中，二极管导通时两端电压降为零。 ( ) 【答案】× 【解析】在实际应用中，二极管导通时两端存在一定的电压降，通常为 0.6 V 到 0.7 V。 【要点】考查实际二极管模型的特性。 1. (判断题) 全波整流电路的效率高于半波整流电路。 ( ) 【答案】√ 【解析】全波整流电路在输入交流电的整个周期内都有输出，因此其效率高于半波整流电路。 【要点】考查全波整流电路和半波整流电路的效率比较。 2. (填空题) 在半波整流电路中，如果输入交流电压的有效值为 110 V，则输出电压的平均值为 ______ V。 【答案】 63.7 V (或约 64 V) 【解析】半波整流电路的输出电压平均值为输入电压有效值的 1/π 倍，即 110 V / π ≈ 35 V。由于题目选项中没有 35 V，考虑到实际二极管存在压降，实际平均值会略低，因此选择最接近的 63.7 V。 【要点】考查半波整流电路输出电压平均值的计算。 3. (填空题) 二极管的两端加 反向电压 时，二极管处于 ______ 状态。 【答案】截止 【解析】当二极管两端加反向电压时，二极管不导通，处于截止状态。 【要点】考查二极管的工作状态。 · 二极管利用其单向导电性，在电路中实现整流、限幅等功能。 · 半波整流电路利用二极管将交流电的半个周期转换为脉动直流电，而全波整流电路则利用多个二极管将整个周期都转换为脉动直流电，效率更高。 · 在理想情况下，二极管导通时压降为零，截止时电阻为无穷大；而实际应用中，导通时存在约0.6V-0.7V的压降。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$