二极体特性及应用精选.ppt

Chapter 3 二極體特性及應用 * 本章重點一覽 3.1 穩壓元件  理想的穩壓元件特性 3.2 二極體元件特性  正向偏壓 反向偏壓 導通電壓 3.3 二極體穩壓電路  二極體穩壓電路的限制 二極體穩壓電路的設計原理 * 本章重點一覽 3.4 稽納二極體  崩潰狀態的利用 3.5 發光二極體 LED的電路設計 3.6 結語 * 3.1 穩壓元件 實際電路中，有時需要一固定的參考電壓(Vref)作電路動作的依據，其中得到參考電壓最簡單的電路如下圖3.2，利用分壓定理得到需要的電壓值缺點：容易受外界影響 一. 外接其他電路， I2 = I1 - I o  又 Vref = I 2R2 ，所以I o的 大小會很容易影響到Vref二. Vref 由VCC決定，當電源 VCC本身不穩定時，Vref 就 跟著變動。 圖3.2 VCC I1 R1 5K Io Vref I2 R2 接其餘電路 1K * 3.1 穩壓元件 電阻電路提供的參考電壓易受電流或電壓變動 ，因為電阻是無穩壓能力的元件 理想中的穩壓元件：端電壓穩定，幾乎不隨電流改變，I-V 特性如下圖3.3，只要電流不為零，端電壓就維持在導通電壓(VON) V VON I 圖3.3 * 3.2 二極體元件特性 二極體由半導體製成，特性近似左下圖3.3，是一顆很好的穩壓元件。右下圖3.4是其電路符號，「＋」端為陽極，「－」端為陰極，箭頭顯示其方向性，也是電流主要流動的方向 V VON I 圖3.3 圖3.4 I V ? ? * 3.2 二極體元件特性 在二極體的陽極和陰極間加上一個電壓，其V-I關係為： IS ：反向飽和電流(reverse saturation current)，由二極體實際結構決定的定值 n ：介於1和2之間的常數，通常取n = 1 VT ：thermal voltage，在常溫下VT ? 25mV V0 表示陽極電位高於陰極，為正向偏壓(forward bias)；V0 表示陰極電位高於陽極，為反向偏壓(reverse bias)， * 3.2 二極體元件特性 正向偏壓 V0 時，電流由陽極流向陰極，其中大約分為兩個狀態一. V0.5V：電流幾乎等於0；因為IS數值很小，約在10?10～10?18 A的數量級二. V0.5V：電流隨電壓變動而快速上升；因為I-V特性成指數關係，且VT很小 區分兩種狀態的電壓稱為切入電壓 Vcut-in (cut-in voltage)，約等於0.5V * 3.2 二極體元件特性 典型的二極體V-I關係曲線見右圖3.5 Vcut-in ：切入電壓(cut-in voltage) 和理想的穩壓元件特性很類似，顯示二極體可作為良好的穩壓元件 分析、設計電路時，估算(estimate)電壓電流的能力，遠比利用KCL配合元件特性解方程式，或電腦軟體模擬得到精確值， 還重要 圖3.5 V Vcut-in I * 3.2 二極體元件特性 觀察二極體的V-I特性曲線，V = Vcut-in(0.5V)開始導通，之後電流隨電壓增加快速上升，大約V = 0.8V時瀕臨極限 一般合理的電路設計都不會讓V超過0.8V 正常情況下，二極體的導通電壓( VD(on))約介於0.6V至0.8V之間，一般假定VD(on) = 0.7V，也就是，若判斷二極體導通，端電壓 = VD(on) = 0.7V * 3.2 二極體元件特性 反向偏壓 V0 時，二極體處於截止(cutoff)狀態，電流為零；V-I關係式與正向偏壓相同，只是V為負值 IS 非常小，所以反向偏壓通常假定 I = 0 I為負值表示電流由陰極流向陽極 * 3.2 二極體元件特性 二極體反向偏壓時的I-V特性曲線，見右圖3.7 Vbreak ：反向崩潰電壓(reverse breakdown voltage) 反向偏壓大於二極體的反向崩潰電壓(Vbreak)時，二極體進入崩潰狀態而產生大量電流。若無特別電路保護的話，二極體很可能因為過熱而燒燬 一般而言Vbreak約數十伏特， 可忽略不考慮 圖3.7 V I ?Vreaks Vcut-in * 3.2 二極體元件特性 二極體是具方向性的元件 (忽略反向崩潰效應) ：截止狀態，近似絕緣體