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半導(dǎo)體二極管及其電路分析第1頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四緒論自然界中的兩大類信息,模擬信息和數(shù)字信息都可以通過(guò)物理或化學(xué)的轉(zhuǎn)換方式變成電信號(hào)。數(shù)字信號(hào):在時(shí)間和幅值上都是離散的信號(hào)。對(duì)模擬信號(hào)在一定的時(shí)間間隔上采樣,則模擬信號(hào)在時(shí)間上離散了;對(duì)各采樣值進(jìn)行量化,則采樣信號(hào)幅度也離散了。處理數(shù)字信號(hào)的電子電路稱為數(shù)字電路或數(shù)字邏輯電路。模擬信號(hào):在時(shí)間和幅值上都是連續(xù)的信號(hào)。 處理模擬信號(hào)的電子電路稱為模擬電路。第2頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四溫度傳感(輸入)信號(hào)放大信號(hào)濾波控制執(zhí)行(輸出)功率放大數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)字邏輯電路模數(shù)轉(zhuǎn)換恒溫裝置模擬小信號(hào)電路數(shù)字電路非電子物理系統(tǒng)模擬大信號(hào)電路電子系統(tǒng)電子系統(tǒng)的組成框圖第3頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四模擬電路特點(diǎn)
模擬電子技術(shù)是一門(mén)介紹電子器件、電子電路和電子技術(shù)應(yīng)用的專業(yè)基礎(chǔ)課程,主要研究微小模擬信號(hào)的放大和功率控制等內(nèi)容。將電路理論擴(kuò)展到包含有源器件(晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、集成運(yùn)放等)的電子電路中。概念性、工程性及實(shí)踐性強(qiáng)。第4頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四
目錄第1章半導(dǎo)體二極管及其基本應(yīng)用第2章半導(dǎo)體三極管及其基本應(yīng)用第3章放大電路基礎(chǔ)第4章負(fù)反饋放大電路第5章集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用第6章信號(hào)產(chǎn)生電路第7章直流穩(wěn)壓電源第5頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四功放電路電源部分黑白電視機(jī)電源部分直流穩(wěn)壓電源實(shí)例第6頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四電源變壓器:
將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路:
將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路:
將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:
清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓
uo的穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的組成和功能整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo第7頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四一.半波整流電路u1u2aTbDRLuo+–利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟缍O管等,將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)直流電的電路稱為整流電路。整流電路按輸入電源相數(shù)可分為單相整流電路和三相整流電路,按輸出波形又可分為半波整流電路和全波整流電路。目前廣泛使用的是橋式整流電路。第8頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四二.橋式整流電路u1u2TD3D2D1D4RLuo組成:由四個(gè)二極管組成橋路RLD1D3D2D4u2uou2uo簡(jiǎn)化電路二.橋式整流電路u1u2TD3D2D1D4RLuo第9頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四半導(dǎo)體二極管圖片第10頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四1.2半導(dǎo)體二極管及其特性1.2.1二極管的結(jié)構(gòu)與類型半導(dǎo)體二極管是由PN結(jié)加上引線和管殼構(gòu)成的。二極管類型按制造材料分硅二極管鍺二極管按管子結(jié)構(gòu)分點(diǎn)接觸型面接觸型—PN結(jié)面積很小,結(jié)電容很小,適合于高頻、小電流的場(chǎng)合,如用于高頻檢波及脈沖數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)元件?!狿N結(jié)面積大,結(jié)電容也大,適合于低頻、大電流的場(chǎng)合,多用在低頻整流電路中。第11頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四陽(yáng)極陰極半導(dǎo)體PN結(jié)外殼外殼底座底座陰極陽(yáng)極半導(dǎo)體PN結(jié)點(diǎn)接觸型面接觸型二極管結(jié)構(gòu)二極管符號(hào)箭頭表示正電流的流通方向第12頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四半導(dǎo)體有溫敏、光敏和摻雜等導(dǎo)電特性。根據(jù)物體導(dǎo)電能力,物質(zhì)可劃分導(dǎo)體和絕緣體。導(dǎo)體
