半導體項目一-簡易直流穩(wěn)壓電源的分析與制作課件

1、項目一簡易直流穩(wěn)壓電源的分析與制作1.半導體的定義 自然界的物質(zhì)若按導電能力劃分，可分為導體、半導體和絕緣體三種。半導體的導電能力介于導體和絕緣體之間，電阻率通常為10-510-11m。2.本征半導體 純凈的、不含其他雜質(zhì)的半導體稱為本征半導體。本征半導體中的載流子(自由電子空穴對)在常溫下數(shù)量很少，因此本征半導體的導電能力很差。3.雜質(zhì)半導體 在本征半導體中摻入微量元素后形成的半導體稱為雜質(zhì)半導體。摻雜后的半導體導電能力大大增強。根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同，雜質(zhì)半導體可分為P型半導體和N型半導體。一、半導體知識鏈接一半導體二極管二、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?. PN結(jié)的形成 在同一塊本征半導體晶片上，采

2、用特殊的摻雜工藝，在兩側(cè)分別摻入三價元素和五價元素，一側(cè)形成P型半導體，另一側(cè)形成N型半導體，在這兩種半導體交界面上就形成一個具有特殊導電性能的空間電荷區(qū)，稱為PN結(jié)。2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)的導電特性決定了半導體器件的工作特性，是研究二極管、晶體管等半導體器件的基礎(chǔ)。(1)PN結(jié)加正向電壓P區(qū)接外加電源正極，N區(qū)接外加電源負極，稱PN結(jié)加正向電壓(也稱正向偏置)，外加的正向電壓方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。二、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?2)PN結(jié)加反向電壓P區(qū)接外加電源負極，N區(qū)接外加電源正極，稱PN結(jié)加反向電壓(也稱反向偏置)，外加的反向電壓方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，加強

3、了內(nèi)電場。 結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕碢N結(jié)加正向電壓時導通，加反向電壓時截止。三、二極管的類型圖1-2二極管的基本結(jié)構(gòu)、電路符號及實物外形a)基本結(jié)構(gòu)b)電路符號c)實物外形 PN結(jié)加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管的基本結(jié)構(gòu)，電路符號及實物外形如圖1-2b所示。三、二極管的類型1.按結(jié)構(gòu)分類二極管可分為點接觸型、面接觸型和平面型三大類。(1)點接觸型二極管PN結(jié)面積小、結(jié)電容小、高頻性能好，用于檢波和變頻等高頻電路。(2)面接觸型二極管PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(3)平面型二極管PN結(jié)面積可大可小、性能穩(wěn)定可靠，常用于高頻整流、開關(guān)電路以及集成電路制造工藝中。2.按制

4、造材料分類 二極管可分為硅二極管和鍺二極管兩種。3.按功能分類 二極管可分為普通二極管與特殊二極管，其中特殊二極管包括穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、光敏二極管和變?nèi)荻O管等。四、二極管的伏安特性曲線圖1-3二極管的伏安特性曲線 二極管的伏安特性(即電壓電流特性)曲線如圖1-3所示。處于第一象限的是正向伏安特性曲線，處于第三象限的是反向伏安特性曲線。四、二極管的伏安特性曲線1.正向伏安特性 當正向電壓低于某一數(shù)值時，二極管正向電流很?。恢挥挟斦螂妷焊哂谀骋恢禃r，二極管才有明顯的正向電流，這個電壓被稱為導通電壓，又稱為門限電壓或死區(qū)電壓，常用UON表示。在室溫下，硅二極管的死區(qū)電壓約為05V，導通后的

5、正向壓降為0608V；鍺二極管的死區(qū)電壓約為01V，導通后的正向壓降為0103V。一般認為，當正向電壓大于UON時，二極管才導通，否則二極管截止。2.反向伏安特性 二極管的反向電壓一定時，反向電流很小，而且變化不大（反向飽和電流）；反向電壓大于某一數(shù)值時，反向電流急劇變大，稱為擊穿。五、二極管的主要參數(shù)及其受溫度的影響1.主要參數(shù) 二極管的主要參數(shù)是選用二極管的依據(jù)，包括：2.溫度對伏安特性的影響 硅二極管溫度每增加8，反向電流大約增加一倍；鍺二極管溫度每增加12，反向電流大約增加一倍。另外，無論是硅二極管還是鍺二極管，溫度每升高1，正向壓降UF減小225mV，即具有負的溫度系數(shù)。國產(chǎn)二極管型

6、號的命名方法如下：七、二極管的應(yīng)用及檢測方法1.普通二極管 普通二極管在工程中的應(yīng)用非常廣泛，利用其單向?qū)щ娦?，在電路中可實現(xiàn)整流、限幅、鉗位、檢波、保護、開關(guān)等功能。(1)正向特性測試萬用表的黑表筆(接表內(nèi)電源正極)接觸二極管的正極，紅表筆(接表內(nèi)電源負極)接觸二極管的負極。(2)反向特性測試萬用表的紅表筆接觸二極管的正極，黑表筆接觸二極管的負極。圖1-4萬用表簡易測試二極管示意圖a)電阻小b)電阻大七、二極管的應(yīng)用及檢測方法2.齊納二極管 又稱穩(wěn)壓二極管，其外形圖和電路符號如圖15所示。穩(wěn)壓二極管工作于反向擊穿區(qū)，在電路中主要起穩(wěn)壓作用，應(yīng)用時應(yīng)串聯(lián)限流電阻。(1)正向測試與普通二極管類似

