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《電子電路分析制作與調(diào)試教學(xué)課件作者李偉英項(xiàng)目１ 直流線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與調(diào)試.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、項(xiàng)目１ 直流線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與調(diào)試１.１ 二極管的特性與應(yīng)用１.２ 二極管整流濾波電路的分析１.３ 穩(wěn)壓電路的分析返回１.１ 二極管的特性與應(yīng)用１.１.１ ＰＮ結(jié)１.半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)圖１－１表示的是由二極管、燈泡、限流電阻、開(kāi)關(guān)及電源等組成的簡(jiǎn)單電路。１）半導(dǎo)體的特性自然界中的各種物質(zhì)，按導(dǎo)電能力可劃分為導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。它具有光敏性、熱敏性和摻雜性。利用光敏性可制成光電二極管和光電三極管及光敏電阻；利用熱敏性可制成各種熱敏電阻；利用摻雜性可制成各種不同性能、
2、不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管等。下一頁(yè)返回１.１ 二極管的特性與應(yīng)用２）半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)在電子器件中，用得最多的材料是硅和鍺，硅和鍺都是４價(jià)元素，原子最外層軌道上具有４個(gè)電子，稱為價(jià)電子。每個(gè)原子的４個(gè)價(jià)電子不僅受自身原子核的束縛，而且還與周?chē)噜彽模磦€(gè)原子發(fā)生聯(lián)系，這些價(jià)電子一方面圍繞自身的原子核運(yùn)動(dòng)，另一方面也時(shí)常出現(xiàn)在相鄰原子所屬的軌道上。這樣，相鄰的原子就被共有的價(jià)電子聯(lián)系在一起，稱為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，如圖１－２所示。當(dāng)溫度升高或受光照時(shí)，由于半導(dǎo)體共價(jià)鍵中的價(jià)電子并不像絕緣
3、體中束縛得那樣緊，價(jià)電子從外界獲得一定的能量，少數(shù)價(jià)電子會(huì)掙脫共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子，同時(shí)在原來(lái)共價(jià)鍵的相應(yīng)位置上留下一個(gè)空位，這個(gè)空位稱為空穴，如圖１－３所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回１.１ 二極管的特性與應(yīng)用由于共價(jià)鍵中出現(xiàn)了空位，在外電場(chǎng)或其他能源的作用下，鄰近的價(jià)電子就可填補(bǔ)到這個(gè)空穴上，而在這個(gè)價(jià)電子原來(lái)的位置上又留下新的空位，以后其他價(jià)電子又可轉(zhuǎn)移到這個(gè)新的空位上，如圖１－４所示。為了區(qū)別于自由電子的運(yùn)動(dòng)，把這種價(jià)電子的填補(bǔ)運(yùn)動(dòng)稱為空穴運(yùn)動(dòng)。通常認(rèn)為空穴是一種帶正電荷的載流子，它所帶電荷數(shù)和電子
4、數(shù)相等，符號(hào)相反。由此可見(jiàn)，本征半導(dǎo)體中存在兩種載流子：電子和空穴。而金屬導(dǎo)體中只有一種載流子———電子。本征半導(dǎo)體在外電場(chǎng)作用下，兩種載流子的運(yùn)動(dòng)方向相反，而形成的電流方向相同，如圖１－５所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回１.１ 二極管的特性與應(yīng)用３）雜質(zhì)半導(dǎo)體（１）Ｎ型半導(dǎo)體。在純凈的半導(dǎo)體硅（或鍺）中摻入微量５價(jià)元素（如磷）后，就可成為Ｎ型半導(dǎo)體，如圖１－６（ａ）所示。在這種半導(dǎo)體中，自由電子數(shù)遠(yuǎn)大于空穴數(shù)，導(dǎo)電以電子為主，故此類(lèi)半導(dǎo)體亦稱為電子型半導(dǎo)體。（２）Ｐ型半導(dǎo)體。在硅（或鍺）的晶體內(nèi)摻入少量３價(jià)元素
5、雜質(zhì)（如硼或銦等）。硼原子只有３個(gè)價(jià)電子，它與周?chē)柙咏M成共價(jià)鍵時(shí)，因缺少一個(gè)電子，在晶體中便產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴與本征激發(fā)產(chǎn)生的空穴都是載流子，具有導(dǎo)電性能。Ｐ型半導(dǎo)體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)如圖１－６（ｂ）所示。在Ｐ型半導(dǎo)體中，空穴數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由電子數(shù)，空穴為多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱為“多子”），自由電子為少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱為“少子”）。導(dǎo)電以空穴為主，故此類(lèi)半導(dǎo)體又稱為空穴型半導(dǎo)體。上一頁(yè)下一頁(yè)返回１.１ 二極管的特性與應(yīng)用２.ＰＮ結(jié)及其單向?qū)щ娞匦裕保校谓Y(jié)的形成單純的一塊Ｐ型半導(dǎo)體或Ｎ型半導(dǎo)體，只能作為一個(gè)電阻元
6、件。但是如果把Ｐ型半導(dǎo)體和Ｎ型半導(dǎo)體通過(guò)一定方法結(jié)合起來(lái)就形成了ＰＮ結(jié)。ＰＮ結(jié)是構(gòu)成半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體晶體管、晶閘管、集成運(yùn)算放大器等眾多半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。最后，多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在Ｐ型半導(dǎo)體和Ｎ型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為ＰＮ結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱為耗盡層。上一頁(yè)下一頁(yè)返回１.１ 二極管的特性與應(yīng)用２）ＰＮ結(jié)的單向?qū)щ娞匦裕ǎ保校谓Y(jié)加正向偏置電壓。Ｐ區(qū)接電源正極，Ｎ區(qū)接電源負(fù)極，這種接法叫正向偏置，形成正向電流。當(dāng)外加正向偏置電壓稍微增加，則正向
7、電流便迅速上升，ＰＮ結(jié)呈現(xiàn)的電阻很小，表現(xiàn)為導(dǎo)通狀態(tài)，如圖１－７（ａ）所示。（２）ＰＮ結(jié)加反向偏置電壓。Ｐ區(qū)接電源負(fù)極，Ｎ區(qū)接電源正極，這種接法叫反向偏置，形成反向電流。由于反向電流的值很小，可以忽略，呈現(xiàn)的電阻很大，表現(xiàn)為截止?fàn)顟B(tài)，如圖１－７（ｂ）所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回１.１ 二極管的特性與應(yīng)用１.１.２ 二極管的特性１.二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)以ＰＮ結(jié)為管芯，在Ｐ區(qū)和Ｎ區(qū)均接上電極引線，并以外殼封裝，就制成了半導(dǎo)體二極管，簡(jiǎn)稱二極管，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖１－８（ａ）所示，圖１－８（ｂ）是二極管的電氣符號(hào)，圖１－
8、８（ｃ）是常見(jiàn)二極管的實(shí)物外形。二極管的結(jié)構(gòu)按ＰＮ結(jié)形成的制造工藝方式可分為點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回１.１ 二極管的特性與應(yīng)用２.二極管的伏安特性二極管具有單向?qū)щ娦?。二極管的單向?qū)щ娦允侵付O管正偏導(dǎo)通、反向截止的特性。當(dāng)二極管的陽(yáng)極電位高于陰極電位時(shí)，外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)的作用一旦完全抵消，可移動(dòng)載流子將順外電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，稱二極管（ＰＮ結(jié)）正向偏置，簡(jiǎn)稱正偏；當(dāng)二極管的陽(yáng)極電位低于陰極電位時(shí)，在外電場(chǎng)的作用下，ＰＮ結(jié)的厚
