模擬電子技術(shù)第1章課件

1、第1章半導體二極管及其應用 1.1.1本征半導體 半導體 半導體是導電能力介于導體和絕緣體之間的物質(zhì)，常用的半導體材料主要有硅（Si）、鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）等，其中最常用的是硅材料。 本征半導體 純凈的具有單晶結(jié)構(gòu)的半導體稱為本征半導體。1.1半導體基礎(chǔ)知識 本征激發(fā) 當溫度升高或受到光線照射時，某些價電子由于獲得了足夠的能量，掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子，產(chǎn)生電子空穴對的現(xiàn)象。常溫下，本征激發(fā)載流子的濃度很低，導電能力很差。 載流子 借以導電的帶電離子。半導體中的載流子有帶負電荷的自由電子和帶正電荷的空穴兩種。 復合 自由電子和空穴在運動中相遇時會重新結(jié)合而成對消失的現(xiàn)象。 漂移

2、運動 半導體中的自由電子和空穴兩種載流子在電場的作用下產(chǎn)生的定向運動。 擴散運動 半導體中的自由電子和空穴兩種載流子在濃度差的作用下產(chǎn)生的定向運動。 1.1.2雜質(zhì)半導體 在本征半導體中摻入少量合適的雜質(zhì)元素后生成的半導體。根據(jù)摻入雜質(zhì)元素不同，可分為電子（N）型半導體和空穴（P）型半導體兩大類。 N型半導體 摻入五價元素的雜質(zhì)（如磷），形成的電子型半導體。N型半導體中，自由電子為多數(shù)載流子（簡稱多子），空穴為少數(shù)載流子（簡稱少子）。 P型半導體 摻入三價元素的雜質(zhì)（如硼），形成的空穴型半導體。P型半導體中空穴為多數(shù)載流子 （簡稱多子），自由電子為少數(shù)載流子（簡稱少子）。 雜質(zhì)半導體中載流子和

3、雜質(zhì)離子結(jié)構(gòu)的簡易畫法，如圖1.1.3所示。必須指出：雜質(zhì)離子雖然帶電荷，但由于在晶格中而不能移動，因此它不是載流子；雜質(zhì)半導體中雖然有一種載流子占多數(shù)，但整個半導體仍呈電中性。 1.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娞匦?1、PN結(jié) 在同一塊本征半導體的基片（如硅片）中，P型（P區(qū)）半導體和N型（N區(qū)）半導體由于載流子濃度的差異產(chǎn)生的擴散運動，使P區(qū)與N區(qū)交界面附近形成的由不能移動的正、負離子構(gòu)成的空間電荷區(qū)。因為空間電荷區(qū)的多數(shù)載流子已擴散并復合掉了，或者說被耗盡了又稱為耗盡層；因為空間電荷區(qū)的電阻率很高，故又稱為高電阻區(qū)；空間電荷區(qū)建立的內(nèi)電場將阻止多子的擴散運動（同時內(nèi)電場會促進少子的漂移運動）

4、，因此空間電荷區(qū)又稱為阻擋層。 當擴散運動和漂移運動相抵，達到動態(tài)平衡時，空間電荷區(qū)的寬度和內(nèi)電場的強度就確定了，PN結(jié)就形成了。 2、PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?PN結(jié)沒有外加電壓時，PN結(jié)保持平衡，流過PN結(jié)的總電流為零。在PN結(jié)兩端外加電壓的作用下，PN結(jié)原來的平衡狀態(tài)將被改變。加在PN結(jié)上的外加電壓稱為偏置電壓，若P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負極，稱為正向偏置，簡稱正偏；反之，則稱為反向偏置，簡稱反偏。 （1）PN結(jié)正向偏置 當P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負極，PN結(jié)正偏電壓增加至一定數(shù)值后，多子的擴散運動通過外加電源回路形成的正向電流將顯著增加，此時，PN結(jié)呈現(xiàn)的電阻很小，稱為正向?qū)顟B(tài)。為

