【正文】 第 3章 電子元器件 第 3章 電子元器件 電阻器 教學(xué)目的 掌握電阻器的特性及用途 了解各種電阻器的差異和不同作用 學(xué)會識別和檢測電阻器 重點： 電阻器的作用 難點： 各種電阻器的識別和不同的作用 第 3章 電子元器件 六、 特殊用途的二極管 1） 穩(wěn)壓二極管 （ 1）穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線 穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管， 是一種用特殊工藝制造的面接觸型硅半導(dǎo)體二極管，它即具有普通二極管的單向?qū)щ娦?，又可以穩(wěn)定地工作于擊穿區(qū)而不損壞。在反向電壓較低時，穩(wěn)壓二極管截止，當(dāng)反向電壓達到一定數(shù)值時，反向電流突然增加，穩(wěn)壓管進入擊穿區(qū)， 此時反向電流在很大范圍變化穩(wěn)壓管兩端電壓固定在某一數(shù)值基本保持不變 。但反向電流超過一定數(shù)值后會徹底擊穿而損壞，所以穩(wěn)壓二極管在電路上應(yīng)用時一定要串聯(lián)限流電阻 ，不能讓穩(wěn)壓管擊穿后電流無限增長！ 穩(wěn)壓二極管的外形、 內(nèi)部結(jié)構(gòu)均與普通二極管相似， 其電路符號、 伏安特性曲線如圖 。 第 3章 電子元器件 圖 穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線與電路符號 （ a） 伏安特性曲線 。 （ b） 電路符號 第 3章 電子元器件 （ 2） ． 穩(wěn)壓管的主要參數(shù) 一般選穩(wěn)壓管時只考慮 Uz、 Izmin和 Pm。 ① 穩(wěn)定電壓 UZ UZ就是穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓 ， 也即穩(wěn)壓管正常工作保持基本不變的電壓值 ， 不同型號的穩(wěn)壓管具有不同的穩(wěn)壓值 ， 它的大小取決于制造時的摻雜濃度 。 穩(wěn)壓管在正常工作時管子的端電壓 , 一般為 3~25V， 高的可達 200 V。 ② 最小穩(wěn)定電流 IZmin 穩(wěn)壓管正常工作時的最小電流值定義為最小穩(wěn)定電流 ， 記為 IZmin， 一般在幾毫安以上 。 穩(wěn)壓管正常工作時的電流應(yīng)大于 IZmin， 以保證穩(wěn)壓效果 。 第 3章 電子元器件 ③ 最大穩(wěn)定電流 IZM和最大耗散功率 PM 穩(wěn)壓管允許流過的最大電流和最大功耗叫做最大穩(wěn)定電流 IZM和最大耗散功率 PM。 通過管子的電流太大 ， 會使管子內(nèi)部的功耗增大 ， 結(jié)溫上升而燒壞管子 ， 所以穩(wěn)壓管正常工作時的電流和功耗不應(yīng)超過這兩個極限參數(shù) 。 一般有 PM=UZIZM 一種型號的穩(wěn)壓管 PM值是固定的 。 第 3章 電子元器件 穩(wěn)壓二極管用來構(gòu)成的穩(wěn)壓電路， 如圖 。 Ui是不穩(wěn)定的可變直流電壓，希望得到穩(wěn)定的電壓 UO ， 故在兩者之間加穩(wěn)壓電路。它由限流電阻 R和穩(wěn)壓管 VDZ構(gòu)成， RL是負載電阻。 例： 在圖 ，已知穩(wěn)壓二極管的 UZ=, 當(dāng) Ui=177。 20V，R=1kΩ時，求 UO。已知穩(wěn)壓二極管的正向?qū)▔航?UF= V。 解： 當(dāng) Ui=+20V, VDZ1反向擊穿穩(wěn)壓， UZ1=， VDZ2正向?qū)ǎ?UF2=，則 UO=+7V；同理， Ui= 20V, UO= 7V。 