絕緣體導(dǎo)電能力用電阻率(或電導(dǎo)率)來(lái)描述:導(dǎo)體<10-4Ω/cm絕緣體>109Ω/cm導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的劃分半導(dǎo)體1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)第13頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四典型的半導(dǎo)體材料
元素 硅(Si)、鍺(Ge)化合物 砷化鎵(GaAs)摻雜元素或化合物 硼(B)、磷(P)半導(dǎo)體材料硅14—1s2,2s2,2p6,3s2,3p2鍺32—1s2,2s2,2p6,3s2,3p6,3d10,4s2,4p2+14原子核電子價(jià)電子硅的原子結(jié)構(gòu)第14頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四晶體結(jié)構(gòu)
半導(dǎo)體材料的原子形成有序的排列,鄰近原子之間由共價(jià)鍵連接,所以半導(dǎo)體是共價(jià)晶體。半導(dǎo)體器件也常稱為晶體管。
單晶與多晶—整塊晶體的晶格取向是否一致晶體與非晶體—原子結(jié)構(gòu)排列是否有序第15頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四1.1.1本征半導(dǎo)體
—純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。須在單晶爐中提煉得到,純凈可達(dá)到99.99999%。每個(gè)原子周圍有四個(gè)相鄰的原子,原子之間通過(guò)共價(jià)鍵緊密結(jié)合在一起。兩個(gè)相鄰原子共用一對(duì)電子。第16頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四本征半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理在外界光照或加熱等情況下,共價(jià)鍵中的價(jià)電子由于獲得一定的能量,其中少數(shù)能夠擺脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子,同時(shí)必然在共價(jià)鍵中留下空位(空穴),這種現(xiàn)象稱為本征(熱)激發(fā)。1.本征激發(fā)由于自由電子帶負(fù)電,而本征半導(dǎo)體對(duì)外體現(xiàn)電中性,所以空穴帶正電。自由電子和空穴是同時(shí)產(chǎn)生,成對(duì)出現(xiàn)的。第17頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四2.復(fù)合在一定的外界條件下,自由電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與空穴相遇,使電子、空穴成對(duì)消失,這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。新的空穴又會(huì)被鄰近的價(jià)電子填補(bǔ)。帶負(fù)電荷的自由電子依次填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng),從效果上看,相當(dāng)于帶正電荷的空穴作相反方向的運(yùn)動(dòng)。
有了空穴,鄰近共價(jià)鍵中的價(jià)電子很容易過(guò)來(lái)填補(bǔ)這個(gè)空穴,這樣空穴便轉(zhuǎn)移到鄰近共價(jià)鍵中。第18頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四
電荷的定向移動(dòng)形成電流,因此本征半導(dǎo)體中有兩種載流子:自由電子和空穴在常溫下,本征半導(dǎo)體中載流子的濃度很低,因此其導(dǎo)電能力很弱。3.載流子及導(dǎo)電能力本征半導(dǎo)體中載流子的濃度,除了與半導(dǎo)體材料本身的性質(zhì)有關(guān)以外,還與溫度有關(guān),而且隨著溫度的升高,基本上按指數(shù)規(guī)律增加。因此,半導(dǎo)體(載流子濃度)對(duì)溫度十分敏感。第19頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體
在本征半導(dǎo)體中人為摻入微量元素作為雜質(zhì),稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。摻雜是為了顯著改變半導(dǎo)體中的自由電子濃度或空穴濃度,以明顯提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。N型半導(dǎo)體
在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入磷、砷等5價(jià)元素,由于這類元素的原子最外層有5個(gè)價(jià)電子,故在構(gòu)成的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中,由于存在多余的價(jià)電子而產(chǎn)生大量自由電子,這種半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電,稱為N型半導(dǎo)體(電子半導(dǎo)體),其中自由電子為多數(shù)載流子,本征(熱)激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子。第20頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四自由電子
多數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱多子)空穴少數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱少子)多余價(jià)電子容易成為自由電子,可以參與導(dǎo)電。提供自由電子后的五價(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子,因此五價(jià)雜質(zhì)原子稱為施主雜質(zhì)。正離子束縛于晶格中,不參與導(dǎo)電。第21頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四P型半導(dǎo)體
