第1编一般器件 03Word格式.docx

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1.2稳压二极管的应用举例

一、稳压电路

UL↑→Iz

→UR↑→UL↓

（负载电流小：

ILmax＝IZmax－IZmin）

R作用：

限制ID（在AB段）、调整电压。

应满足如下边界条件：

（Uimin－UL）／R≥Izmin＋ILmax（即≥A点，在入低出大时）

（Uimax－UL）／R≤Izmax＋ILmin（即≤B点，在入高出小时）

Ui=UT+UL

（a）（b）

（a）UL↑→Ub几乎不变、Ue↑→Ube↓→Ib↓→Ie↓→UL↓

（VT作用：

放大。

既扩大输出、又增强反馈）

（负载电流大，比单D电路约大β倍）

（b）UL↑→Ub↓、Ue↑→Ube

→Ib↓→Ie↓→UL↓

（加一级差分放大，使反馈更强，稳压精度更高）

二、过压保护

侧重于保护，不同于稳压。

（稳压要求持续，保护仅过压时动作。

（a）过压时：

UL↑→Iz

→UR↑→UL↓，即UL趋于稳定。

（b）过压时：

Ui↑→UL↑→Ib↑→Ic↑→UR1↑→UL↓，即UL几乎不变。

（未过压时，ID≈0，类似于断开）

三、电压限幅

上图：

UO=Ui–UD，即输出被截去UZ。

（可用于消除本底噪声）

下图：

UO=Ui–IR≈UD，即输出仅保留UZ以下。

（可用于削去尖峰电压）

（若两管反接，可构成交流限幅电路。

四、电平移动（或电平转移）

用于放大器级间、不同电路间的电平匹配等。

放大器级间不同电路间

另外，稳压二极管还可用于信号选择、检波电路、退耦电路等。

1.3可调基准源TL431及其应用

输出电压可调（VR恒定、VKA可调）

美国TI产品，性能优良，价格低廉。

其中：

VKA=2.5～36V，IKA=1～100mA，P≤1W，动态电阻=0.2Ω。

TL431的电路符号内部等效电路

稳压特性：

电压微增、电流激增

（任何器件或电路，有此特性，均可稳压。

应用举例：

2.5V稳压电路可调稳压电路

精密5V稳压电路（串联）大电流稳压电路（并联）

（分析步骤：

1、稳压过程，2、稳压数值）

（易知：

VR↑→IC

→VKA↓，与稳压二极管类似，但输出电压可调）

1.4三端集成稳压器及其应用

（分立集成，各有所长）

三端固定式正稳压器基本应用电路三端固定式负稳压器基本应用电路

三端可调式集成稳压器典型应用电路

三端可调式稳压器正负可调稳压电路

第二章恒流器件

（如手机背景）

2.1恒流二极管的特性参数

（CRD：

CurrentRegulatingDiode，usedforcurrentstabilization.）

结构：

CRD类于N沟道JFET，UGS=0。

原理：

U↑→PN反偏、结区变宽，沟道变窄、直至夹断→I恒定。

恒流二极管和结型场效应管的结构及电路符号

（G如腰带：

负偏收紧，0及正偏导通。

恒流二极管的沟道变化及伏安特性

*CRD虽类于结型FET，但着眼于在较大电压和温度范围内使电流变化较小。

恒定电流IH，动态阻抗ZH（动态电阻越大，恒流效果越好），起始电压US，击穿电压UB，温度系数CT等。

