半导体项目一-简易直流稳压电源的分析与制作课件.ppt

1、项目一简易直流稳压电源的分析与制作1.半导体的定义 自然界的物质若按导电能力划分，可分为导体、半导体和绝缘体三种。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，电阻率通常为10-510-11m。2.本征半导体 纯净的、不含其他杂质的半导体称为本征半导体。本征半导体中的载流子(自由电子空穴对)在常温下数量很少，因此本征半导体的导电能力很差。3.杂质半导体 在本征半导体中掺入微量元素后形成的半导体称为杂质半导体。掺杂后的半导体导电能力大大增强。根据掺入杂质的不同，杂质半导体可分为P型半导体和N型半导体。一、半导体知识链接一半导体二极管二、PN结及其单向导电性1.PN结的形成 在同一块本征半导体晶片上，采用

2、特殊的掺杂工艺，在两侧分别掺入三价元素和五价元素，一侧形成P型半导体，另一侧形成N型半导体，在这两种半导体交界面上就形成一个具有特殊导电性能的空间电荷区，称为PN结。2.PN结的单向导电性 PN结的导电特性决定了半导体器件的工作特性，是研究二极管、晶体管等半导体器件的基础。(1)PN结加正向电压P区接外加电源正极，N区接外加电源负极，称PN结加正向电压(也称正向偏置)，外加的正向电压方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。二、PN结及其单向导电性(2)PN结加反向电压P区接外加电源负极，N区接外加电源正极，称PN结加反向电压(也称反向偏置)，外加的反向电压方向与PN结内电场方向相同，加强了内

3、电场。结论：PN结具有单向导电性，即PN结加正向电压时导通，加反向电压时截止。三、二极管的类型图1-2二极管的基本结构、电路符号及实物外形a)基本结构b)电路符号c)实物外形 PN结加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管的基本结构，电路符号及实物外形如图1-2b所示。三、二极管的类型1.按结构分类二极管可分为点接触型、面接触型和平面型三大类。(1)点接触型二极管PN结面积小、结电容小、高频性能好，用于检波和变频等高频电路。(2)面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(3)平面型二极管PN结面积可大可小、性能稳定可靠，常用于高频整流、开关电路以及集成电路制造工艺中。2.按制造材料

4、分类 二极管可分为硅二极管和锗二极管两种。3.按功能分类 二极管可分为普通二极管与特殊二极管，其中特殊二极管包括稳压二极管、发光二极管、光敏二极管和变容二极管等。四、二极管的伏安特性曲线图1-3二极管的伏安特性曲线 二极管的伏安特性(即电压电流特性)曲线如图1-3所示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。四、二极管的伏安特性曲线1.正向伏安特性 当正向电压低于某一数值时，二极管正向电流很小；只有当正向电压高于某一值时，二极管才有明显的正向电流，这个电压被称为导通电压，又称为门限电压或死区电压，常用UON表示。在室温下，硅二极管的死区电压约为05V，导通后的正向压

5、降为0608V；锗二极管的死区电压约为01V，导通后的正向压降为0103V。一般认为，当正向电压大于UON时，二极管才导通，否则二极管截止。2.反向伏安特性 二极管的反向电压一定时，反向电流很小，而且变化不大（反向饱和电流）；反向电压大于某一数值时，反向电流急剧变大，称为击穿。五、二极管的主要参数及其受温度的影响1.主要参数 二极管的主要参数是选用二极管的依据，包括：2.温度对伏安特性的影响 硅二极管温度每增加8，反向电流大约增加一倍；锗二极管温度每增加12，反向电流大约增加一倍。另外，无论是硅二极管还是锗二极管，温度每升高1，正向压降UF减小225mV，即具有负的温度系数。国产二极管型号的命

6、名方法如下：七、二极管的应用及检测方法1.普通二极管 普通二极管在工程中的应用非常广泛，利用其单向导电性，在电路中可实现整流、限幅、钳位、检波、保护、开关等功能。(1)正向特性测试万用表的黑表笔(接表内电源正极)接触二极管的正极，红表笔(接表内电源负极)接触二极管的负极。(2)反向特性测试万用表的红表笔接触二极管的正极，黑表笔接触二极管的负极。图1-4万用表简易测试二极管示意图a)电阻小b)电阻大七、二极管的应用及检测方法2.齐纳二极管 又称稳压二极管，其外形图和电路符号如图1 5所示。稳压二极管工作于反向击穿区，在电路中主要起稳压作用，应用时应串联限流电阻。(1)正向测试与普通二极管类似。(