在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入硼、鋁等3價(jià)元素,由于這類元素的原子最外層只有3個(gè)價(jià)電子,故在構(gòu)成的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中,由于缺少價(jià)電子而形成大量空穴,這類摻雜后的半導(dǎo)體其導(dǎo)電作用主要靠空穴運(yùn)動(dòng),稱為P型半導(dǎo)體(空穴半導(dǎo)體)。在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子,它主要由摻雜形成;自由電子是少數(shù)載流子,它仍由熱激發(fā)形成。自由電子
多數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱多子)空穴少數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱少子)第22頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四
空位很容易俘獲鄰近四價(jià)原子的價(jià)電子,即在鄰近產(chǎn)生一個(gè)空穴,空穴可以參與導(dǎo)電??瘴环@電子后,使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。
負(fù)離子束縛于晶格中,不參與導(dǎo)電。第23頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四【注】1、無(wú)論是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體都是中性的,對(duì)外不顯電性。
2、摻入的雜質(zhì)元素的濃度越高,多數(shù)載流子的數(shù)量越多,導(dǎo)電性能越好。3、少數(shù)載流子是熱激發(fā)而產(chǎn)生的,其數(shù)量的多少?zèng)Q定于溫度。第24頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四半導(dǎo)體中載流子有擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式。在半導(dǎo)體中,如果載流子濃度分布不均勻,因?yàn)闈舛炔?,載流子將會(huì)從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。載流子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體,另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體,在兩種半導(dǎo)體的交界面處將形成一個(gè)特殊的薄層→
PN結(jié)。1.PN結(jié)的形成1.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦缘?5頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四(1)兩邊的濃度差引起載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)(2)復(fù)合形成內(nèi)電場(chǎng):阻擋擴(kuò)散,促使漂移(3)擴(kuò)散和漂移動(dòng)態(tài)平衡:PN結(jié)(空間電荷區(qū)、耗盡層、勢(shì)壘區(qū)、阻擋層)PN結(jié)的形成過(guò)程硅材料PN結(jié)內(nèi)電位差為0.5~0.7V;鍺材料0.2~0.3V。溫度升高時(shí),PN結(jié)內(nèi)電位差將減小。第26頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四因濃度差空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)
內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移
內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散
多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。平衡PN結(jié)中擴(kuò)散電流和漂移電流大小相等而方向相反,所以外觀PN結(jié)中沒(méi)有電流。多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)
由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)小結(jié)第27頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四1)PN結(jié)加正向偏置電壓(正偏):
—P區(qū)接高電位外加電壓使內(nèi)電場(chǎng)減小導(dǎo)致:阻擋層變窄多子形成的擴(kuò)散電流增加漂移電流減小形成較大的正向電流,PN結(jié)呈現(xiàn)出很小的電阻,稱PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦缘?8頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四
由于在一定的溫度條件下,由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的,故少子形成的漂移電流是恒定的,基本上與所加反向電壓的大小無(wú)關(guān),這個(gè)電流也稱為反向飽和電流。外加電壓使內(nèi)電場(chǎng)增加導(dǎo)致:
阻擋層加寬擴(kuò)散電流進(jìn)一步減小趨于零少子形成的漂移電流居支配地位從電源正極流入N區(qū)的反向電流很小,PN結(jié)呈現(xiàn)出很大的電阻,稱PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。2)PN結(jié)加反向偏置電壓(反偏):