（参看附表）

2.2恒流二极管的应用举例

一、恒流电路

单管恒流电路

限流电阻R：

限制I在恒流区。

Umin－IHR＞US（即＞A点）

Umax－IHR＜UB（即＜B点）

即：

（Umax－UB）／IH＜R＜（Umin－US）／IH

高精度恒流电路

（与VT结合：

扩大电流、增强反馈）

“高精度恒流电路”恒流原理：

（a）：

IOH↑→Ie↑→（Uz不变、Ue↑）Ube↓→Ib↓→Ic↓、IOH↓

（b）：

IOH↑→Ue↑→（Ib2↑）Ub1↓→Ube1

→Ib1↓→Ic1↓、IOH↓

（单管负反馈）（电压负反馈分析）

或：

IOH↑→Ue↑→Ib2↑（Ic2↑）→Ib1↓→IOH↓（电流负反馈）

（a）小电流（b）大电流（c）大电流

高电压恒流电路

（扩压电路，利用VT提高耐压）

二、稳压电路

小信号电压高稳定电源（增强负反馈）

Uo↑→Ib2↑→Ic2↑→Ib↓→Ie↓→Uo↓

三、波形变换

另外，恒流二极管还可用于差分放大、限流保护等电路。

用于提高放大器增益用于提高放大器共模抑制比

（因非对称而由共模信号引起的△Ic更小）

2.3可调恒流管和集成恒流管

可调恒流管：

IH～R；

集成恒流管：

IH、CT～R、RC。

可调恒流管的电路符号、典型接法及伏安特性

可调恒流管在电子秤中的应用

4DH2的电路符号和联接方式4DH5用于红外发光管的恒流供电

▲习题一

1、简述图1-5线性稳压电路和由TL431构成的可调输出稳压电路的稳压原理，以及图1-16电路的电平移动原理。

2、推导单管恒流电路中R的取值范围，并简述图2-9（c）电路的恒流原理和图2-10（b）电路的恒流及扩压原理。

第三章单结晶体管

（UJT：

unijunctiontransistor）

J2

3.1单结晶体管的特性参数

一个PN结，三个电极。

单结晶体管又称双基二极管。

（如图）

结构等效电路符号伏安特性

（结构比较：

D:

2r-2，T、J：

3r-3，U：

2r-3端）

UE－UA≥UD时，D导通，IE突增，RB1剧减，UE下降。

UA=ηUBB，η=RB1/（RB1+RB2）

即UE≥UD+ηUBB时，单结管导通，进入负阻区。

（△U/△I＜0）

原因：

载流子↑→RB1↓、UA↓→IE↑、UE↓（直至谷点）。

分压比η，峰值电流IP，谷值电流IV，谷值电压UV。

（峰值电压UP=UD+ηUBB，不是常数。

（参见附表）

3.2单结晶体管的应用举例

一、张弛振荡

张弛振荡电路电压波形

（由C提升电压，至Up跌回，形成振荡）

振荡条件：

（E－Up）/R＞Ip，（E－Uv）/R＜Iv

（E－Up）/Ip＞R＞（E－Uv）/Iv

振荡周期：

∵E＝Uc+iR,即E＝Uc+RC·

dUc/dt（因Q＝CU，i＝dQ/dt）

∴Uc＝E-Ae-t/RC,

带入t＝0、Uc＝Uv,t＝T1、Uc＝UP，（且Uv≈0、UD<

<

E），可得

T1＝RC·

ln[（E－Uv）/（E－UP）]≈RC·

ln[1/（1－η）]，

类似可得T2≈Rb1C·

ln（Up/Uv），

∴T＝T1+T2≈T1≈RC·

ln[1/（1－η）]