第 3章 電子元器件 第 3章 電子元器件 第 3章 電子元器件 小 結(jié) １ 穩(wěn)壓管的伏安特性正向區(qū)：相當(dāng)普通二極管 反向區(qū)：高阻抗器件 反向擊穿區(qū)：穩(wěn)壓元件 穩(wěn)定電壓 U Z 第 3章 電子元器件 變?nèi)荻O管－ 電壓控制元件 我們在討論半導(dǎo)體二極管時已經(jīng)知道： 二極管在高頻應(yīng)用時， 必須要考慮結(jié)電容的影響， 而變?nèi)荻O管，就是利用 結(jié)電容隨反向電壓的增加而減小 的特點制成的二極管。在高頻調(diào)諧、通訊等電路中 作可變電容器使用。 圖 3. 415（ a）所示為變?nèi)荻O管的電路符號， 圖 3. 415（ b）為某種變?nèi)荻O管的特性曲線。 第 3章 電子元器件 圖 變?nèi)荻O管 （ a）電路符號 。 （ b） 結(jié)電容與反偏電壓的關(guān)系（縱坐標(biāo)為對數(shù)刻度） 第 3章 電子元器件 特點： 當(dāng) PN結(jié)兩端的電壓發(fā)生改變時 ， 會使空間電荷區(qū)寬度發(fā)生改變 ， 空間電荷區(qū)存儲電荷的多少發(fā)生變化就表現(xiàn)為 PN結(jié)的電容效應(yīng) 。 在二極管正偏的多子擴散過程中 ， 多子擴散到對方區(qū)域后 ， 在對方區(qū)域形成一定的濃度梯度 ， 越靠近 PN結(jié)處的濃度越大 ， 這個梯度隨外加反向電壓的大小而增減 ， 這也是一種存 、 放電荷的作用 。 Uφ + + + + + + + + + + + + + + + + R U U + + _ _ iR +Δ U +Δ QΔ Q P N U+Δ U ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ 載流子濃度 ΔQn ΔQp 第 3章 電子元器件 Ci＝ L/d d與反壓成正比，所以 Ci與反壓成反比。 變?nèi)荻O管多采用硅或砷化鎵材料制成，采用陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝。 應(yīng)用 ：多用于電視機、錄像機等調(diào)諧電路或自動頻率微調(diào)電路中。如電視機電子調(diào)諧器，通過控制直流電壓改變結(jié)電容量，來選擇某一頻道的諧振頻率 圖 變?nèi)荻O管結(jié)構(gòu) 第 3章 電子元器件 發(fā)光二極管及其應(yīng)用 發(fā)光二極管的符號如圖所示。 它是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的固體器件，簡稱 LED(Light Emitting Diode)。發(fā)光二極管和普通二極管相似，也由一個 PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。發(fā)光二極管在正向?qū)〞r，由于空穴和電子的復(fù)合而發(fā)出能量，發(fā)出一定波長的可見光。光的波長不同，顏色也不同。發(fā)光二極管的驅(qū)動電壓低、 工作電流小，具有很強的抗振動和抗沖擊能力。由于發(fā)光二極管體積小、可靠性高、 耗電省、 壽命長，被廣泛用于信號指示等電路中。 第 3章 電子元器件 （ 1) 特性及種類 特性 ：發(fā)光二極管的伏安特性與普通二極管的伏安特性相似，只是在開啟電壓和正向特性的上升速率上略有差異。當(dāng)所施加正向電壓 UF未達到開啟電壓時，正向電流幾乎為零，但電壓一旦超過開啟電壓時，電流急劇上升。 發(fā)光二極管的開啟電壓通常稱做 正向電壓 ，它取決于制作材料。例如 GaAsP紅色 LED約為 V，而 GaP綠色的 LED則約為 。幾種常見的發(fā)光材料的主要參數(shù)如表 。 