5、了防止正向電流過大而損壞PN結(jié)，正偏時應在回路中串接適當大小的限流電阻。 （2）PN結(jié)反向偏置 當P區(qū)接電源負極，N區(qū)接電源正極，PN結(jié)反偏時，少子的漂移運動通過外加電源回路形成很?。ㄒ话銥槲布墸┑姆聪螂娏鳎ǚ聪螂娏鲙缀醪浑S外加電壓而變化，故又稱為反向飽和電流），此時，PN結(jié)呈現(xiàn)的電阻很大，稱為反向截止狀態(tài)。由于少數(shù)載流子是本征激發(fā)產(chǎn)生的，本征激發(fā)與溫度有關(guān)，所以反向電流的大小與溫度有關(guān)。 綜上所述，PN結(jié)在外加電場的作用下，正偏導通，反偏截止，具有單向?qū)щ姷奶匦浴?.2半導體二極管 1.2.1二極管的結(jié)構(gòu)及符號 把按一定工藝要求制作形成的PN結(jié)的P區(qū)和N區(qū)分別用電極引線引出，并以外殼封裝，

6、就制成了半導體二極管（或稱晶體二極管，以下簡稱二極管），其外部形像如圖1.2.1（a）所示；幾種常用的二極管的外形如圖1.2.1（b）所示；二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1.2.1（c）所示；二極管的電路符號如圖1.2.1（d）所示，文字符號用D表示。從P區(qū)接出的引線稱為二極管的陽極（A）或正極（），從N區(qū)接出的引線稱為二極管的陰極（K）或負極（-）。二極管電路符號中的三角箭頭表示二極管正向?qū)〞r正向電流的流通方向。 二極管的種類很多，常用的半導體二極管按制造材料分，有硅二極管和鍺二極管等；按用途分，有整流二極管、穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管等；按結(jié)構(gòu)分，有點接觸型二極管和面接觸型二極管等。 1.

7、2.2二極管的伏安特性 一個PN結(jié)封裝后就是一個二極管，理論證明，由理想指數(shù)模型構(gòu)成的PN結(jié)，其伏安特性可表示為： 式中，iD為通過PN結(jié)的電流，方向從陽極指向陰極；vD為PN結(jié)兩端的外加電壓，方向從陽極指向陰極；VT為溫度的電壓當量，VTkT/q，k為波耳茲曼常數(shù)（1.3810-23J/K），T為熱力學溫度，0273.16K，q為電子電荷（1.610-19C）；室溫即T300K時，VT26mV；e為自然對數(shù)的底，e2.718；Is為反向飽和電流，分立器件典型值約為10-810-14A。 實際二極管的伏安特性曲線一般都是通過實測得到的，如圖1.2.3所示。它與由式（1.2.1）描繪的特性基本上

8、是相同的。因此測量精度越高，伏安特性曲線越逼近實際器件的特性。 1、正向特性 對應于圖1.2.3的第段為正向特性。當二極管兩端所加的正向電壓vD（方向從陽極指向陰極）較小時，正向電流幾乎為零，二極管呈現(xiàn)的電阻較大，這個區(qū)域通常稱為死區(qū)。 當二極管兩端的正向電壓vD超過一定數(shù)值VD(th) 時，流過二極管的電流iD將隨外加電壓的微小增加迅速增長，二極管正向?qū)āD(th) 叫做門坎電壓或閥值電壓，在室溫下，小功率硅管約為0.5V，小功率鍺管約為0.1V。正常使用，在二極管所能承受的電流范圍內(nèi)，二極管的正向?qū)▔航礦F很小，硅管約為0.60.8V，鍺管約為0.20.3V，且?guī)缀蹙S持恒定不變，工程

9、上一般取硅管為0.7V，鍺管為0.2V。并用符號VD(on) 表示，稱為正向?qū)▔航怠?2、反向特性 對應于圖1.2.3的第段為反向特性。二極管在反向電壓作用下，形成很小且基本與反向電壓的大小無關(guān)的反向飽和電流。一般硅管的反向電流比鍺管小得多，小功率的硅管的反向飽和電流在nA數(shù)量級，小功率的鍺管在A數(shù)量級。溫度升高時，反向飽和電流也隨之增加。 由正向及反向特性可直觀地看出：（1）二極管是非線性器件；（2）二極管具有單向?qū)щ娞匦裕O管兩端的外加電壓大于閥值電壓時導通，小于閥值電壓時截止。 3、反向擊穿特性 當反向電壓增加到一定數(shù)值VBR時，反向電流劇增，二極管呈現(xiàn)反向擊穿狀態(tài)，這實際上就是二極

