二极体特性及应用

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1、Chapter3二極體特性及應用2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3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43.1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-Io又Vref=I2R2，所以Io的大小會很容易影響到Vre

2、f二.Vref由VCC決定，當電源VCC本身不穩定時，Vref就跟著變動。圖3.2VCCI1R15KIoVrefI2R2接其餘電路1K53.1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)VVONI圖3.363.2二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

3、向VVONI圖3.3圖3.4IV73.2二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(reversesaturationcurrent)，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=1VT：thermalvoltage，在常溫下VT25mVV>0表示陽極電位高於陰極，為正向偏壓(forwardbias)；V<0表示陰極電位高於陽極，為反向偏壓(reversebias)，83.2二極體元件特性正向偏壓V>0時，電流由陽極流向陰極，其中大約分為兩個狀態一.V<0.5V：電

4、流幾乎等於0；因為IS數值很小，約在1010～1018A的數量級二.V>0.5V：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-involtage)，約等於0.5V93.2二極體元件特性典型的二極體V-I關係曲線見右圖3.5Vcut-in：切入電壓(cut-involtage)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，

5、還重要圖3.5VVcut-inI103.2二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)=0.7V113.2二極體元件特性反向偏壓V<0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

6、I=0I為負值表示電流由陰極流向陽極123.2二極體元件特性二極體反向偏壓時的I-V特性曲線，見右圖3.7Vbreak：反向崩潰電壓(reversebreakdownvoltage)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3.7VIVreaksVcut-in133.2二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：導通狀態，近似金屬導體143.2二極體元件特性

7、例1.在圖3.8中，若(1)VCC=5V，(2)VCC=0.2V，請分別求二極體上的電流及電壓。(假設Vcut-in=0.5V，VD(on)=0.7V)1KV2I2R1I1VCC圖3.8153.2二極體元件特性例2.在圖3.9中，若(1)R3=2K，(2)R3=0.1K，請分別求二極體上的電流及電壓(Vcut-in=0.5V、VD(on)=0.7V)1KV2I2R3I15V圖3.9R1I3163.3二極體穩壓電路利用二極體作為穩壓元件製作的穩壓電路所受的限制：所要的電壓必須是VD(on)的整數倍(0.7V，1.4V，2.

8、1V，…)例如需要參考電壓Vref=2V時，只能用三顆二極體串聯得到最接近的2.1V，如右圖稽納二極體無此限制，所以實用電路中通常採用稽納二極體，很少用一般二極體串接來穩壓圖3.1012VR1D1D2D3Vr