项目一 直流稳压电源的制作

1. 项目一 直流稳压电源的制作

4. 任务一 元器件检测及二极管的单向导电性观察 1、了解半导体的基本知识和PN结的形成 2、理解PN结及其单向导电特性、二极管、稳压管的特性 3、掌握二极管在实际中的应用，提高实践能力

5. 自然界中的物质根据导电能力的不同分为导体、绝缘体和半导体。自然界中的物质根据导电能力的不同分为导体、绝缘体和半导体。 常用的导体一般为银、铜、铝等物体；绝缘体为橡胶、塑料、胶木等；导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。 用来制造半导体器件的材料主要是硅(Si)、锗(Ge)和砷化镓(GaAs)等。

6. 半导体材料的特性： 1、光敏性：半导体的导电能力受光照影响。 光照↑导电能力 ↑(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)。 2、热敏性：半导体的导电能力受温度影响。 T°↑ 导电能力↑(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 3、掺杂性：纯净的半导体掺入微量某种杂质导电性会大大增强。 (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）。

7. +4 +4 +4 +4 价电子 +4 一、 本征半导体 本征半导体— 纯净的、结构完整的半导体。如硅、锗单晶体。 共价键 — 相邻原子共有价电子所形成的束缚。 晶体中原子的排列方式 硅(锗)单晶体中的共价键结构 共价键 简化 模型 (共价键中的两个电子)

8. 空 穴 +4 +4 +4 +4 空穴 自 由 电 子 动画演示 空穴可在共 价键内移动 本征半导体中的自由电子和空穴 本征激发：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）。温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。

9. 载流子：自由运动的带电粒子。半导体中的载流子有两种，自由电子和空穴。载流子：自由运动的带电粒子。半导体中的载流子有两种，自由电子和空穴。 复合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。 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。 导电机理： 金属导电：自由电子 半导体导电：自由电子、空穴

10. 两种载流子 两种载流子的运动 自由电子 自由电子(在共价键以外)的运动 空穴(在共价键以内)的运动 空穴 结论： 1. 本征半导体中电子和空穴成对出现，且数量少； 2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电； 3. 本征半导体导电能力弱，并与温度有关。 温度对半导体器件性能影响很大。

11. T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3 1 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3 2 二、杂质半导体 在本征半导体中掺入微量杂质元素，掺杂后的半导体称为杂质半导体。 掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下:

12. +4 +5 +4 +4 +4 +4 按掺入杂质的不同可分为N型半导体和P型半导体。 （一）N 型半导体（电子型半导体）：掺入五价元素 自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。 N 型 电子为多数载流子 空穴为少数载流子 施主 离子 自由电子 磷原子

13. +3 +4 +4 +4 +4 +4 （二）P 型半导体（空穴型半导体）：掺入三价元素 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。 P 型 电子为少数载流子 空穴为多数载流子 空穴 硼原子 受主 离子 注意:杂质半导体中载流子虽有多少之分，由于还有不能移动的杂质离子，因而整个半导体仍呈电中性。

14. 三、PN 结 （一）PN 结的形成 1. 载流子的浓度差引起多子的扩散 内建电场 2. 复合使交界面形成空间电荷区 (耗尽层) 空间电荷区特点: 无载流子， 阻止扩散进行， 利于少子的漂移。 3. 扩散和漂移达到动态平衡 扩散电流 等于漂移电流， 总电流 I = 0。

15. P 区 N 区 限流电阻 IR IF P区 N区 R 内电场  + 外电场 +  U R U （二）PN 结的单向导电性 1. 外加正向电压(正向偏置) 外电场使多子向 PN 结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄。 扩散运动加强形成正向电流 IF 。 内电场 IF = I多子  I少子I多子 外电场 2. 外加反向电压(反向偏置) 外电场使少子背离 PN 结移动，空间电荷区变宽。 漂移运动加强形成反向电流 IR IR = I少子0 PN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大; 反偏截止，电阻很大，电流近似为零。

16. 雪崩击穿 齐纳击穿 （三）PN 结的反向击穿问题 当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反向击穿。 热击穿——不可逆 电击穿 ——可逆