7、。(2)反向測試用R1k擋測量時，電阻值一般在10k以上；當用R10k擋時，電阻值迅速下降。圖1-5穩(wěn)壓二極管的外形圖、電路符號a)外形圖b)電路符號七、二極管的應(yīng)用及檢測方法3.光敏二極管 又稱遠紅外線二極管，其電路符號如圖16所示，是一種將光能轉(zhuǎn)換成電能的器件。當工作在反向無光照時，與普通二極管一樣，反向電流很小。當工作在反向有光照時，光照越強，反向電流越大?？勺鳛楣怆姍z測器件，也可做成光電池。檢測方法如下:(1)電阻測量法用萬用表R1k擋。(2)電壓測量法用萬用表直流1V擋。(3)短路電流測量法用萬用表50A擋。圖1-6光敏二極管電路符號七、二極管的應(yīng)用及檢測方法4.發(fā)光二極管5.激光二

8、極管 具有光諧振腔，在正向偏置的情況下，PN結(jié)發(fā)出的光與諧振腔相互作用，產(chǎn)生激光。宜作為大容量、遠距離光纖通信的光源，也可用于小功率光電設(shè)備中。圖1-7發(fā)光二極管a)電路符號b)外形圖知識鏈接二二極管整流電路一、單相橋式整流電路1.工作原理單相橋式整流電路是最常用的整流電路，如圖18所示。圖1-8單相橋式整流電路a)電路圖b)波形圖一、單相橋式整流電路2.參數(shù)計算根據(jù)圖18b可知，輸出電壓是單向脈動電壓，通常用它的平均值表示其大小。二、單相半波整流電路圖1-9單相半波整流電路a)電路圖b)波形圖二、單相半波整流電路 單相整流電路除橋式整流電路外，還有單相半波和全波兩種形式。單相半波整流電路如圖

9、1-9a所示，波形圖如圖1-9b所示。根據(jù)圖1-9可知，在一個工頻周期內(nèi)，負載上得到的是半個正弦波。二、單相半波整流電路流過負載和二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓為三、單相全波整流電路圖1-10單相全波整流電路a)電路圖b)波形圖單相全波整流電路如圖1-10a所示，波形圖如圖1-10b所示。三、單相全波整流電路根據(jù)圖1-10可知，全波整流電路的輸出與橋式整流電路的輸出相同。輸出平均電壓為流過負載的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓為1)輸入(交流)用有效值或最大值。2)整流管正向電流用平均值。3)輸出(交直流)用平均值。4)整流管反向電壓用最大值。 知識鏈接三濾波電路注意：整流電

10、路中的二極管是作為開關(guān)使用的。整流電路中既有交流分量，又有直流分量，通常計算整流二極管的參數(shù)時應(yīng)遵循以下原則:一、電容濾波電路1.電容濾波電路(1)濾波的基本概念濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。圖1-11單相橋式電容濾波整流電路一、電容濾波電路(2)電容濾波電路現(xiàn)以單相橋式電容濾波整流電路為例來說明。(3)濾波原理在u2的正半周，二極管VD1、VD3導通，變壓器二次電壓u2給電容器C充電。當u2相位到達/2時，u2開始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負載L放電。以指數(shù)規(guī)律放電時，起始點的放電速率很大。圖1-12橋式整流電容濾波時的電壓、電流波形一、電容濾波電

11、路圖1-13C不同時的波形(4)電容濾波的計算電容濾波的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓的因素較多。一、電容濾波電路表1-1電容濾波電路的常用參數(shù)二、電感濾波電路圖1-14電感濾波電路 利用儲能元件電感的電流不能突變的性質(zhì)，把電感與整流電路的負載L相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。電感濾波電路如圖1-14所示。電感濾波的波形圖如圖1-15所示。圖1-15電感濾波的波形圖知識鏈接四穩(wěn)壓電路一、穩(wěn)壓電路概述一、穩(wěn)壓電路概述 引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因是負載電流的變化和輸入電壓的變化，為了輸出穩(wěn)定的直流電壓，在整流濾波之后還要加入穩(wěn)壓電路，如圖1-16所示。二、硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路 常用的硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路如圖1-17所示。圖1-16加入穩(wěn)壓電路后的直流穩(wěn)壓電源示意圖圖1-17硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路二、硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路1.輸入電壓變化時的穩(wěn)壓過程輸入電壓UI的增加，必然引起UO的增加，即UVS增加，從而使IVS增加，IR增加，使U