张弛振荡可用于可控整流、延时继电器等。

可控整流电路电压波形

（导通时间由T1～RC决定，是可调的，因此输出电压可调）

电瓶充电电路

二、正弦振荡及锯齿波

正弦振荡锯齿波

（通过LC谐振选频，如行兵断桥）

三、单稳态触发器

导通条件：

UE≥UD+ηUBB振荡周期由RC决定

τ1≈1×

100=100ms，τ2≈0.047×

22=1ms

单稳态触发器多谐振荡音频电路

3.3程控单结晶体管及其应用

（PUT：

programmableunijunctiontransistor）

特性类似于UJT，但UP=UG（可调）。

PUT的结构、等效电路和电路符号PUT的基本电路及等效电路

（UA>

UG即可触发导通）

PUT应用举例：

T≈RC·

ln（1+R1/R2）输出前沿陡、幅值高的窄脉冲

PUT张弛振荡脉冲整形电路

采用PUT的电源保护电路

第四章隧道二极管

（TunnelDiode）

4.1隧道二极管的特性参数

重掺杂，结区薄。

（n↑→Q↑→d↓，因Q=CU=U·

εS/d）

原子结构、（单）能级图、多）能带图导体与半导体的能带图

（类于地球同步卫星。

约束条件：

力平衡、角速度，故R不可任意）

隧道二极管的结构、电路符号、等效电路及伏安特性

（a）反向偏置（导通）（b）零偏置（平衡）（c）小正向偏置（渐增）（d）峰点P（全通）（e）谷点V（全禁）

隧道二极管在不同偏置电压下的能带图（禁带犹如水坝，薄则易穿）

（调整浓度、改变特性。

普通二极管：

掺杂很低，结区很宽，故穿透电流极小。

易知：

反偏为何不通。

（有时，创新有路可循！

无需另辟蹊径）

能带结构→PN结隧道效应→特殊的伏安特性。

*发生条件：

费米能级位于导带和满带内；

空间电荷层很薄（10nm以下）；

P、N区的空穴和电子在同一能级有交叠的可能性。

费米能级：

约为最后一个费米子（如电子等）占据的量子态。

导带：

即自由电子所具有的能量范围，一般指金属中部分充满的能带，其能带填充情况很容易受电场作用而改变，使金属表现出良好的导电性。

价带：

指固体中电子恰好填满最低的一系列能带，其最高的满带称为价带。

禁带：

指能带之间的区域。

TD的优点：

开关特性好，速度快、工作频率高。

缺点：

热稳定性较差。

用于高频放大器及高频振荡器（可达毫米波段）或高速开关电路。

峰值电压UP，峰值电流IP，谷值电压UV，谷值电流IV，结电容等。

4.2隧道二极管的应用举例

一、多谐振荡

多谐振荡基本电路电压、电流波形伏安特性及折线近似

（由L提升电流，至Ip跌回，形成振荡）

D工作于G-D区，且元件参数适当。

多谐振荡器双稳态触发器及直流负载线

二、单稳态及双稳态触发器

电路电压波形直流负载线：

Ud=E－IR

（器件约束＋回路约束→器件特性＋欧姆定律→交点：

平衡点）

单稳态触发器及直流负载线

本电路也可构成双稳态触发器，但直流负载线与伏安特性曲线需有三个交点。

三、信号放大

i↑→u↑→iD↓→IL

放大电路及其原理（D须工作在负阻区）

四、过流保护（为何熔丝不行？

IL过流→UD

→Ube

（且E2反偏）→T截止

过流保护电路及其伏安特性

保护快速，可达μS量级。

（而熔丝在ms量级以上）

（正常导通时：

I2较小可略，Id=Ie+I2≈Ie，约束方程：

E1=Ud+Ueb+IbR1，得负载线1）

（过流保护后：

Ie较小可略，Id=Ie+I2≈I2，约束方程：

E1+E2=Ud+I2R2，得负载线2）

（实际上，两个方程均满足，只是作用有主次）

另外，隧道二极管还可用于变频电路、开关电路、门电路等。

*反向二极管（用其反向特性）：

导通电压小，用于微波混频或小信号检波等。

反向二极管及其伏安特性

▲习题二

1、简述图3-3电路和图3-10电路的工作原理，并推出图3-3电路中R的取值范围。

2、简述图4-9电路和图4-19电路的工作原理。

*附一：

“互锁”电路

双稳单稳振荡

（原因：

R稳定，C不稳）

*附二：

能带简介

能带的图像（下图）可以说明金属、半导体和绝缘体的区别。

金属：

都有部分被电子占据的宽能带，称为导带。

在这种能带中空着的电子态的能量与被占的态相连接，能带填充情况很容易被电场作用所改变，表现出良好的导电性。

绝缘体：

则是另一种极端情况，电子恰好填满最低的一系列能带，其最高的满带有时称为价带，更高的各能带都空着。

满带与空带之间隔着较宽的禁带，电场很难使能带的填充情况改变，因而不产生电流。

半导体：

能带填充情况很像绝缘体，但是空导带与价带之间的禁带比绝缘体窄得多。

因此可以引入杂质或热激发，使空导带出现少数电子，或价带中出现少数空穴，或兼有二者，从而有一定的导电性。

导体与半导体的能带图