电工电子技术(电子技术)——专题11

1、专题一专题一直流稳压电源直流稳压电源电工电子学电工电子学()问题提出：问题提出： 现有一个收音机，需要现有一个收音机，需要6 6V直流稳压电源供电才能正直流稳压电源供电才能正常工作，而现场只提供常工作，而现场只提供220220v交流工频电源插孔，怎交流工频电源插孔，怎样才能为收音机提供正常工作的电源。样才能为收音机提供正常工作的电源。？220220v6V6V电工电子学电工电子学()直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成 半导体直流电源的原理方框图半导体直流电源的原理方框图交流电源负载 变压变压整流整流滤波滤波稳压稳压ututututut220220v6V6V 主要内容 第1讲 二极管及二极管的应

2、用 第2讲 直流稳压电源电路电工电子学电工电子学()知识要点知识要点 1.1 1.1 半导体二极管及其整流作用半导体二极管及其整流作用 1.2 RC1.2 RC滤波电路滤波电路 1.3 1.3 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路 1.4 1.4 集成三端稳压器稳压电路集成三端稳压器稳压电路 小结小结第1讲二极管及二极管的应用电工电子学电工电子学()1.1 1.1 半导体二极管及整流电路半导体二极管及整流电路 半导体基本知识半导体基本知识 半导体二极管半导体二极管 二极管整流电路二极管整流电路电工电子学电工电子学()本征半导体本征半导体(1)(1)n导电能力介于导体和绝缘体之间的材料称为导电能

3、力介于导体和绝缘体之间的材料称为半半导体导体。最常用的半导体为硅。最常用的半导体为硅(Si)(Si)和锗和锗(Ge)(Ge)。+SiGe电工电子学电工电子学()本征半导体本征半导体(2)(2) 价电子与共价键价电子与共价键n在本征半导体的晶体结构中，在本征半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原每一个原子与相邻的四个原于结合，构成于结合，构成共价键共价键的结构。的结构。共价键共价键电工电子学电工电子学()本征半导体本征半导体(3)(3)硅原子硅原子共价键共价键价电子价电子价电子受到价电子受到激发激发，形成自，形成自由电子并留下空穴。由电子并留下空穴。半导体中的自由电子和空半导体中的自由电子

4、和空穴都能参与导电穴都能参与导电半导半导体具有两种载流子。体具有两种载流子。自由电子和空穴自由电子和空穴同时产生同时产生空穴空穴电工电子学电工电子学()本征半导体本征半导体(4)(4)n自由电子又可以回到自由电子又可以回到空穴的位置上，这个空穴的位置上，这个过程叫复合。过程叫复合。硅原子硅原子共价键共价键价电子价电子电工电子学电工电子学()杂质半导体杂质半导体 如果在本征半导体中掺入微量的杂质如果在本征半导体中掺入微量的杂质( (某种元素某种元素) )，将使掺杂后的半导体，将使掺杂后的半导体( (杂质半导体杂质半导体) )的导电性能的导电性能大大增强。大大增强。 N N型半导体型半导体 P P

5、型半导体型半导体电工电子学电工电子学()N N型半导体型半导体(1)(1) 在硅或锗晶体中掺入磷在硅或锗晶体中掺入磷( (或其它五价元素或其它五价元素) )； 形成大量自由电子；形成大量自由电子； 以自由电子导电作为主要导电方式的半导体称为电以自由电子导电作为主要导电方式的半导体称为电子型半导体或子型半导体或N N型半导体。型半导体。SiGe+P= =N型型电工电子学电工电子学()P+多余多余电子电子SiSiSiSiSiSiP特点特点电子是多数载流子、空穴是少数载流子。电子是多数载流子、空穴是少数载流子。 电工电子学电工电子学()P P型半导体型半导体(1)(1) 在硅或锗晶体中渗入硼在硅或锗

6、晶体中渗入硼( (或其它三价元素或其它三价元素) )； 在半导体中形成了大量空穴；在半导体中形成了大量空穴； 以空穴导电作为主要导电方式的半导体称为空穴半导以空穴导电作为主要导电方式的半导体称为空穴半导体或体或P P型半导体。型半导体。SiGe+B= =P型型电工电子学电工电子学()SiSiSiSiSiSiB+B空穴空穴空穴为多数载流子，自由电子是少数载流子。空穴为多数载流子，自由电子是少数载流子。电工电子学电工电子学()掺入杂掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大的影响质对本征半导体的导电性有很大的影响 T T=300 K=300 K室温下室温下, ,本征硅的电子和空穴浓度本征硅的电子和空穴浓