第 3章 電子元器件 顏色 波長 nm 基本材料 正向電壓 (10mA時 )/V 光強度 (10mA時 ) 光功率 /uW 紅外 900 GaAs 100500 紅 655 GaAsP 12 鮮紅 635 GaAsP 24 510 黃 583 GaAsP 13 38 綠 565 GaP 表 發(fā)光二極管的主要參數(shù) 第 3章 電子元器件 種類： 封裝外形：圓形、方形、矩形、三角形及多角形。 管體顏色：紅、黃、橙、綠、白、淺蘭色及透明無色。 發(fā)光顏色：紅光－砷化鎵、砷磷化鎵材料制成、 綠光－磷化鎵材料制成、 黃光－磷化鎵材料制成。 管體直徑： Φ2 Φ20mm 常用型號：國產(chǎn) BT10 BT20 BT301（紅色）、 BT10BT20 BT303（綠色）、 BT10 BT20 BT304（黃色）。 第 3章 電子元器件 （ 2) 發(fā)光二極管的主要參數(shù) 主要有工作電流、最大工作電流、正向壓降、反向耐壓。與普通二極管相應(yīng)參數(shù)的意義相同。 一般小電流發(fā)光二極管其工作電流不宜太大，最大工作電流值為 50mA， 正向啟輝電流約 1mA，正常工作電流為 530mA。 工作電流大，發(fā)光亮度高，但長期使用會降低壽命。 發(fā)光二極管的正向壓降在 。其反向耐壓一般 LED的 反向擊穿電壓一般大于 5V，最高不超過十幾伏。但為使器件長時間穩(wěn)定而可靠的工作，安全使用電壓選擇在 5 V以下。另外為了防止接錯電源極性或其它原因造成的反向電壓擊穿發(fā)光二極管，常在輸入端加入反向二極管用于保護發(fā)光二極管不致?lián)舸? 第 3章 電子元器件 （ 3)發(fā)光二極管的驅(qū)動電路 發(fā)光二極管可用直流、交流、脈沖等電源驅(qū)動點亮，屬于電流控制型半導(dǎo)體器件， 使用時需串聯(lián)合適的限流電阻。 限流電阻的計算： ①直流供電： 式中： UF發(fā)光二極管正向壓降， IF工作電流 ②交流驅(qū)動 ：（有二極管保護） 式中： Um交流電壓峰值， UD二極管正向壓降， UF發(fā)光二極管正向壓降， Im工作電流峰值 FFEURI??()m D FmU U URI???第 3章 電子元器件 光電二極管 光電二極管也叫光敏二極管 ， 它的結(jié)構(gòu)和一般二極管相似 ， 也具有單向?qū)щ娦?， 光電二極管工作在反偏狀態(tài) 。 因此光敏二極管工作時應(yīng)加上反向電壓 。 光電二極管的 PN結(jié)被封裝在透明玻璃外殼中 ， 其 PN結(jié)裝在管子的頂部 ， 可以直接受到光的照射 。 光敏二極管的電路符號如圖所示 。 第 3章 電子元器件 當(dāng)無光照時，與普通二極管一樣，反向電阻很大 ,電路中也有很小的反向漏電流，一般 108～ 109稱為暗電流。此時相當(dāng)于光敏二極管截止， 當(dāng)有光照射時， PN結(jié)附近受光子的轟擊，半導(dǎo)體內(nèi)的價電子吸收光子能量被激發(fā)產(chǎn)生光生電子－空穴對，這些載流子濃度提高，在反向電壓的作用下，反向飽合漏電流大大增加，形成光電流， 它隨入射光強度的變化而相應(yīng)變化。 光的照度越大 , 光電流越大。 如圖當(dāng)電流流過負載電阻 RL時，在電阻兩端得到隨入射光變化的電壓信號。光敏二極管就是這樣完成光電功能轉(zhuǎn)換的。因此 光敏二極管在不受光照射時 , 處于截止?fàn)顟B(tài) , 受光照射時 , 處于導(dǎo)通狀態(tài) 。 第 3章 電子元器件 光敏二極管的主要參數(shù) 最高反向工作電壓：指光敏二極管在光照條件下，反向漏電流不大于 。通常此電壓 在1050V。 暗電流：指光敏二極管在無光照時，在最高反向工作電壓下的漏電流， 暗電流越小 ，光敏二極管的性能越穩(wěn)定，檢測弱光的能力越強。 一般鍺光敏二極管的暗電流較大，約為幾微安。 硅光敏二極管的暗電流較小，小于 。 光電流：指光敏二極管受到一定光照時，在最高反向工作電壓下產(chǎn)生的電