10、管中的PN結(jié)被反向擊穿了，如圖1.2.3的第段所示。由于PN結(jié)已被擊穿，故此段的伏安特性不適用于式（1.2.1）。 4、溫度對二極管特性的影響 二極管的伏安特性對溫度很敏感，溫度升高時，二極管的正向特性曲線向左移動，相對于同一正向電流的正向壓降減小；反向特性曲線向下移動，反向電流增大，如圖1.2.4所示。變化的規(guī)律是：在室溫附近，iD一定時，溫度每升高1，正向壓降約減小2.5mV；溫度每升高10，反向電流約增大一倍。若溫度過高，可能導致PN結(jié)失去單向?qū)щ姷奶匦浴?.2.3二極管的主要參數(shù)器件的參數(shù)是器件特性的定量描述，是合理選擇和正確使用器件的依據(jù)。二極管有以下一些主要參數(shù)：1、最大整流電流I

11、FIF指管子長期工作時，允許通過的最大正向平均電流，若超過此值，有可能燒壞二極管。2、最高反向工作電壓VRMVRM指二極管工作時所允許施加在二極管兩端的最高反向電壓，若超過此值二極管就有可能被反向擊穿。3、反向電流IRIR是在室溫下，二極管未被擊穿時的反向電流值。 4、結(jié)電容Cj 結(jié)電容Cj是反映二極管中PN結(jié)電容效應的參數(shù)。PN結(jié)的高頻等效電路如圖1.2.5所示，其中rd表示PN結(jié)的結(jié)電阻，Cj表示結(jié)電容。 5、最高工作頻率fM fM主要由PN結(jié)電容的大小決定。二極管的工作頻率超過此值時，二極管可能失去單向?qū)щ娦浴?二極管的主要參數(shù)可以從器件手冊上查到，特別要注意的是二極管工作時其電路參數(shù)不

12、要超過最大整流電流和最高反向工作電壓，否則二極管容易損壞。另外，手冊上所給參數(shù)是在一定的測試條件下測得的，使用時要注意這些條件。若條件改變，相應的參數(shù)值也會發(fā)生變化。另外，由于制造工藝的限制，即使是同一型號的器件，參數(shù)的離散性也很大，手冊上常給出參數(shù)的范圍。 表1.2.1列出了幾種二極管的典型參數(shù)，以供參考。1.3二極管電路的分析方法 1.3.1二極管的電路模型 二極管是一種非線性器件，在工程分析計算中，通常是根據(jù)電路的不同的工作條件和要求，在分析計算精度允許的條件下，把非線性的二極管轉(zhuǎn)化為不同的線性電路模型來描述，從而使分析計算變得簡單明了。 1、理想模型 當二極管的正向壓降和正向電阻與外接

13、電路的等效電壓和等效電阻相比較均可忽略時，可用圖1.3.1（a）與坐標軸重合的實線來代替用虛線描述的二極管的伏安特性。這樣的二極管可視為是理想的，圖1.3.1（b）是它的電路符號。它在電路中相當于一個理想的開關(guān)，正向偏置時，二極管導通，其管壓降為0；反向偏置時，二極管截止，流過它的電流為0，視其反向電阻為無窮大，其工作情況分別如圖1.3.1（c）和圖1.3.1（d）所示。2、恒壓降模型圖1.3.3折線模型 當二極管的正向壓降與外加電壓相比較，相差不是很大，而二極管的正向電阻與外接電阻相比較可以忽略時，可用圖1.3.2所示的二極管恒壓降模型來近似表示實際的二極管。恒壓降模型將二極管的閥值電壓VD

14、(th) 和正向管壓降VF視為同一個恒定值VD(on) （通常工程上取小功率普通硅二極管為0.7V，鍺二極管為0.2V），用一個電壓恒定的恒壓源與一理想二極管（相當于一個理想的開關(guān)）串聯(lián)表示，如圖1.3.2所示。不過，只有當二極管的工作電流iD1mA時，才能用恒壓降模型來代替實際的二極管。顯然，恒壓降模型比理想模型更接近實際二極管的特性，因此應用比較廣泛。 3、折線模型 為了更真實地反映二極管正向?qū)〞r的特性，可用兩段折線來近似地表示二極管伏安特性曲線的正向特性，并設定轉(zhuǎn)折點的電壓為VD(on) ，如圖1.3.3所示。當二極管兩端電壓vD小于VD(on) 時，iD0；當vD大于VD(on) 后