7、度: : n = = p =1.4=1.410101010/cm/cm3 31 1 本征硅的原子浓度本征硅的原子浓度: : 4.964.9610102222/cm/cm3 3 3 3以上三个浓度基本上依次相差以上三个浓度基本上依次相差10106 6/cm/cm3 3 。 2 2掺杂后掺杂后 N N 型半导体中的自由电子浓度型半导体中的自由电子浓度: : n= =5 510101616/cm/cm3 3掺杂掺杂对半导体导电性的影响对半导体导电性的影响电工电子学电工电子学() 不论是不论是N N型半导体还是型半导体还是P P型半导体，都只有一种多型半导体，都只有一种多数载流子。然而整个半导体晶体仍

8、是电中性的。数载流子。然而整个半导体晶体仍是电中性的。 思考题思考题1 1： N N型半导体中的自由电子多于空穴，型半导体中的自由电子多于空穴，P P型半导体中的型半导体中的空穴多于自由电子，是否空穴多于自由电子，是否N N型半导体带负电，型半导体带负电，P P型半型半导体带正电？导体带正电？电工电子学电工电子学()PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性(1)(1)PN自由电子自由电子空穴空穴扩散扩散扩散扩散由于浓度差引起的载流子由于浓度差引起的载流子运动为运动为扩散运动扩散运动。相应产。相应产生的电流为生的电流为扩散电流扩散电流。电工电子学电工电子学()PNPN结及其单向导电性结及其单向导

9、电性(2)(2)P P区区N N区区内电场内电场1.1.多数载流子的扩散运动将形成耗尽层；多数载流子的扩散运动将形成耗尽层； 2.2.耗尽层留下不可移动的离子形成空间电荷区；（内电场）耗尽层留下不可移动的离子形成空间电荷区；（内电场） 3. 3.内电场阻碍多子的继续扩散。内电场阻碍多子的继续扩散。电工电子学电工电子学()PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性(3)(3) PNPN结的形成结的形成P区区N区区内电场促进少子的内电场促进少子的漂移运动；漂移运动；漂移漂移漂移漂移扩散与漂移扩散与漂移P型型N型型+- - -EPN结结电工电子学电工电子学()PNPNPN结及其单向导电性结及其单向导电

10、性(4)(4) 反偏：外电场方向与内电场方向一致反偏：外电场方向与内电场方向一致 ( ( 即，外加即，外加电压正端接电压正端接 N N 区区, , 负端接负端接 P P 区区) )，EUPN结加反向偏压，不导电（截止）结加反向偏压，不导电（截止） 内建电场得到加强，空间电荷区加宽，载流子更难通过，内建电场得到加强，空间电荷区加宽，载流子更难通过，因而不能导电（截止）。因而不能导电（截止）。电工电子学电工电子学()PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性(5)(5) 正偏：外电场方向与内电场方向相反正偏：外电场方向与内电场方向相反 ( ( 即，外加电即，外加电压正端接压正端接P P区区, , 负

11、端接负端接N N区区) )，PNEUPN结加正向偏压，导电（导通）结加正向偏压，导电（导通） 内建电场受到削弱，空间电荷区变窄，载流子易于通过，内建电场受到削弱，空间电荷区变窄，载流子易于通过，因而产生导电现象（导通）。因而产生导电现象（导通）。称为称为PN结的单向导电性。结的单向导电性。电工电子学电工电子学()1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管 二极管的结构二极管的结构 二极管的特性二极管的特性 二极管的模型二极管的模型 二极管的参数二极管的参数电工电子学电工电子学()二极管的电路符号与基本结构二极管的电路符号与基本结构(1)(1)电路符号如图：电路符号如图：阳极阳极阴极阴极D二极管电

12、路符号二极管电路符号 根据根据PNPN结的单向导电性，二极管只有当阳极电结的单向导电性，二极管只有当阳极电位高于阴极电位时，才能按箭头方向导通电流。位高于阴极电位时，才能按箭头方向导通电流。电工电子学电工电子学()引线引线外壳外壳触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型 PN PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电用于检波和变频等高频电路。路。二极管的电路符号与基本结构二极管的电路符号与基本结构(2)(2)电工电子学电工电子学()PN结结面接触型面接触型 PN PN结面积大，用于结面积大，用于工频大电流整流电路。工频大电流整流电路。二极管的电路符号与基本结构二极管的电路