17. 思考与练习： • 1. N型半导体是在本征半导体中掺入极微量的（ ）价元素。这种半导体内的多数载流子为（ ），少数载流子为（ ）。 • P型半导体是在本征半导体中掺入极微量的（ ）价元素。这种半导体内的多数载流子为（ ），少数载流子为（ ）。 • 3. PN结正向偏置时，内、外电场方向（ ）， PN结反向偏置时，内、外电场方向（ ）。 五 自由电子 空穴 三 空穴 自由电子 相反 一致

18. 任务二　半导体二极管的特性及主要参数 一、 二极管的结构与符号 二、 二极管的伏安特性 三、 二极管的主要参数 四、 二极管电路的分析方法

19. 铝合金 小球 正极引线 N 型锗片 正极 引线 负极 引线 PN 结 正极引线 负极引线 金锑 合金 N型锗 P 触丝 外壳 负极引线 底座 N 点接触型 面接触型 P 型支持衬底 集成电路中平面型 一、 半导体二极管的结构 构成： PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管 符号： VD 分类： 点接触型 硅二极管 面接触型 按材料分 按结构分 锗二极管 平面型

20. 不同功能二极管的图形符号不同，下图为： 普通管（检波、整流、开关）、稳压、发光、变容、 光敏（光电）、隧道、触发等二极管的图形符号 二极管的图形符号

21. 二极管的外型 发光 变容 检波 开关 整流

22. 二极管的外型 变容 开关 整流 发光 红外

24. I – + N P U – + N P 正向特性 特点：非线性 反向击穿 电压U(BR) 硅0.7V 锗0.3V 导通压降 IR 反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。 硅管0.5V,锗管0.1V。 二、 二极管伏安特性 死区电压 反向特性 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。

25. 反向击穿类型： 电击穿 — PN 结未损坏，断电即恢复。 热击穿 — PN 结烧毁。 特别注意： 温度对二极管的特性有显著影响。当温度升高时，正向特性曲线向左移，反向特性曲线向下移。 变化规律是：在室温附近，温度每升高1℃，正向压降约减小2～2.5mV，温度每升高10℃，反向电流约增大一倍。

26. IV/ mA 80C 20C 60 40 20 –50 –25 UV / V 0.4 0 – 0.02 温度对二极管特性的影响 T升高时， UV(th)以 (2  2.5) mV/ C 下降

27. IV/ mA IV/ mA 15 60 10 40 5 20 – 50 – 25 –50 –25 0 UV/ V 0.4 0.2 0.4 0 0.8 –0.01 UV / V –0.02 – 0.02 – 0.04 硅管的伏安特性 锗管的伏安特性

28. IV I F U (BR) UV O URM 三、 二极管的主要参数 1.IF —最大整流电流(最大正向平均电流) 2.URM —最高反向工作电压，为 UBR / 2 3.IR—反向饱和电流(越小单向导电性越好) 4.fM —最高工作频率(超过时单向导电性变差)

29. 二极管的单向导电性 1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负 ）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。 2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。 3. 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。 4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。

30. 上 次 课 重 点 内 容 复 习

31. iD I F U (BR) OuD URM 一、两种半导体和两种载流子 与温度有关 本征半导体： 杂质半导体 自由电子（带负电） 两种载流 子的运动 N 型 (多子为电子) 空穴（带正电） P 型(多子为空穴) 二、二极管（由PN结构成） 1. 特性 — 单向导电 正向电阻小(理想为 0)，反向电阻大()。 2. 主要参数 正向 — 最大平均电流IF 最大反向工作电压U(BR)(超过则击穿) IS 反向 — 反向饱和电流IR (IS)(受温度影响)

32. 硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V 否则，正向管压降 二极管电路分析举例 导通截止 定性分析：判断二极管的工作状态 若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。 分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低或所加电压UD的正负。 若 V阳>V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通 若 V阳<V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止

33. a D u1 u2 ～ uo RL b u2 π 2π 3π π 2π 3π 一、二极管整流电路 所谓整流， 就是将交流电变成脉动直流电。 uo 负载端电压波形 变压器输出波形

