Microsoft PowerPoint - FY Ch 08 特殊二極體 01

參考資料 : Ch. 08 特殊二極體 01 1. 電子學 I/ Ch. 01-02 陳清良編著龍騰文化 2. 基本電學 I/ Ch. Ch. 01 04. 康嘉宗李天 良李源永陳昭博編著復文書局 3. 電子學 / Ch. 03 / 高立圖書出版 原著 : Mitchel E. Schultz 審訂 : 沈志忠 編譯 : 余永平郭有順蔡忠良 4.http://score.ptivs.ptc.edu.tw/chenjy/ELECT RN/ELECTRON.HTM 1. Tsing-Shien Sheu

V B (Si) 0.7 V V BR (Si) -250 V I S (Si) 1.0 na V B (Ge) 0.3 V V BR (Ge) -50 V I S (Ge) 1.0 μa 實際二極體之特性曲線 2014/11/3 Ch. 05/ 02/ Electronics 2. Tsing-Shien Sheu

2014/11/3 Ch. 05/ 02/ Electronics 3. Tsing-Shien Sheu

2014/11/3 Ch. 08/ 02/ Electronics 4. Tsing-Shien Sheu

二極體的功能除整流之外, 還可調節電壓, 發出不同顏色的光及當作隨電壓改變的 電容器 本章將討論 : 特殊二極體 發光二極體 (Light-Emitting Diode) 稽納二極體 (Zener Diode) 變容二極體 (Varactor Diode) 蕭特基二極體 (Schottky Diode) 等 Ch. 01/ 電子學 5. Tsing-Shien Sheu

8-1 發光二極體 在摻雜過程中, 加入如鎵 (Ga/Ⅲ) 砷 (As/Ⅴ) 及磷(P/Ⅴ) 等元素時, 可製造出發出不同顏色光的二極體, 稱為發光二極體 (light-emitting diodes, LED 常用的 LED 顏色為紅 (R) 綠(G) 藍 (B) 黃 橙等( 可見光 ) 甚至紅外線 ( 不可見光 ) 6. Tsing-Shien Sheu

http://zh.wikipedia.org/wiki/%e7%99 %BC%E5%85%89%E4%BA%8C%E 6%A5%B5%E7%AE%A1 2014/11/3 Ch. 08/ 02/ Electronics 7. Tsing-Shien Sheu

電子學第二版修訂沈志忠審訂余永平郭有順蔡忠良編譯 8. Tsing-Shien Sheu

太赫茲 (Tera Hertz,THz) 稱為太赫, 波動頻率的基本單位是赫茲,1 太赫茲等於 10 12 赫茲 Ch. 01/ 電子學 9. Tsing-Shien Sheu

發光機制 二極體在順向偏壓時, 自由電子與電洞會在接面處結合 當自由電子從 n 區跨越 (Jump) 到 p 區, 它們立即掉落電洞, 當電子掉進電洞時, 會釋放能量, 此能量主要以熱或光 (Light) 的形式釋放 對於一般矽二極體, 光線不能穿透, 因為它不是透明的 LED 使用半透明材料, 故光線可以穿透它到達周圍環境 從 LED 射出來的光線顏色取決於製造 LED 時所用之材料元素型態 10. Tsing-Shien Sheu

發光特性 發光二極體示意圖是以下圖所示之符號表示 指向外側的箭頭表示所發射的光 11. Tsing-Shien Sheu

發光特性 LED 之 V B (Barrier Voltage) 典型值範圍約在 1.5V 到 2.5V 其順向電壓降的精確值隨 LED 的顏色及流經 LED 之順向電流而改變 對於所有 LED 顏色及順向電流值,LED 的順向電壓可假設為 2.0V 12. Tsing-Shien Sheu

A: 計算題 1 13. Tsing-Shien Sheu

阻流電阻 順向 順向 Off/ Open 14. Tsing-Shien Sheu

A: 計算題 2 R S I LED 2,200Ω 880Ω 10 ma 25 ma 15. Tsing-Shien Sheu

LED 崩潰電壓額定值 V BR LED 具有非常低的崩潰電壓額定值 (Breakdown Voltage Rating) V BR 的典型值範圍從 - 3 到 -15V 因為崩潰電壓值很低, 即使突然地加上很小的逆向電壓 (V R ) 也能破壞 / 燒壞 LED 或嚴重地降低其特性 一種防止 LED 遭受過量的逆向偏壓的方式為如圖 3-2(c) 所示, 以矽二極體並聯 LED 此並聯接法可確保 LED 不可能受到比崩潰電壓額定值 V BR 大的逆向電壓 在此情況中,LED 的最大逆向電壓 V R 等於 D 1 兩端之順向電壓 0.7 V 16. Tsing-Shien Sheu