13、符号与基本结构(3)(3)电工电子学电工电子学() 平面型平面型阴阴极极引引线线阳阳极极引引线线PNP型型支支持持衬衬底底 往往用于集成电路制造艺往往用于集成电路制造艺中。中。PN PN 结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。二极管的电路符号与基本结构二极管的电路符号与基本结构(4)(4)电工电子学电工电子学()二极管的电路符号与基本结构二极管的电路符号与基本结构(5)(5)电工电子学电工电子学()二极管的电路符号与基本结构二极管的电路符号与基本结构(6)(6)电工电子学电工电子学()二极管的电路符号与基本结构二极管的电路符号与基本结构(7)(7)

14、电工电子学电工电子学() + iD uD - R 0 D/V0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 405101520 10 20 30 40iD/ AiD/mA死区死区VthVBR硅二极管硅二极管2CP102CP10的的V-I V-I 特性特性0 D/V0.2 0.4 0.6 20 40 605101520 10 20 30 40iD/ AiD/mAVthVBR锗二极管锗二极管2AP152AP15的的V-IV-I 特性特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向击穿特性反向击穿特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性试验电路如图：试验电路如图：电工电子学电工电子学()二极管的伏安特性二极管

15、的伏安特性(1)(1)iDOVBR DDiDuD死区死区正向导通正向导通反向截止反向截止反向击穿反向击穿电工电子学电工电子学()二极管的伏安特性二极管的伏安特性(2)(2)iDOVBR DDiDuD：对应于二极管开始对应于二极管开始导通时的外加电压称为导通时的外加电压称为 “死区电压死区电压”。锗管约为。锗管约为0.2V, 硅管约硅管约0.5V。死区死区正向导通正向导通反向截止反向截止反向击穿反向击穿电工电子学电工电子学()二极管的伏安特性二极管的伏安特性(3)(3)iDOVBR DDiDuD呈现低电阻，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；具有较大的正向扩散电流；正向导通电压基本不变，硅正向导

16、通电压基本不变，硅管约为管约为0.7V0.7V左右，锗管约为左右，锗管约为0.3V0.3V左右；左右；死区死区正向导通正向导通反向截止反向截止反向击穿反向击穿电工电子学电工电子学()二极管的伏安特性二极管的伏安特性(4)(4)iDOVBR DDiDuD呈现高电阻，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流，具有很小的反向漂移电流，称为称为反向饱和电流反向饱和电流或或漏电流漏电流。该电流受温度影响很大。该电流受温度影响很大。死区死区正向导通正向导通反向截止反向截止反向击穿反向击穿电工电子学电工电子学()二极管的伏安特性二极管的伏安特性(5)(5)iDOVBR DDiDuD外加反向电外加反向电压超过某一数

17、值时，反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，二极管失去流会突然增大，二极管失去单向导电性，对应的电压称单向导电性，对应的电压称为为击穿电压击穿电压。死区死区正向导通正向导通反向截止反向截止反向击穿反向击穿电工电子学电工电子学()二极管的主要参数二极管的主要参数 最大整流电流最大整流电流ICM 最高反向电压最高反向电压URM 最大反向电流最大反向电流IRM 最高工作频率最高工作频率 fMuDiD0URMIRMICMUBR电工电子学电工电子学()1.3 1.3 二极管整流电路二极管整流电路 单相半波整流电路单相半波整流电路 单相全波整流电路单相全波整流电路 单相桥式整流电路单相桥式整流电路

18、整流电路小结整流电路小结电工电子学电工电子学()整流电路整流电路 单相半波整流电路单相半波整流电路u1u2aTbDRLuou2 0 时，二极管时，二极管导通。导通。 uo=u2bu1u2aTDRLuoiL=0u20 时时D1,D3导通导通D2,D4截止截止A D1RLD3Bu20 时时D2,D4导通导通D1,D3截止截止B D2RLD4A输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！电工电子学电工电子学()Uo整流电路整流电路 单相桥式整流电路u2D4D2D1D3RLuoABt0uU2TUUtdtUUo9 . 022)(sin210(2) (2) 二极管上承受的最高二极管上承受的最高反向电压反向电压22UUDRM (1)(1)二极管上的平均电流二极管上的平均电流LDII21(3) (3) uo平均值：平均值：iLiLiD电工电子学电工电子学()整流电路整流电路1.1.整流输出电压平均值整流输出电压平均