电工电子技术(电子技术)第1讲

教学基本要求了解直流稳压电源的基本组成及工作原理；理解解二极管结构、工作原理、特性及整流作用；了解RC滤波电路的工作原理；理解稳压管的特性及其稳压电路的工作原理；了解线性集成稳压电源的工作原理；本章讲授：4学时自学12学时本文档共46页；当前第1页；编辑于星期一\18点17分问题提出：现有一个收音机，需要6V直流稳压电源供电才能正常工作，而现场只提供220v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。？220v6V本文档共46页；当前第2页；编辑于星期一\18点17分直流稳压电源的组成半导体直流电源的原理方框图交流电源负载变压整流滤波稳压ututututut220v6V本文档共46页；当前第3页；编辑于星期一\18点17分主要内容1.1半导体二极管及其整流作用1.2RC滤波电路1.3稳压二极管稳压电路1.4集成三端稳压器稳压电路小结本文档共46页；当前第4页；编辑于星期一\18点17分1.1半导体二极管及整流电路

半导体基本知识半导体二极管二极管整流电路本文档共46页；当前第5页；编辑于星期一\18点17分本征半导体(1)导电能力介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。++SiGe本文档共46页；当前第6页；编辑于星期一\18点17分本征半导体(2)价电子与共价键在本征半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原于结合。每一原子的—个价电子与另一原子的一个价电子组成一个电子对。这对价电子是每两个相邻原子共有的，它们把相邻的原子结合在一起，构成所谓共价键的结构。共价键本文档共46页；当前第7页；编辑于星期一\18点17分本征半导体(3)硅原子共价键价电子价电子受到激发，形成自由电子并留下空穴。半导体中的自由电子和空穴都能参与导电——半导体具有两种载流子。自由电子和空穴同时产生空穴本文档共46页；当前第8页；编辑于星期一\18点17分本征半导体(4)在价电子成为自由电子的同时，在它原来的位置上就出现一个空位，称为空穴。空穴表示该位置缺少一个电子，丢失电子的原子显正电，称为正离子。自由电子又可以回到空穴的位置上，使离子恢复中性，这个过程叫复合。硅原子共价键价电子自由电子与空穴的产生与复合本文档共46页；当前第9页；编辑于星期一\18点17分杂质半导体如果在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素)，这将使掺杂后的半导体(杂质半导体)的导电性能大大增强.

N型半导体

P型半导体本文档共46页；当前第10页；编辑于星期一\18点17分N型半导体(1)在硅或锗晶体中掺入磷(或其它五价元素)。在这种半导体中形成了大量自由电子。这种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N型半导体。SiGe+P=N型本文档共46页；当前第11页；编辑于星期一\18点17分P+多余电子SiSiSiSiSiSiP特点

在N型半导体中电子是多数载流子、空穴是少数载流子。本文档共46页；当前第12页；编辑于星期一\18点17分P型半导体(1)在硅或锗晶体中渗入硼(或其它三价元素)。在半导体中形成了大量空穴，这种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P型半导体。SiGe+B=P型本文档共46页；当前第13页；编辑于星期一\18点17分SiSiSiSiSiSiB+B空穴

掺硼的半导体中，空穴为多数载流子，自由电子是少数载流子，这种半导体称为空穴型半导体或P型半导体本文档共46页；当前第14页；编辑于星期一\18点17分掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:

n

=p

=1.4×1010/cm31

本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm3

3以上三个浓度基本上依次相差106/cm3

。

2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:

n=5×1016/cm3掺杂对半导体导电性的影响本文档共46页；当前第15页；编辑于星期一\18点17分

不论是N型半导体还是P型半导体，都只有一种多数载流子。然而整个半导体晶体仍是电中性的。思考题1：N型半导体中的自由电子多于空穴，P型半导体中的空穴多于自由电子，是否N型半导体带负电，P型半导体带正电？本文档共46页；当前第16页；编辑于星期一\18点17分PN结及其单向导电性(1)如果在半导体中两个区域自由电子和空穴的浓度存在差异，那么载流子将从浓度大的一边向浓度小的一边扩散。PN自由电子空穴扩散扩散由于浓度差引起的载流子运动为扩散运动。相应产生的电流为扩散电流。本文档共46页；当前第17页；编辑于星期一\18点17分PN结及其单向导电性(2)空间电荷区P区N区内电场1.多数载流子的扩散运动将形成耗尽层；

2.耗尽了载流子的交界处留下不可移动的离子形成空间电荷区；（内电场）3.内电场阻碍了多子的继续扩散。本文档共46页；当前第18页；编辑于星期一\18点17分PN结及其单向导电性(3)PN结的形成空间电荷区P区N区对进入空间电荷区的少子，内建电场又将其驱动到对面（漂移运动），在一定温度下，达到动态平衡，形成所谓PN结。这时的扩散电流等于漂移电流。PN结中没有净电流流动。漂移漂移扩散与漂移的动态平衡形成了PN结P型N型++--EPN结本文档共46页；当前第19页；编辑于星期一\18点17分PNPN结及其单向导电性(4)

