第二章二極體電路

第二章二極體電路2.1整流電路2.2剪波器與夾波器電路2.3齊納二極體電路2.4多個二極體電路2.5光二極體與發(fā)光二極體電路(本教材取材自DonaldA.Neamen著呂學(xué)士劉致為劉深淵譯“微電子學(xué)上”)2.1整流電路整流是將交流(ac)電壓轉(zhuǎn)換成只具某一極性指向電壓的過程。

2.1-1半波整流電壓轉(zhuǎn)換特性vS<Vr不導(dǎo)通：輸出電壓為零vS>Vr導(dǎo)通若輸入為弦波vS<Vr則vO=0，vS>Vr則vO=vS-Vr半波整流器：只在輸入訊號正半週有輸出電壓二極體需容忍順向尖峰電流及尖峰反向電壓PIV因不導(dǎo)通時無電流，所以電阻無壓降，全部壓降皆在二極體半波整流器之操作(a)弦波輸入電壓(b)二極體片段線性特性及不同時刻下之它路負載線

2.1-2全波整流反轉(zhuǎn)弦波負的部分，使輸入弦

波的兩半皆有單一極性的輸出正(負)半週D1(D2)導(dǎo)通，有電流流經(jīng)R而得正的vO全波整流電路另一例：橋式整流器與前例有所不同使用四個二極體，而非前例只用兩個接地連接方式不同：前例次級中心引線為接地，橋式則無。橋式之接地在R之一端正半週D1及D2導(dǎo)通，負半週D3及D4導(dǎo)通，電流流經(jīng)R的方向相同，所以輸出電壓極性相同因通路上有兩個二極體，所以有兩倍的二極體壓降2.1-3漣波電壓及二極體電流全波濾波整流器之漣波分析:當(dāng)輸入訊號到達其峰值時，電容充電到其峰值電壓。當(dāng)輸入降下來時，二極體變成反向偏壓。而電容經(jīng)由輸出電阻R放電。輸出(電容或RC電路)電壓t’是從輸出到達峰值後開始算所經(jīng)過之時間最小輸出電壓，T’是放電時間漣波電壓一般T’<<RC，則若漣波效應(yīng)小，可近似令T’=TP，則因TP近半週期，所以2.1-4倍壓電路與全波整流器電路類似。將全波整流器電路中兩個二極體換為電容?？梢援a(chǎn)生變壓器峰值輸出電壓之兩倍的電壓。2.2剪波器與夾波器電路2.2-1剪波器

剪波電路，或稱限制器電路，乃把超過或低於某選定準位的訊號剪除。例如，半波整流器就是一個剪波電路，因為所有低於零之電壓都被除掉。電壓轉(zhuǎn)換特性：某範圍內(nèi)正比，之外則固定。單二極體剪波器電路：D1不通，R無壓降，輸出等於輸入：D1導(dǎo)通，改變電壓源及/或二極體極性可得不同結(jié)果(如圖)並接二極體剪波電路及其輸出響應(yīng)

2.2-1夾波器

夾波器將整個訊號位移一個直流準位。最顯著之特徵是它可以在不需知道確切波形的情況下而能調(diào)整波形。二極體夾波器電路之動作(a)典型二極體夾波電路(b)弦波輸入訊號(c)電容電壓(d)輸出電壓2.3齊納二極體電路2.3-1理想?yún)⒄唠妷弘娐?/p>

此電路之功用是，即使輸出電阻變化很大的範圍，或者輸入電壓在某一特定範圍內(nèi)變動，輸出電壓仍維持在某一常數(shù)。正常運作：在崩潰區(qū)，功率消耗在額定值內(nèi)最小電流：最大負載電流及最小電壓源最大電流：最小負載電流及最大電壓源輸入電壓及輸出負載電流之範圍已知，齊納電壓已知，且(更嚴格可為20-30%)，則可得2.3-2齊納電阻及調(diào)節(jié)百分率

理想齊納二極體中，齊納電阻是零。然而在真正齊納二極體中，輸出電壓將是齊納二極體電流或負載電流之函數(shù)。調(diào)節(jié)百分率VL(nom)為名義上的輸出電壓值當(dāng)調(diào)節(jié)百分率趨近0，則此電路趨近理想電壓調(diào)節(jié)器Example2.5：決定調(diào)節(jié)百分率調(diào)節(jié)百分率可藉著使用與參考電壓電路相連之放大器而大大地改善。

2.4多個二極體電路2.4-1典型二極體電路

二極體串聯(lián)電阻。具輸入電壓源的二極體電路。雙二極體電路。假設(shè)D2ON,D1OFF,D1justON,

時D1ON,D2OND2justOFF,

時D1ON,D2OFF,

時2.4-2二極體邏輯電路

雙輸入二極體OR邏輯電路。雙輸入二極體AND邏輯電路。2.5-1光二極體電路

2.5光二極體與發(fā)光二極體電路照到二極體的光子會在空間電荷區(qū)產(chǎn)生多出電子與電洞?？臻g電荷區(qū)之電場很快地將這些多出載子分開且將這些載子掃出空間電荷區(qū)，故而在反向偏壓方向上產(chǎn)生光電流(Photocurrent)。反偏方向之光電流(量子效率?電子電荷?光子流量密度()?接面面積)

2.5-1發(fā)光二極體電路

發(fā)光二極體(LED)與光二極體剛好相反;亦即，將電流轉(zhuǎn)換成光訊號。如果二極體順向偏壓，電子及電洞將越過空間電荷區(qū)而注入至對岸，並在那裡成為多出少數(shù)載子。多出少數(shù)載子會擴散至中性“區(qū)及p區(qū)，並