半導(dǎo)體項(xiàng)目一-簡(jiǎn)易直流穩(wěn)壓電源的分析與制作課件

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

2、用特殊的摻雜工藝，在兩側(cè)分別摻入三價(jià)元素和五價(jià)元素，一側(cè)形成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)形成N型半導(dǎo)體，在這兩種半導(dǎo)體交界面上就形成一個(gè)具有特殊導(dǎo)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(dǎo)電特性決定了半導(dǎo)體器件的工作特性，是研究二極管、晶體管等半導(dǎo)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(fù)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(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)。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(fù)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(chǎng)方向相同，加強(qiáng)

3、了內(nèi)電場(chǎng)。 結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，即PN結(jié)加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，加反向電壓時(shí)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(hào)及實(shí)物外形a)基本結(jié)構(gòu)b)電路符號(hào)c)實(shí)物外形 PN結(jié)加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管的基本結(jié)構(gòu)，電路符號(hào)及實(shí)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(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類。(1)點(diǎn)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(dāng)正向電壓低于某一數(shù)值時(shí)，二極管正向電流很??；只有當(dāng)正向電壓高于某一值時(shí)，二極管才有明顯的正向電流，這個(gè)電壓被稱為導(dǎo)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(dǎo)通后的

5、正向壓降為0608V；鍺二極管的死區(qū)電壓約為01V，導(dǎo)通后的正向壓降為0103V。一般認(rèn)為，當(dāng)正向電壓大于UON時(shí)，二極管才導(dǎo)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(shí)，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(shí)，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(duì)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(fù)的溫度系數(shù)。國產(chǎn)二極管型

6、號(hào)的命名方法如下：七、二極管的應(yīng)用及檢測(cè)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?shí)現(xiàn)整流、限幅、鉗位、檢波、保護(hù)、開關(guān)等功能。(1)正向特性測(cè)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(fù)極)接觸二極管的負(fù)極。(2)反向特性測(cè)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(fù)極。圖1-4萬用表簡(jiǎn)易測(cè)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(cè)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(hào)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(shí)應(yīng)串聯(lián)限流電阻。(1)正向測(cè)試與普通二極管類似

7、。(2)反向測(cè)試用R1k擋測(cè)量時(shí)，電阻值一般在10k以上；當(dāng)用R10k擋時(shí)，電阻值迅速下降。圖1-5穩(wěn)壓二極管的外形圖、電路符號(hào)a)外形圖b)電路符號(hào)七、二極管的應(yīng)用及檢測(cè)方法3.光敏二極管 又稱遠(yuǎn)紅外線二極管，其電路符號(hào)如圖16所示，是一種將光能轉(zhuǎn)換成電能的器件。當(dāng)工作在反向無光照時(shí)，與普通二極管一樣，反向電流很小。當(dāng)工作在反向有光照時(shí)，光照越強(qiáng)，反向電流越大。可作為光電檢測(cè)器件，也可做成光電池。檢測(cè)方法如下:(1)電阻測(cè)量法用萬用表R1k擋。(2)電壓測(cè)量法用萬用表直流1V擋。(3)短路電流測(cè)量法用萬用表50A擋。圖1-6光敏二極管電路符號(hào)七、二極管的應(yīng)用及檢測(cè)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(yuǎn)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(hào)b)外形圖知識(shí)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(jì)算根據(jù)圖18b可知，輸出電壓是單向脈動(dòng)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(gè)工頻周期內(nèi)，負(fù)載上得到的是半個(gè)正弦波。二、單相半波整流電路流過負(fù)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(fù)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(shí)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(jì)算整流二極管的參數(shù)時(shí)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(duì)交、直流阻抗的不同，實(shí)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(dǎo)通，變壓器二次電壓u2給電容器C充電。當(dāng)u2相位到達(dá)/2時(shí)，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(fù)載L放電。以指數(shù)規(guī)律放電時(shí)，起始點(diǎn)的放電速率很大。圖1-12橋式整流電容濾波時(shí)的電壓、電流波形一、電容濾波電

11、路圖1-13C不同時(shí)的波形(4)電容濾波的計(jì)算電容濾波的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q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(chǔ)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(fù)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(shí)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(fù)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(shí)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