城市轨道交通电工电子基础课件：直流稳压电源的制作

直流稳压电源的制作电工电子基础任务1半导体二极管和三极管的识别和检测01任务2直流稳压电源的制作02任务1半导体二极管和三极管的识别和检测学习活动1半导体二极管的认识学习活动2半导体三极管的认识学习活动3半导体二极管、三极管的识别和检测一、半导体的基本知识半导体：导电能力介乎于导体和绝缘体之间的物质。半导体特性：热敏特性、光敏特性、掺杂特性物质分类（按导电能力）：导体半导体绝缘体

本征半导体就是纯净的不含杂质的半导体。

应用最多的本征半导体为锗和硅，它们各有四个价电子，都是四价元素。硅的原子结构1.本征半导体

（1）本征半导体晶体结构中的共价健结构SiSiSiSi共价键价电子（2）半导体的本征激发和复合现象

本征激发：共价键中的电子在获得一定能量后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子，同时在共价键中留下一个空穴。复合：自由电子在晶体内部运动的过程中，部分自由电子又会在和空穴相遇后，填补空穴，重新成为价电子。空穴SiSiSiSi自由电子（3）半导体的导电方式半导体中有自由电子和空穴两种载流子，这是半导体导电方式的最大特点，也是半导体和金属在导电原理上最本质的区别。SiSiSiSi自由电子空穴2.杂质半导体

（1）N型半导体SiSiP+Si多余电子在本征半导体中，掺入微量磷（或其他五价元素），则原来晶体中的某些硅（或锗）原子被磷原子代替，形成N型半导体。自由电子称为多数载流子（简称多子），空穴称为少数载流子（简称少子）。2.杂质半导体

（2）P型半导体在本征半导体中，掺入微量硼（或其他三价元素），则原来晶体中的某些硅（或锗）原子被硼原子代替，形P型半导体。空穴称为多数载流子（简称多子），自由电子称为少数载流子（简称少子）。SiSiB-Si空穴3.PN结（1）PN结的形成在同一块半导体晶片上，利用不同的掺杂工艺，将其一边制成P型半导体，另一边制成N型半导体，它们的交界面附近会形成一个有特殊性质的区域，称为PN结。浓度差空间电荷区形成内电场

内电场促使少子漂移

多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡，PN结形成。多子的扩散运动由离子形成空间电荷区

3.PN结（2）PN结的单向导电性PN结具有单向导电性，即：正偏导通，反偏截止。二、二极管1.二极管的结构VD二、二极管1.二极管的结构分类按结构分为点接触型、面接触型和平面型2.二极管的伏安特性

死区：死区电压：硅管：0.5伏左右，锗管：0.1伏左右。正向导通区：正向压降：硅管：0.7伏左右，锗管：0.2~0.3伏。（1）正向特性反向截止区：反向饱和电流IR反向击穿区：反向击穿电压UBR（2）反向特性2.二极管的伏安特性3、主要参数（1）最大整流电流IF：二极管长时间使用时，允许流过的最大正向平均电流。（2）

最大反向工作电压URM:

保证二极管不被击穿而允许外加的反向电压最大值。（3）最大反向电流IRM:

二极管上加最大反向工作电压时的反向电流值。（4）最高工作频率fM

二极管正常工作的上限频率。学中练7-1

如图7-10所示电路中，判断硅二极管的工作状态，并计算UO的值。设二极管正向导通压降为0.7V。VDAB解：假定二极管VD断开，则VD左端A点电位和右端B点电位分别为2V和0。接上二极管VD，则VD正偏导通，硅二极管正向导通后，其正向导通压降为0.7V，用一个由阳极指向阴极的0.7V电压源代替。因此，UO=1.3V。一、晶体管的结构NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区E

CBPPNEBCE

CB一、晶体管的结构外形二、晶体管的电流放大作用外部条件：发射结正偏（VB>VE）集电结反偏（VC>VB）。内部条件：1、发射区高掺杂。

2、基区很薄且低掺杂。

3、集电区面积较大。二、晶体管的电流放大作用浓度差形成基极电流

集电区收集自由电子

形成集电极电流发射区向基区注入电子自由电子在基区扩散与复合二、晶体管的电流放大作用基极电流控制集电极电流并实现放大.

直流电流放大系数

交流电流放大系数IE=IC+IB且IC>>IB电流分配关系电流放大系数学中练7-2

已知工作在放大状态的三极管的两个电极上的电流，如图7-13所示。求（1）另一个电极上的电流，并标出其实际方向；（2）确定各管脚的电极，判断三极管的管型；（3）估算三极管的β值。解：（1）因为三极管各电极电流满足基尔霍夫电流定律，即流入和流出三极管的电流大小相等，在图7-13中，1脚和2脚的电流均流入三极管，因此3脚电流必然流出三极管，大小为0.1+4=4.1mA。（2）因3脚电流最大，1脚电流最小，所以3脚为发射极，1脚为基极，2脚为集电极，由于该管发射极电流的实际方向是向外的，因此它是NPN型管。（3）因为IB=0.1mA，IC=4mA，IE=4.1mA，可得β=IC/IB=4/0.1=40三、晶体管的伏安特性曲线1.输入特性曲线iB=f(uBE)|uCE=常数与二极管特性相似2、输出特性iC=f(uCE)|iB=常数