8-2 稽納二極體及其特性 3-2 稽納二極體及其特性 稽納二極體是一種特殊的二極體, 其最 佳工作區是在崩潰區 ( 逆向偏壓 ) 電壓調 節 / 穩壓是稽納二極體最普遍的應用 稽納二極體與電源供應器並聯連接 無論 負載電流 (I L ) 如何改變, 稽納電壓 (V Z ) 仍 保持定值 17. Tsing-Shien Sheu

伏安 (I-V) 特性曲線 Fig. 3-3b 矽質稽納二極體的伏安特性曲線 在順向偏壓區, 稽納二極體的特性就像一般矽質整流二極體, 當導通時具有順向電壓降約 0.7V 在逆向偏壓小於 V Z (-12V) 時, 稽納二極體會有一微小的逆向漏電流 ( 數個 ma) 18. Tsing-Shien Sheu

伏安 (I-V) 特性曲線 當逆向偏壓大於 V Z (-12V) 時, 流經稽納二極體逆向電流突然增加 以 V Z 表示的崩潰電壓, 當稽納電流 I Z 特續增加 (0 21 76 ma) 時, 其 V Z 仍然幾乎保持定值 ( -12 V) 因為此項特性, 稽納二極體可用於電路中調節電壓 (V Z 保持定值 ) 19. Tsing-Shien Sheu

以 1N4742A 稽納二極體為例 : I ZT = 21 ma; V Z = - 12 V I ZM = 76 ma T: Threshold 門檻 M: Maximum 最大值 20. Tsing-Shien Sheu

https://www.google.com.tw/search?q=i N4742A&biw=1170&bih=575&tbm=isc h&tbo=u&source=univ&sa=x&ei=qw w6vjq8oyud8gwvoocydq&ved=0c DwQsAQ https://www.google.com.tw/search?q=i N4742A&biw=1170&bih=575&tbm=isc h&tbo=u&source=univ&sa=x&ei=qw w6vjq8oyud8gwvoocydq&ved=0c DwQsAQ 2014/11/3 Ch. 02/ 08/ Electronics 21. Tsing-Shien Sheu

http://www.vishay.com/docs/ 85816/1n4728a.pdf 2014/11/3 Ch. 02/ 08/ Electronics 22. Tsing-Shien Sheu

稽納額定值 稽納額定值是功率額定值 (Power Rating), 以功率散逸 (Power Dissipation) 而言 P = W/t = VQ/t = V*I P Z = V Z * I Z 例如,12V 的稽納二極體有 21 ma 的電流, 則其功率散逸 P Z = V Z * I Z = 12V * 21 ma = 252 mw (Watt) 23. Tsing-Shien Sheu

稽納額定值 稽納二極體中的功率散逸 (Power Dissipation) 必須始終小於功率額定值 稽納的功率額定值以 P ZM 表示 稽納二極體可運作的最大電流 I ZM 以下式示之 : 24. Tsing-Shien Sheu

稽納額定值 超過 I ZM (76 ma) 值意謂稽納二極體將燒毀 另一個重要的稽納額定值是稽納阻抗, 以 R Z 表示 稽納阻抗以一個小電阻串聯稽納二極體表示, 以 Fig. 3-4 所示 R Z 的效果是當稽納電流改變時, 將發生稽納電壓微小 (Fig. 3-3) 的變化 25. Tsing-Shien Sheu

26. Tsing-Shien Sheu

A: 計算題 3 以 1N4742A 稽納二極體為例 : I ZT = 21 ma; V Z = - 12 V I ZM = 76 ma 27. Tsing-Shien Sheu

8-3 稽納二極體的應用 圖 3-5 顯示一個使用 6.2V 稽納二極體的無負載電壓調節器 稽納二極體是逆向偏壓,V in 的正端經串聯限流電阻 R S 而接在稽納二極體的陰極 稽納電流 28. Tsing-Shien Sheu

- 逆向 + 29. Tsing-Shien Sheu

圖 3-5 顯示一個使用 6.2V 稽納二極體的無負載電壓調節器 稽納二極體是逆向偏壓,V in (25 50V) 的正端經串聯限流電阻 R S 而接在稽納二極體的陰極 稽納電流 : I Z = V in V Z / R S = 50 V 6.2 V / 1 kω = 43.8 ma 30. Tsing-Shien Sheu