当外加电场加入后，如果外电场方向与内电场方向一致(即，外加电压正端接N区,负端接P区)，EUPN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，因而不能导电（截止）。本文档共46页；当前第20页；编辑于星期一\18点17分PN结及其单向导电性(5)

当外电场方向与内电场方向相反(即，外加电压正端接P区,负端接N区)，PNEUPN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，因而产生导电现象（导通）。这种只有一种方向导电的现象称为PN结的单向导电性。本文档共46页；当前第21页；编辑于星期一\18点17分1.2半导体二极管二极管的结构二极管的特性二极管的模型二极管的参数本文档共46页；当前第22页；编辑于星期一\18点17分二极管的电路符号与基本结构(1)电路符号如图：阳极阴极D二极管电路符号

根据PN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。符号箭头指示方向为正，色点则表示该端为正极。为了防止使用时极性接错，管壳上标有“”

符号或色点，本文档共46页；当前第23页；编辑于星期一\18点17分引线外壳触丝线基片点接触型PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。二极管的电路符号与基本结构(2)本文档共46页；当前第24页；编辑于星期一\18点17分PN结面接触型PN结面积大，用于工频大电流整流电路。二极管的电路符号与基本结构(3)本文档共46页；当前第25页；编辑于星期一\18点17分

平面型

往往用于集成电路制造艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。二极管的电路符号与基本结构(4)本文档共46页；当前第26页；编辑于星期一\18点17分二极管的电路符号与基本结构(5)本文档共46页；当前第27页；编辑于星期一\18点17分二极管的电路符号与基本结构(6)本文档共46页；当前第28页；编辑于星期一\18点17分二极管的电路符号与基本结构(7)本文档共46页；当前第29页；编辑于星期一\18点17分硅二极管2CP10的V-I特性锗二极管2AP15的V-I

特性正向特性反向特性反向击穿特性二极管的伏安特性试验电路如图：本文档共46页；当前第30页；编辑于星期一\18点17分二极管的伏安特性(1)DiDuD二极管的伏安特性曲线：死区正向导通反向截止反向击穿死区正向导通反向截止反向击穿本文档共46页；当前第31页；编辑于星期一\18点17分二极管的伏安特性(2)DiDuD二极管的伏安特性曲线：死区：对应于二极管开始导通时的外加电压称为“死区电压”。锗管约为0.2V,硅管约0.5V。死区正向导通反向截止反向击穿本文档共46页；当前第32页；编辑于星期一\18点17分二极管的伏安特性(3)DiDuD二极管的伏安特性曲线：正向导通：呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；正向导通电压基本不变，硅管约为0.7V左右，锗管约为0.3V左右；死区正向导通反向截止反向击穿本文档共46页；当前第33页；编辑于星期一\18点17分二极管的伏安特性(4)DiDuD二极管的伏安特性曲线：反向截止：呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流，称为反向饱和电流或漏电流。该电流受温度影响很大。死区正向导通反向截止反向击穿本文档共46页；当前第34页；编辑于星期一\18点17分二极管的伏安特性(5)DiDuD二极管的伏安特性曲线：反向击穿：外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，二极管失去单向导电性，对应的电压称为击穿电压。死区正向导通反向截止反向击穿本文档共46页；当前第35页；编辑于星期一\18点17分二极管的主要参数最大整流电流ICM最高反向电压URM最大反向电流IRM最高工作频率fMuDiD0URMIRMICMUBR本文档共46页；当前第36页；编辑于星期一\18点17分1.3二极管整流电路单相半波整流电路单相全波整流电路单相桥式整流电路整流电路小结本文档共46页；当前第37页；编辑于星期一\18点17分整流电路单相半波整流电路u1u2aTbDRLuou2>0时，二极管导通。

uo=u2bu1u2aTDRLuoiL=0u2<0时，二极管截止。uo=0iL本文档共46页；当前第38页；编辑于星期一\18点17分整流电路参数计算bu1u2aTDRLuo(4)输出电压平均值:(1)输出电压波形：iL(3)最高电压：(2)平均电流:ID=ILuou1U0本文档共46页；当前第39页；编辑于星期一\18点17分整流电路单相全波整流电路u1u2aTbD1RLuoD2u2iL(4)uo平均值：Uo=0.9U2(1)输出电压波形：(3)二极管上承受的最高电压(2)二极管上的平均电流：u1uo本文档共46页；当前第40页；编辑于星期一\18点17分整流电路单相桥式整流电路~RLuo~RLuuoa~TrRLbuuo~RLuuo本文档共46页；当前第41页；编辑于星期一\18点17分整流电路几种常见的硅整流桥外形：+AC-~+~-~+-~本文档共46页