晶体管的输出特性曲线是一组曲线。UCE/V13436912IC/mA10080604020µAIB=002晶体管的输出特性曲线分为三个工作区：（1）放大区（2）截止区（3）饱和区132436912IC/mA10080604020µAIB=00放大区UCE/V（1）放大区（线性区）

输出特性曲线的近似水平部分。特点：条件：发射结正偏、集电结反偏（2）截止区IB=0曲线以下的区域为截止区

对NPN型硅管而言，当UBE〈0.5V时，即已开始截止，为了截止可靠，常使UBE小于等于零。132436912IC/mA10080604020µAIB=00截止区UCE/V特点：IB=0，IC=0等效：BEC条件：发射结、集电结反偏（3）饱和区

当UCE〈UBE时，集电结处于正向偏置，晶体管工作处于饱和状态

在饱和区，IB的变化对IC的影响较小，两者不成比例13436912IC/mA10080604020µAIB=002饱和区UCE/V条件：发射结正偏、集电结正偏等效：BEC特点：UCE很小，IC≠βIB1电流放大系数：共发射极直流放大系数：共发射极交流放大系数注意：两者的含义是不同的，但在特性曲线近于平行等距并且ICEO较小的情况下，两者数值较为接近。在估算时，常用近似关系（1）（2）对于同一型号的晶体管，值有差别，常用晶体管的

值在20-100之间。四、晶体管的主要参数

学中练7-3测得各晶体管在无信号输入时,三个电极相对于”地”的电压如图7-17所示。问哪些管子工作于放大状态,哪些处于截止、饱和状态，哪些管子已经损坏？ECB硅管-3V0V-2.7VECB锗管-0.3V-3V0V解：（1）图7-17a）中的硅管，三个电极对地电压，也就是各点电位分别是VB=-3V，VC=0V，VE=-2.7V。1）判断管型，发射极箭头向外，这是一个NPN型管。2）计算两个PN结的电压UBE=VB-VE=-0.3V发射结反偏UBC=VB-VC=-3V集电结反偏3）因此该三极管处于截止状态解：（2）图7-17b）中的锗管，三个电极对地电压，也就是各点电位分别是VB=-0.3V，VC=-3V，VE=0V。1）判断管型，发射极箭头向内，这是一个PNP型管。2）计算两个PN结的电压UEB=VE-VB=0.3V发射结正偏UCB=VC-VB=-2.7V集电结反偏3）因此该三极管处于放大状态任务2直流稳压电源的制作学习活动1整流电路的认识学习活动2滤波电路的认识学习活动3稳压电路的认识学习活动4直流稳压电源的制作一、直流稳压电源电源变压器整流电路滤波电路稳压电路二、整流电路1、单相半波整流电路（1）电路结构（2）工作原理u2的正半周，D导通，A→D→RL→B，uO=u2

。u2的负半周，D截止，承受反向电压，为u2；uO=0。（3）电路参数1)输出直流电压Uo2)输出直流电流Io3)流过二极管的电流平均值

ID4)二极管承受的最大反向电压URM（3）电路参数2、单相桥式整流电路（1）电路结构（2）工作原理u2的正半周

A→D1→RL→D3→B，uO=u2u2的负半周

B→D2→RL→D4→A，uO=-u2（3）电路参数1)输出直流电压Uo2)输出直流电流Io（3）电路参数3)流过二极管的电流平均值

ID4)二极管承受的最大反向电压URM

交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。

滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性,滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。一、电容滤波电路1.电路结构2.工作原理充电放电速度与正弦波下降速度相似按指数规律下降u2

>uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电，uC

增加，uo=uC=u2

。

u2<uC时，二极管截止，电容通过负载RL

放电，uC按指数规律下降，uo=uC。(T—电源电压的周期)输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间常数

有关。RLC越大

电容器放电越慢

输出电压的平均值Uo越大，波形越平滑。近似估算取：Uo

=1.2U(

桥式、全波）

Uo

=1.0U

（半波）

为了得到比较平直的输出电压3.电路参数二、电感滤波电路1.电路结构

当回路电流减小时，感生电动势的方向阻止电流的减小，从而增大二极管的导通角。电感对直流分量的电抗为线圈电阻，对交流分量的感抗为ωL。适于大电流负载！2.工作原理LuRLuo++––~+C与电容滤波电路比较，LC滤波电路的优点是：外特性比较好，负载对输出电压影响小，电感元件限制了电流的脉动峰值，减小了对整流二极管的冲击。它主要适用于电流较大，要求电压脉动较小的场合。LC滤波电路的直流输出电压平均值和电感滤波电路一样，为U0≈0.9U2

三、复式滤波电路1.LC滤波电路滤波效果比LC滤波电路更好。比LCπ型滤波电路的体积小、成本低。LuRLuo++––~+C2+C1RuRLuo++––~+C2+C12.

π型滤波电路LCπ型滤波电路RCπ型滤波电路一、稳压管稳压电路1.电路结构（1）结构和符号符