若輸入電壓 V in 改變, 則稽納電流 I Z 亦隨之改變 然而,V Z (6.2V) 仍保持 相當的穩定值 稽納電壓 V Z 有任何波動, 是由於稽 納電阻 R Z 兩端之微小電壓降變化之 故 31. Tsing-Shien Sheu

第一與第二近似模型 第一種近似模型是把稽納二極體當作是零內電阻 (R Z = 0 Ω) 的定電壓源 在偵錯或簡單設計電路時, 通常以第一種近似模型就足了 32. Tsing-Shien Sheu

第二種近似模型則包含一個稽納內電阻 R Z 稽納電壓的變化量可用 (3-3) 式計算 V Z 稽納電壓的變化量 I Z 稽納電流的變化量 33. Tsing-Shien Sheu

稽納總電壓可用 (3-4) 式計算 V out = V Z + I Z * R Z V out 代表輸出總電壓, 包含 I Z * R Z 的效應 34. Tsing-Shien Sheu

A: 計算題 4 35. Tsing-Shien Sheu

- 逆向 + 36. Tsing-Shien Sheu

計算題 5 無負載電壓調節器 - + 37. Tsing-Shien Sheu

38. Tsing-Shien Sheu

A: 計算題 5 T: Total/ 總 S: Series/ 串 R S : 限流電阻 Z: Zener I Zmin. 39. Tsing-Shien Sheu

I Z max. 40. Tsing-Shien Sheu

I Z V Z 為定值 41. Tsing-Shien Sheu

42. Tsing-Shien Sheu

有負載電壓調節器 R L 跨接於稽納二極體兩端 ( 如下圖 ), 負 載電壓 V L 等於稽納二極體電壓 V Z, 或者 V L =V Z ( 並聯 / Parallel; L: Load) 跨在串聯 (Series) 電阻 R S 兩端之電壓降 為 : V S = V in V Z 43. Tsing-Shien Sheu

44. Tsing-Shien Sheu

因此, 流經串聯電阻的電流 I S 可計算如下 : 45. Tsing-Shien Sheu

46. Tsing-Shien Sheu

為計算負載電壓調節器中的電流, 首先應計算 I S, 然後 I L, 最後再算出稽納電流 I Z 並聯電路之總電流等於各分支電流之總和 I S = I Z + I L 47. Tsing-Shien Sheu

課後重點整理 當 LED 順向偏壓時, 電子和電洞在接面結合 ; 當電子從 n 區跨越到 p 區, 它們掉入電洞, 掉落的電子以光的形式釋出能量 LED 的障壁電壓 V B 範圍在 1.5V 到 2.5V 之間, 由 LED 的顏色及順向電流量決定 LED 的崩潰電壓額定值 V BR 相當低, 大約於 -3V 到 -15V 之間 稽納二極體一般為逆向偏壓, 主要的應用在於電壓調節電路中 無論輸入電壓或負載電流如何變化, 稽納二極體將保持定值電壓 Ch. 09/ Electronics 48. Tsing-Shien Sheu

49. Tsing-Shien Sheu

A: 計算題 6 R L = 150 Ω 250 Ω 50. Tsing-Shien Sheu

51. Tsing-Shien Sheu

P = W / t = V Q / t = V I 52. Tsing-Shien Sheu

V in V Z R S R L I S I L I Z P Z 15V 7.5V 100Ω 150Ω 75mA 50mA 25mA 187.5 mw 15V 7.5V 100Ω 250Ω 75mA 30mA 45mA 337.5 mw 53. Tsing-Shien Sheu

計算題 7 54. Tsing-Shien Sheu

A: 計算題 7 55. Tsing-Shien Sheu

56. Tsing-Shien Sheu

V in V Z R S R L I S I L I Z P Z 16V 10V 100Ω 200Ω 60mA 50mA 10mA 187.5 mw 16V 10V 100Ω 500Ω 60mA 20mA 40mA 337.5 mw 57. Tsing-Shien Sheu

58. Tsing-Shien Sheu

課後重點整理 當 LED 順向偏壓時, 電子和電洞在接面結合 ; 當電子從 n 區跨越到 p 區, 它們掉入電洞, 掉落的電子以光的形式釋出能量 LED 的障壁電壓 V B 範圍在 1.5V 到 2.5V 之間, 由 LED 的顏色及順向電流量決定 LED 的崩潰電壓額定值 V BR 相當低, 大約於 -3V 到 -15V 之間 稽納二極體一般為逆向偏壓, 主要的應用在於電壓調節電路中 無論輸入電壓或負載電流如何變化, 稽納二極體將保持定值電壓 Ch. 09/ Electronics 59. Tsing-Shien Sheu

60. Tsing-Shien Sheu