—N區(qū)接高電位第29頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四(1)正向特性2、正向電壓大于死區(qū)電壓后,正向電流隨著正向電壓增大迅速上升。硅管的正向?qū)妷海ǎ眨铮睿┘s為0.6~0.8V,鍺管約為0.1~0.3V。1.2.2二極管的伏安特性1、外加正向電壓較小時(shí),外電場(chǎng)不足以克服內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散的阻力,PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài)。通常死區(qū)(門(mén)檻)電壓硅管約為0.5V,鍺管約為0.2V。12第30頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四(2)反向特性I(mA)正向電流IfU(V)正向反向0.6反向擊穿電壓UBR正向?qū)妷篣D0反向電流ISPN結(jié)V-A特性曲線3、外加反向電壓時(shí),PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài),反向電流很小,且基本不變,稱為反向飽和電流。硅管反向飽和電流為納安(nΑ)數(shù)量級(jí),鍺管的為微安數(shù)量級(jí)。(3)反向擊穿特性4、當(dāng)反向電壓加到一定值(UBR)時(shí),反向電流急劇增加,產(chǎn)生擊穿。43第31頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四雪崩擊穿齊納擊穿電擊穿——可逆強(qiáng)電場(chǎng)將阻擋層內(nèi)中性原子的價(jià)電子直接變?yōu)樽杂呻娮庸β蕮p耗
PN結(jié)溫升高本征激發(fā)加劇反向電流更大連鎖反應(yīng)反向電壓增加少子漂移加快動(dòng)能增加碰撞電離連鎖反應(yīng)擊穿的物理本質(zhì)(1)雪崩擊穿:碰撞電離(2)齊納擊穿:場(chǎng)致激發(fā)(3)熱擊穿:PN結(jié)過(guò)熱—不可逆第32頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四(4)溫度特性
二極管的特性對(duì)溫度很敏感,溫度升高,正向特性曲線向左移,反向特性曲線向下移。其規(guī)律是:在室溫附近,在同一電流下,溫度每升高1℃,正向壓降減小2~2.5mV;溫度每升高10℃,反向電流約增大1倍。第33頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四(1)最大整流電流IF:指管子長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí),允許通過(guò)的最大正向平均電流。工作時(shí)應(yīng)使平均工作電流小于IF,如超過(guò)IF,二極管將過(guò)熱而燒毀。(2)反向擊穿電壓UBR:指管子反向擊穿時(shí)的電壓值。(3)最大反向工作電壓URM:二極管運(yùn)行時(shí)允許承受的最大反向電壓(約為UBR的一半)。(4)最大反向電流IRM:指管子未擊穿時(shí)的反向電流,其值越小,則管子的單向?qū)щ娦栽胶?。?)最高工作頻率fM:主要取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小,結(jié)電容越大,則二極管允許的最高工作頻率越低。1.2.3二極管的主要參數(shù)第34頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四部分國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體高頻二極管參數(shù)表最高反向工作電壓(峰值)V反向擊穿電壓V正向電流
mA反向電流μA最高工作頻率MHZ極間電容
Pf最大整流電流mA2AP120≥40≥2.5≤250150≤1162AP7100≥150≥5.0≤250150≤112參數(shù)型號(hào)部分國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體整流二極管參數(shù)表最大整流電流A最高反向工作電壓(峰值)V最高工作電壓下的反向電流(125度)μA正向壓降(平均值)
V最高工作頻率
MHZ2CZ52A0.1251000≤0.832CZ54D0.514001000≤0.832CZ57F530001000≤0.83參數(shù)型號(hào)第35頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四
1.理想模型2.恒壓降模型正向工作時(shí)二極管導(dǎo)通電壓等于0。反向時(shí),二極管開(kāi)路。一般適用于大信號(hào)工作狀態(tài)。例如邏輯電路。正向?qū)〞r(shí)。相當(dāng)于理想二極管串聯(lián)一個(gè)0.7伏的恒定電壓源。適用于電源電壓較低的電路分析,如模擬電路。1.3二極管應(yīng)用電路第36頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四
二極管電路應(yīng)用舉例(1)VDD=10V理想模型:例1解:第37頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四
恒壓模型(2)VDD=1V時(shí)理想模型恒壓模型結(jié)論理想模型便于計(jì)算,根據(jù)所加電壓Vi選擇模型:當(dāng)Vi較大時(shí),用理想模型;當(dāng)Vi接近VD時(shí),用恒壓模型。第38頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四UIUI<E+0.7vE+0.7
UI≥E+0.7vUO
=E0tUi把輸出幅度限在電平E+0.7v內(nèi)E0tUO輸出電壓小于E+0.7V例2解:限幅電路限幅電路的作用是限制輸出信號(hào)幅度的大小。電路如下:第39頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四例3解:電路如圖所示,設(shè)VA、VB均為理想二極管,當(dāng)輸入電壓UA、UB為0V和5V的不同組合時(shí),求輸出電壓U0的值。由題意知:VA、VB均為理想二極管UAUBVAVBU000導(dǎo)通導(dǎo)通005導(dǎo)通截止050截止導(dǎo)通055導(dǎo)通導(dǎo)通5實(shí)現(xiàn)與邏輯第40頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四例4解:如圖所示硅二極管電路,
(1)畫(huà)出電壓傳輸特性曲線;(2)已知,畫(huà)出ui和uo的波形。由題意知:V1陰極的電位為2V,V2陰極的電位為-4V。當(dāng)ui>2.7V時(shí),V1導(dǎo)通;
V2截止,uo=2.7V當(dāng)-4.7V<ui<2.7V時(shí),V1截止;
