电子电路分析制作与调试教学课件作者李伟英项目１　直流线性稳压电源的设计与调试.ppt

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1、项目１　直流线性稳压电源的设计与调试１.１　二极管的特性与应用１.２　二极管整流滤波电路的分析１.３　稳压电路的分析返回１.１　二极管的特性与应用１.１.１　ＰＮ结１.半导体的基础知识图１－１表示的是由二极管、灯泡、限流电阻、开关及电源等组成的简单电路。１）半导体的特性自然界中的各种物质，按导电能力可划分为导体、绝缘体、半导体。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。它具有光敏性、热敏性和掺杂性。利用光敏性可制成光电二极管和光电三极管及光敏电阻；利用热敏性可制成各种热敏电阻；利用掺杂性可制成各种不同性能、

2、不同用途的半导体器件，如二极管、三极管、场效应晶体管等。下一页返回１.１　二极管的特性与应用２）半导体的共价键结构在电子器件中，用得最多的材料是硅和锗，硅和锗都是４价元素，原子最外层轨道上具有４个电子，称为价电子。每个原子的４个价电子不仅受自身原子核的束缚，而且还与周围相邻的４个原子发生联系，这些价电子一方面围绕自身的原子核运动，另一方面也时常出现在相邻原子所属的轨道上。这样，相邻的原子就被共有的价电子联系在一起，称为共价键结构，如图１－２所示。当温度升高或受光照时，由于半导体共价键中的价电子并不像绝缘

3、体中束缚得那样紧，价电子从外界获得一定的能量，少数价电子会挣脱共价键的束缚，成为自由电子，同时在原来共价键的相应位置上留下一个空位，这个空位称为空穴，如图１－３所示。上一页下一页返回１.１　二极管的特性与应用由于共价键中出现了空位，在外电场或其他能源的作用下，邻近的价电子就可填补到这个空穴上，而在这个价电子原来的位置上又留下新的空位，以后其他价电子又可转移到这个新的空位上，如图１－４所示。为了区别于自由电子的运动，把这种价电子的填补运动称为空穴运动。通常认为空穴是一种带正电荷的载流子，它所带电荷数和电子

4、数相等，符号相反。由此可见，本征半导体中存在两种载流子：电子和空穴。而金属导体中只有一种载流子———电子。本征半导体在外电场作用下，两种载流子的运动方向相反，而形成的电流方向相同，如图１－５所示。上一页下一页返回１.１　二极管的特性与应用３）杂质半导体（１）Ｎ型半导体。在纯净的半导体硅（或锗）中掺入微量５价元素（如磷）后，就可成为Ｎ型半导体，如图１－６（ａ）所示。在这种半导体中，自由电子数远大于空穴数，导电以电子为主，故此类半导体亦称为电子型半导体。（２）Ｐ型半导体。在硅（或锗）的晶体内掺入少量３价元素

5、杂质（如硼或铟等）。硼原子只有３个价电子，它与周围硅原子组成共价键时，因缺少一个电子，在晶体中便产生一个空穴。这个空穴与本征激发产生的空穴都是载流子，具有导电性能。Ｐ型半导体共价键结构如图１－６（ｂ）所示。在Ｐ型半导体中，空穴数远远大于自由电子数，空穴为多数载流子（简称为“多子”），自由电子为少数载流子（简称为“少子”）。导电以空穴为主，故此类半导体又称为空穴型半导体。上一页下一页返回１.１　二极管的特性与应用２.ＰＮ结及其单向导电特性１）ＰＮ结的形成单纯的一块Ｐ型半导体或Ｎ型半导体，只能作为一个电阻元

6、件。但是如果把Ｐ型半导体和Ｎ型半导体通过一定方法结合起来就形成了ＰＮ结。ＰＮ结是构成半导体二极管、半导体晶体管、晶闸管、集成运算放大器等众多半导体器件的基础。最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为ＰＮ结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称为耗尽层。上一页下一页返回１.１　二极管的特性与应用２）ＰＮ结的单向导电特性（１）ＰＮ结加正向偏置电压。Ｐ区接电源正极，Ｎ区接电源负极，这种接法叫正向偏置，形成正向电流。当外加正向偏置电压稍微增加，则正向

7、电流便迅速上升，ＰＮ结呈现的电阻很小，表现为导通状态，如图１－７（ａ）所示。（２）ＰＮ结加反向偏置电压。Ｐ区接电源负极，Ｎ区接电源正极，这种接法叫反向偏置，形成反向电流。由于反向电流的值很小，可以忽略，呈现的电阻很大，表现为截止状态，如图１－７（ｂ）所示。上一页下一页返回１.１　二极管的特性与应用１.１.２　二极管的特性１.二极管的结构和符号以ＰＮ结为管芯，在Ｐ区和Ｎ区均接上电极引线，并以外壳封装，就制成了半导体二极管，简称二极管，其内部结构如图１－８（ａ）所示，图１－８（ｂ）是二极管的电气符号，图１－

8、８（ｃ）是常见二极管的实物外形。二极管的结构按ＰＮ结形成的制造工艺方式可分为点接触型、面接触型和平面型等。上一页下一页返回１.１　二极管的特性与应用２.二极管的伏安特性二极管具有单向导电性。二极管的单向导电性是指二极管正偏导通、反向截止的特性。当二极管的阳极电位高于阴极电位时，外电场与内电场的作用一旦完全抵消，可移动载流子将顺外电场方向运动，称二极管（ＰＮ结）正向偏置，简称正偏；当二极管的阳极电位低于阴极电位时，在外电场的作用下，ＰＮ结的厚