15、，隨著vD的增加，iD沿折線迅速增加，折線的斜率為 ，斜率的倒數(shù)為二極管的導通 電阻rD，它表示在大信號作用下，二極管導通后呈現(xiàn)的電阻。由于二極管特性的離散性，rD的值不是固定不變的，其阻值較小，約為幾十。 4、交流小信號模型 如果二極管電路中，既含有直流電源，又含有交流信號電源，這種情況是電子電路通常的工作模式。分析計算這種交、直流量共存的電子電路，常用的方法是對直流狀態(tài)和交流狀態(tài)分別進行分析計算，稱為靜態(tài)分析和動態(tài)分析，然后再進行綜合。對低頻交流小信號而言，二極管可以近似地等效為一個電阻rd。由圖1.3.4（a）可以看出，rd的大小與Q點所處的位置有關(guān)。Q點位置不同，所對應的電壓與電流值不

16、同，則rd的值也不同。rd的值可由PN結(jié)方程式（1.2.1）求得， 由此得出 （1.3.1） 值得注意的是，交流小信號模型只適用于二極管處于正向?qū)ㄇ倚盘枮樽兓容^小的低頻情況。 【例1.3.1】二極管電路如圖1.3.5所示，試分別用二極管的（1）理想模型、（2）恒壓降模型、（3）折線模型分析計算回路電流ID和輸出電壓VO。設二極管D為小功率硅管，VD(on) 0.7V，rD20。 解：（1）如圖1.3.5所示。由圖1.3.5（b）理想模型，二極管D開始工作前的外加電壓VD（12）（18）V6V0，二極管D正偏導通，導通后，VD0V， （2）由圖1.3.5（c）恒壓降模型，二極管D開始工作前

17、的外加電壓VD6V0，二極管D正偏導通，導通后，VD0.7V， （3）由圖1.3.5（d）折線模型，二極管D開始工作前的外加電壓VD（12）0.7（18）V5.3V0，二極管D正偏導通，mAV 【例1.3.2.1】如圖1.3.6.1所示二極管電路，發(fā)光二極管D1、D2的正向?qū)▔航刀际?.66V，試求輸出電壓VO。 解：如圖所示，D1、D2開始工作前的外加電壓VD112V，VD212（6）V18V，雖然VD1、VD2均大于1.66V，但VD2VD1，D2優(yōu)先導通，D2導通后，VD1（1.666）V4.34V，D1反偏截止，所以VO（1.666）V4.34V 【例1.3.3】二極管電路如圖1.3

18、.7（a）所示，輸入信號vi（t）的波形如圖1.3.7（b）所示。設二極管D的正向?qū)▔航礦D(on) 0.7V，導通電阻rD30，試畫出輸出電壓vo（t）的波形，并標出各個轉(zhuǎn)折點的縱坐標數(shù)值。 解：如圖1.3.7所示電路，由二極管折線模型，有等效電路如圖1.3.8（a）所示。二極管D開始工作前的外加電壓vD V V 。 當vi（t）4.7V時，二極管D反偏截止，vo（t）4V； 當vi（t）4.7V時，二極管D正偏導通， 當vi（t）10V，vo（t）6.48V。由此可畫出vo（t）的波形如圖1.3.8（b）所示。 1.3.2圖解分析法和微變等效電路分析法 圖解分析法和微變等效電路分析法是電

19、子線路中常用的兩種分析計算方法。圖解分析法常用于非線性器件的大信號分析，微變等效電路分析法常用于既有直流信號又有交流小信號的電子線路的綜合分析。 1、二極管電路的圖解分析法 若如圖1.3.9（a）所示電路中，二極管正向?qū)▔航档淖兓豢珊雎?，或者說二極管電路的非線性不可忽略，且二極管的伏安特性曲線是為已知量時，則應采用圖解分析法。 由圖1.3.9（a）電路可列方程 vDvSiDR（1.3.2） 式中，vD與iD分別表示二極管兩端壓降和流過二極管的電流。式（1.3.2）是一線性方程，對應的是一條直線，如圖1.3.9（b）所示，該直線在兩坐標軸上的交點分別為 圖1.3.9（b）所示的伏安特性曲線，

20、為已知二極管伏安特性曲線的正向特性段。顯然直線與曲線的交點Q所對應的值（IQ、VQ）便是所需求的二極管電路的解。通常將二極管外電路所描繪的直線稱為二極管的負載線，Q點稱為二極管的工作點。 2、二極管電路的微變等效電路分析法 【案例分析1.3.1】如圖1.3.10（a）所示的二極管電路，VDD為直流電壓源，vi為交流小信號電壓源，C為隔離直流、耦合交流信號的耦合電容，設定它對交流信號的容抗近似為0，試求流過二極管的電流iD和輸出電壓vO。 分析、求解：由于加在二極管兩端的電壓既有直流成分，又有交流成分，所以流過二極管的電流和輸出的電壓信號中也既有直流成分，又有交流成分。如前所述，對于這種電路，常