V2截止,
uo=ui當(dāng)ui<-4.7V時(shí),V1截止;
V2導(dǎo)通,
uo=-4.7V
第41頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四
根據(jù)得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)則常溫下(T=300K)即二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時(shí),其正向特性可以等效成一個(gè)微變電阻。二極管的小信號(hào)模型第42頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四1.4特殊二極管1.4.1穩(wěn)壓二極管1.符號(hào)及穩(wěn)壓特性(a)符號(hào)(b)伏安特性是一種特殊的面接觸型硅二極管,穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向擊穿狀態(tài),其穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。利用穩(wěn)壓管的反向電流在很大范圍內(nèi)變化,端電壓變化很小的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的作用。第43頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四(1)穩(wěn)定電壓UZ2.穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)
使穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的最小電流,低于此值時(shí)穩(wěn)壓效果較差。工作時(shí)應(yīng)使流過(guò)穩(wěn)壓管的電流大于此值。一般情況是,工作電流較大時(shí),穩(wěn)壓性能較好。但電流要受管子功耗的限制,即:Izmax=Pz/Uz(2)穩(wěn)定電流Iz在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下,所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。(3)最大耗散功率PZM和最大穩(wěn)定電流IZMPZM是在穩(wěn)壓管允許結(jié)溫下的最大功率損耗。IZM是指穩(wěn)壓管允許通過(guò)的最大電流。它們之間的關(guān)系是:PZM=UZIZM第44頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四(4)動(dòng)態(tài)電阻rZ(5)電壓溫度系數(shù)CTrZ是穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓區(qū)時(shí),兩端電壓變化量與電流變化量之比,即rZ=VZ/IZrZ值越小,則穩(wěn)壓性能越好。穩(wěn)壓管溫度變化1℃時(shí),所引起的穩(wěn)定電壓變化的百分比。第45頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四3.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓原理RL↓→IL↑→IR↑→UO↓→Iz↓→IR↓=IL+IzUO↑(1)輸入電壓UI保持不變,當(dāng)負(fù)載電阻RL減小,IL增大時(shí),由于電流在電阻R上的壓降升高,輸出電壓UO將下降。由于穩(wěn)壓管并聯(lián)在輸出端,由伏安特性可看出,當(dāng)穩(wěn)壓管兩端的電壓略有下降時(shí),電流Iz將急劇減小,而IR=IL+Iz,所以IR基本維持不變,R上的壓降也就維持不變,從而保證輸出電壓UO基本不變,即:第46頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四(2)負(fù)載電阻RL不變,當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí),將使UI增加,隨之輸出電壓UO也增大,由穩(wěn)壓管伏安特性可見(jiàn),Iz將急劇增加,則電阻R上的壓降增大,UO=UI-UR,從而使輸出電壓基本保持不變,即:UI↑→UO↑→Iz↑→IR↑→UR↑ UO↓第47頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四限流電阻R的選擇(1)當(dāng)電網(wǎng)電壓最高,即為UImax,且負(fù)載電流最小為時(shí),流過(guò)穩(wěn)壓管的電流最大,其值不應(yīng)超過(guò)Iz
max,即:第48頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四(2)當(dāng)電網(wǎng)電壓最低,即為UImin,且負(fù)載電流最大為時(shí),流過(guò)穩(wěn)壓管的電流最小,其值不應(yīng)低于Iz,即:第49頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四例
穩(wěn)壓電路如圖所示,穩(wěn)壓管為2CW14,其參數(shù)是Uz=6V,Iz=10mA,PzM=200mW。整流濾波輸出電壓UI=15V。
試計(jì)算當(dāng)UI變化±10%,負(fù)載電阻在0.5~2kΩ范圍變化時(shí),限流電阻R值。解:第50頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四即0.29kΩ<R<0.34kΩ,可選R=320Ω,電阻的額定功率第51頁(yè),共57頁(yè),2023年,2月20日,星期四1.4.2發(fā)光二極管符號(hào)及電路發(fā)光二極管LED(LightEmittingDiode)由砷化鎵、磷化鎵等半導(dǎo)體材料組成。當(dāng)LED加正向電壓時(shí),電子與空穴復(fù)合過(guò)程以光的形式放出能量。是一種電變成光的能量轉(zhuǎn)換器件。典型工作電流為10mA左右。不同材料制成的發(fā)光二極管會(huì)發(fā)出不同顏色的光。常用于信號(hào)指示、數(shù)字和字
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