7、2)反向测试用R1k挡测量时，电阻值一般在10k以上；当用R10k挡时，电阻值迅速下降。图1-5稳压二极管的外形图、电路符号a)外形图b)电路符号七、二极管的应用及检测方法3.光敏二极管 又称远红外线二极管，其电路符号如图1 6所示，是一种将光能转换成电能的器件。当工作在反向无光照时，与普通二极管一样，反向电流很小。当工作在反向有光照时，光照越强，反向电流越大。可作为光电检测器件，也可做成光电池。检测方法如下:(1)电阻测量法用万用表R1k挡。(2)电压测量法用万用表直流1V挡。(3)短路电流测量法用万用表50A挡。图1-6光敏二极管电路符号七、二极管的应用及检测方法4.发光二极管5.激光二极

8、管 具有光谐振腔，在正向偏置的情况下，PN结发出的光与谐振腔相互作用，产生激光。宜作为大容量、远距离光纤通信的光源，也可用于小功率光电设备中。图1-7发光二极管a)电路符号b)外形图知识链接二二极管整流电路一、单相桥式整流电路1.工作原理单相桥式整流电路是最常用的整流电路，如图1 8所示。图1-8单相桥式整流电路a)电路图b)波形图一、单相桥式整流电路2.参数计算根据图1 8b可知，输出电压是单向脉动电压，通常用它的平均值表示其大小。二、单相半波整流电路图1-9单相半波整流电路a)电路图b)波形图二、单相半波整流电路 单相整流电路除桥式整流电路外，还有单相半波和全波两种形式。单相半波整流电路如

9、图1-9a所示，波形图如图1-9b所示。根据图1-9可知，在一个工频周期内，负载上得到的是半个正弦波。二、单相半波整流电路流过负载和二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压为三、单相全波整流电路图1-10单相全波整流电路a)电路图b)波形图单相全波整流电路如图1-10a所示，波形图如图1-10b所示。三、单相全波整流电路根据图1-10可知，全波整流电路的输出与桥式整流电路的输出相同。输出平均电压为流过负载的平均电流为二极管所承受的最大反向电压为1)输入(交流)用有效值或最大值。2)整流管正向电流用平均值。3)输出(交直流)用平均值。4)整流管反向电压用最大值。知识链接三滤波电路注意：整流电

10、路中的二极管是作为开关使用的。整流电路中既有交流分量，又有直流分量，通常计算整流二极管的参数时应遵循以下原则:一、电容滤波电路1.电容滤波电路(1)滤波的基本概念滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。图1-11单相桥式电容滤波整流电路一、电容滤波电路(2)电容滤波电路现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。(3)滤波原理在u2的正半周，二极管VD1、VD3导通，变压器二次电压u2给电容器C充电。当u2相位到达/2时，u2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载L放电。以指数规律放电时，起始点的放电速率很大。图1-12桥式整流电容滤波时的电压、电流波形一、电容滤波电

11、路图1-13C不同时的波形(4)电容滤波的计算电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。一、电容滤波电路表1-1电容滤波电路的常用参数二、电感滤波电路图1-14电感滤波电路 利用储能元件电感的电流不能突变的性质，把电感与整流电路的负载L相串联，也可以起到滤波的作用。电感滤波电路如图1-14所示。电感滤波的波形图如图1-15所示。图1-15电感滤波的波形图知识链接四稳压电路一、稳压电路概述一、稳压电路概述 引起输出电压不稳定的原因是负载电流的变化和输入电压的变化，为了输出稳定的直流电压，在整流滤波之后还要加入稳压电路，如图1-16所示。二、硅稳压二极管稳压电路 常用的硅稳压二极管稳压电路如图1-17所示。图1-16加入稳压电路后的直流稳压电源示意图图1-17硅稳压二极管稳压电路二、硅稳压二极管稳压电路1.输入电压变化时的稳压过程输入电压UI的增加，必然引起UO的增加，即UVS增加，从而使IVS增加，IR增加，使UR增加，从而使输出电压UO减小。输入电压变化时的稳压过程可概括如下：二、硅稳压二极管稳压电路2.负载电流变化时的稳压过程 如图1 18所示，负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，即UR增加，从而使UVS=UO减小，IVS减小。IVS的减小必然使IR减小，UR减小，从而使输出电压UO增加。负载电流变化时的稳压过程可概括如下：图1-18稳压二极管组成的稳压电路