21、用的方法是對直流成分和交流成分分別進行分析，然后再進行綜合。 用恒壓降模型和交流小信號模型做等效變換，可將非線性的器件二極管視為線性器件，由疊加定理： 當VDD單獨作用（vi0）時，等效電路如圖1.3.10（b）所示， 當vi單獨作用（VDD0）時，等效電路如圖1.3.10（c）所示， 電路綜合，則有 根據(jù)前面所講述的圖解法，可畫出iD、vO的波形圖，如圖1.3.11所示。圖中的Q點稱為二極管的直流（靜態(tài)）工作點；二極管外直流電路所描繪的直線稱為二極管的直線負載線；VO/IO稱為二極管在Q點的直流電阻RD。顯然，在作上述等效變換時應有Vim VQ，工程上 一般限定Vim5.2mV。由于這種分析

22、方法是交流輸入小信號在直流工作點附近作微小的變化的基礎(chǔ)上展開的，故又稱之為微變等效電路分析法。 【例1.3.4】設圖1.3.10（a）電路中, mV，VDD5V，R1k，C20F， D為小功率硅管，VD(on) 0.7V，試求iD和vO。 解：如圖1.3.10所示，用恒壓降模型和交流小信號模型作等效變換，依疊加定理有：1.4二極管應用電路 利用二極管的單向?qū)щ娦?，可以組成多種應用電路，如整流電路、限幅電路、鉗位電路、檢波電路、開關(guān)電路等。下面介紹幾種簡單的二極管應用電路。 1.4.1整流電路 利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒔涣麟娮儞Q為單向脈動直流電的電路，稱為整流電路。 半波整流電路 二極管半波整

23、流電路如圖1.4.1（a）所示，輸入信號vi為正弦波。根據(jù)二極管理想模型的特性可知，當在vi 的一個周期中，當vi為正半周時，二極管由于正偏而導通，且vovi；當vi為負半周時，二極管由于反偏而截止，vo0。由此繪出的輸出電壓波形如圖1.4.1（b）中的vo所示。由此可以看出，輸出電壓vo為一單向脈動的直流信號。 半波整流電路的特點是電路結(jié)構(gòu)簡單，但負載上只在vi的正半周內(nèi)有輸出信號。 1.4.2限幅電路 利用二極管的單向?qū)щ姾驼驅(qū)ê笃湔驅(qū)▔航祷竞愣ǖ奶匦?，可將輸出信號的幅值電壓限制在一定的范圍?nèi)。 【案例分析1.4.1】二極管雙向限幅電路如圖1.4.3（a）所示。設二極管D1、D2

24、為理想二極管，vi 為幅值大于恒定電壓V1、V2的正弦波。 分析、求解：在vi的正半周，當vi的瞬時值大于V1時，D1導通，D2截止，vov1；當vi的瞬時值小于V1時，D1、D2均截止，vovi。 在vi的負半周，若viV2時，D1、D2均截止，vovi；若viV2時，D2導通，D1截止，voV2。 由此可以得到雙向限幅的輸出電壓信號波形，如圖1.4.3（b）所示。 若考慮到二極管的正向?qū)▔航礦D(on) ，則輸出電壓的上、下限幅值分別為 V1V1VD(on) ，V2（V2VD(on) ）， 顯然，電路中的恒壓源V1、V2是用來限制輸出信號上、下幅值的調(diào)控源。 在電子線路中，常用限幅電路對

25、各種信號進行處理，以使輸入信號在預置的電壓范圍內(nèi)，有選擇地傳輸一部分。 二極管的限幅電路也可用作保護電路，以防止半導體器件由于過壓而被燒壞。 1.4.3鉗位電路 【案例分析1.4.2】由二極管和電容器構(gòu)成的鉗位電路如圖1.4.4（a）所示，設輸入信號viVmsint V，如圖1.4.4（b）所示，二極管D為理想器件，電容器C的初始電壓為零。試求對應的輸出電壓vo。 分析、求解：在0 期間，D正偏導通，vo0；C被充電，使vc由0值隨vi上升充電至峰值Vm，如圖1.4.1（c）所示。在 期間，vi逐漸減小，D反偏截止；C沒有放電回路，vc保持在Vm不變，vovcviVmvi。此后，二極管D一直處