34. 二、钳位电路 输入A点电位为零，D导通，输出F的电位被钳制在零伏。 若A点电位较高时，D截止，F的电位被钳制在U+。 二极管钳位电路 钳位电路是指能把一个周期信号转变为单向的（只有正向或只有负向）或叠加在某一直流电平上，而不改变它的波形的电路。

35. D A + 3k UAB 6V 12V – B 例1： 电路如图，求：UAB 取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。 V阳=－6 V V阴 =－12 V V阳>V阴 二极管导通 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =－ 6V 否则， UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V 在这里，二极管起钳位作用。

36. O O 正钳位电路 输入波形 输出波形

37. 三、限幅电路 当输入信号电压在一定范围内变化时,输出电压随输入电压相应变化；而当输入电压超出该范围时, 输出电压保持不变, 这就是限幅电路。 ωω当ui>UD时，D1导通，D2截止，uo=UD=+0.7V; 当ui<-UD时，D2导通，D1截止，uo=-UD=-0.7V; 若输入电压ui在±0.7V之间时，D1、D2均截止，uo=ui。 Uo被限幅在±0.7V之间。

38. 下限幅电路 上限幅电路

39. O O O O O O E=0V时 0<E<UmV时 -Um<E<0V时

40. D2 D1 A + 3k UAB 6V 12V – B 例2: 求：UAB 两个二极管的阴极接在一起 取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。 V1阳=－6 V，V2阳=0 V，V1阴= V2阴= －12 V UD1 = 6V，UD2 =12V ∵UD2 >UD1∴D2 优先导通，使VA＝ 0 V则D1截止 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB= 0 V 流过 D2的电流为： 在这里：D2 起钳位作用， D1起隔离作用。 D1承受反向电压为－6 V

41. R 已知： 二极管是理想的，试画出 uo波形。 + + D uo ui 8V – – ui 18V 例3： 参考点 8V ωt 二极管阴极电位为 8 V ui > 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui 动画

42. 四、元器件保护电路 在电子电路中常用二极管来保护其他元器件免受过高电压损害的电路。 二极管的用途： 整流、检波、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。

43. 整流电路 滤波电路 稳压电路 电源变压器 负载 交流电源 220V u1 uo u2 u4 u3 直流稳压电源组成 小功率直流稳压电源的组成 功能：把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压。

44. 整流电路 整流电路的作用: 将交流电压转变为脉动的直流电压。 整流原理： 利用二极管的单向导电性 常见的整流电路： 半波、全波、桥式；单相和三相整流等。 分析时可把二极管当作理想元件处理： 二极管的正向导通电阻为零； 反向截止，电阻为无穷大。

45. io u a 4 + 1 + u uo RL – 3 2 b – uo uD2uD4 t uD t 工作波形 1. 电路结构 一 单相桥式整流电路 动画   － － 2. 工作原理 （1）u正半周：Va>Vb，二极管D1、 D3导通， D2、 D4截止 。

46. io u a 4 + 1 + u uo RL – 3 2 b – uo uD1uD3 t uD t 工作波形 （2）u负半周：Va<Vb，二极管D2、 D4导通， D1、 D3截止 。 －   －

47. ui uo t （3）UO整体波形 可见：与半波整流相比，桥式整流将负半周的波形也传输到了负载，且进行了倒相。能量传输增加了一倍。

48. 4. 参数计算 (1) 整流电压平均值 Uo (2) 整流电流平均值 Io (3) 流过每管电流平均值 ID (4) 每管承受的最高反向电压 UDRM

49. ~ ~ ~ 输入交流电压 ~ ~ ~ + 输出直流电压 ▲ 二极管的选择： 平均电流ID 与最高反向电压UDRM 是选择整流二极管的主要依据。 IFID， URM  UDRM 实际选管时应留有余量： IF1.1ID， URM 1.1 UDRM ▲整流桥块 正确使用： 下一节 上一页 下一页 返 回 上一节

50. 常用的整流桥块