26、于反偏截止狀態(tài)，輸出電壓voVmVmsint，如圖1.4.4（d）所示。 由上述分析可以看出，鉗位電路將輸入信號vi的波形向下平移了Vm，將輸出電壓限制在零伏以下?；蛘哒f，鉗位電路的作用是保持輸入信號的形狀基本不變，而將其頂部或底部的電位鉗制在某個數(shù)值上。 在電子線路中，鉗位電路得到了廣泛的應用。例如，在彩色電視機的圖像信號直流恢復電路和消色電路中均有應用。1.5特殊二極管及其應用 二極管及由其組合構(gòu)成的器件種類很多，用途廣泛，除前面討論的普通二極管外，常用的特殊二極管還有很多，如穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管、LED七段數(shù)碼顯示器、光電二極管和激光二極管等，現(xiàn)簡單介紹如下。 1.5.1穩(wěn)

27、壓二極管 1、穩(wěn)壓二極管及其穩(wěn)壓作用 穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型硅二極管，它的器件圖片、電路符號和伏安特性曲線如圖1.5.1所示。 用作穩(wěn)壓器件時，穩(wěn)壓二極管工作于反向擊穿區(qū)域。在反向擊穿區(qū)域，當反向電壓增大到某一數(shù)值后，盡管反向電流急劇增大，但是穩(wěn)壓管兩端的電壓降幾乎維持不變，或者說變 化很小。利用穩(wěn)壓二極管的這種特性，可在電路中產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓。穩(wěn)壓管工作在反向擊穿狀態(tài)，只要流過它的電流不超過規(guī)定的數(shù)值，就能保證穩(wěn)壓管不致因為過熱而燒壞。所以在穩(wěn)壓電路中，穩(wěn)壓管必須要串接一個適當?shù)南蘖麟娮琛?2、穩(wěn)壓管的主要參數(shù) （1）穩(wěn)定電壓VZ：指在規(guī)定電流IZ下呈現(xiàn)的反向擊穿電壓。 （2）工作電流

28、IZ：穩(wěn)壓管正常工作時的參考電流值。 （3）動態(tài)電阻rZ：指穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時，穩(wěn)壓管兩端的電壓變化量與相應的電流變化量之比，即 rZ越小，反向擊穿特性曲線越陡峭，穩(wěn)壓性能越好。rZ的數(shù)值通常在幾幾十之間。 （4）最大工作電流IZM和最大耗散功率PZM： 最大工作電流IZM指穩(wěn)壓管允許通過的最大反向擊穿電流。 最大耗散功率PZM等于最大工作電流IZM和與它對應的穩(wěn)定電壓VZ的乘積，即PZMIZMVZ。 常用的穩(wěn)壓二極管有2CW、2DW和1N等幾個系列，表1.5.1列出了幾種典型穩(wěn)壓管的主要參數(shù)。 2DW系列穩(wěn)壓管內(nèi)部裝有二個溫度系數(shù)相反并反接的二極管，有三個引腳，具有溫度補償作用。 （5）

29、穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)CTV：CTV表示溫度每變化1，穩(wěn)壓值的相對變化量，即： 一般穩(wěn)定電壓VZ小于4V的穩(wěn)壓管具有負溫度系數(shù)（溫度升高，VZ下降）；穩(wěn)定電壓VZ大于7V的穩(wěn)壓管具有正溫度系數(shù)（溫度升高，VZ上升）；穩(wěn)定電壓VZ為6V左右的穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)最小。 【案例分析1.5.1】穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路如圖1.5.2所示，電路設計合理，其中R為限流、調(diào)節(jié)電阻。RL為負載電阻。試定性地說明輸入電壓VI變化時，輸出電壓VO能基本保持穩(wěn)定的工作原理。 分析、求解：如圖1.5.2所示，當VI增大時，VO將增加，穩(wěn)壓管DZ兩端的反向電壓增加，流過穩(wěn)壓管的電流IZ將大大地增加，限流、調(diào)節(jié)電阻R上的壓降IRR也將大

30、大地增加，從而導致VI的增量（或者說VO的增量）絕大部分降落在限流、調(diào)節(jié)電阻R上，由于VOVIIRR，從而使輸出電壓VO基本維持穩(wěn)定。其穩(wěn)壓過程可描述如下： 當VI減小時，其穩(wěn)壓過程與上述過程相仿，只不過各參量的變化方向相反而已。 穩(wěn)壓管VZ的微小變化能引起IZ的較大變化是實現(xiàn)上述穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓的關(guān)鍵。由于該電路負載與穩(wěn)壓管并聯(lián)，穩(wěn)壓的性能指標，很大程度上取決于穩(wěn)壓管的參數(shù)，故稱此穩(wěn)壓電路為并聯(lián)參數(shù)穩(wěn)壓電路，其詳細分析計算見第9章。 1.5.2變?nèi)荻O管 變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)反偏時，結(jié)電容大小隨外加電壓的變化而變化的特性制成的半導體器件。變?nèi)荻O管工作在反偏狀態(tài)，在電路中可當作可變電容器使用。

31、 變?nèi)荻O管的電路符號如圖1.5.3（a）所示，壓控特性曲線如圖1.5.3（b）所示。變?nèi)荻O管的電容量一般較小，一般在5300pF之間。變?nèi)荻O管是應用十分廣泛的一種半導體器件。例如，諧振回路的電調(diào)諧；壓控振蕩器；頻率調(diào)制等。圖1.5.3（c）所示是變?nèi)荻O管在電視機電子調(diào)諧器（俗稱高頻頭）中的基本應用電路。其中，C是耦合電容，030V的調(diào)諧電壓經(jīng)R加到變?nèi)荻O管D的兩端，使變?nèi)荻O管的電容量Cj隨之發(fā)生變化，從而改變LC回路的諧振頻率，以達到電動調(diào)臺的目的。 1.5.3發(fā)光二極管（LED） 發(fā)光二極管（LED）是一種將電能轉(zhuǎn)換成光能的特殊二極管。當發(fā)光二極管正偏導通，有正向?qū)娏髁鬟^時，

32、二極管發(fā)光。發(fā)光二極管的伏安特性曲線與普通二極管類似，但正向?qū)▔航礦F較大，一般為13V。發(fā)光二極管的發(fā)光強度在規(guī)定的范圍內(nèi)與流過它的正向工作電流IF成正比。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓VBR較低，一般為7V左右，工程上為安全起見常取為5V。 發(fā)光二極管（LED）的外形如圖1.5.4（a）所示，電路符號如圖1.5.4（b）所示。【案例分析1.5.2】LED的驅(qū)動電路如圖1.5.4（c）所示，試分析電阻R的作用和取值依據(jù)。 分析、求解：如圖1.5.4（c）所示，由于LED的正向壓降較低，允許的工作電流較小，故其驅(qū)動電路中必須串接限流電阻R。由器件手冊查得所用LED的參考參數(shù)VF和IF，則 1.5.

33、4LED七段數(shù)碼顯示器 為了能直觀地顯示十進制數(shù)字字符，把發(fā)光二極管（LED）制成條段狀，按一定的方式連接，組成字符8，就構(gòu)成了LED七段數(shù)碼顯示器（簡稱數(shù)碼管）。使用時，按需要，讓某些字符段的LED點亮發(fā)光，即可組成09十個字符。在BS系列某一些數(shù)碼管中還在右下角處增設了一個小數(shù)點（DP），形成了所謂八段數(shù)碼管。為了增加使用的靈活性，同一規(guī)格的數(shù)碼管都有共陰極和共陽極兩種類型可供選用，把所有LED的陰極作在一起的，屬于共陰極類型；把所有LED的陽極作在一起的，屬于共陽極類型。 BS系列數(shù)碼外形圖片和等效電路如圖1.5.5所示。其中ag代表7個字符段的驅(qū)動端，DP（h）代表小數(shù)點的驅(qū)動端，COM代表公共陰極或公共陽極的連接端。共陰極數(shù)碼管使用時，COM端接低電平，驅(qū)動端接高電平；共陽極數(shù)碼管使用時，COM端接高電平，驅(qū)動端接低電平。 LED數(shù)碼顯示器工作電壓低（1.53V），體積小，可靠性高，壽命長，響應速度快（1100ns），亮度高，顏色豐富（有紅、黃、綠等色），應用十分廣泛。它的缺點是工作電流較大，每一段LED的工作電流在10mA左右。由于每一段字符實際上就是一個發(fā)光二極管，如前所述，使用時，每一段字符都要串接一個限流電