电子器件复习整理

电子器件第一章稳压器件图1-3稳压电路的稳压原理：引起电压不稳定的因素包括电源电压的波动和负载电流的变化等。假如电源电压iU增加，则LU随之增加。但因稳压二极管处于稳压区击穿状态，当LU稍有增加时，ZI就显著增加，因此导致图1-3稳压二极管构成的R上的压降增加，从而抵偿iU的增加，使LU保持最简单的稳压电路近似不变。反之，iU减小时亦然。同理，若iU不变，负载电流LI增大时，则R上的压降增大，LU因而减小。但LU稍有减小，ZI便显著减小，从而抵偿LI的增大，使通过R的电流和压降保持近似不变，因此LU也几乎不变。负载电流减小时，稳压过程类似。归纳起来，不管是哪种因素引起LU变化，经过如下的负反馈过程：LRZLUUIU最后都会使LU趋于近似不变，从而起到稳压作用。图1-5线性稳压电路的稳压原理：这是最简单的晶体管串联式稳压电路。其中，R和VS组成基本稳压电路，为调整管VT的基极提供稳定的基准电压ZU。而VT的LZbeUUU。假定由于某种因素导致LU上升（下降也类似），因ZU不变，于是beU减小，则bI和cI也减小，从而使负载电压LU回落，保持图1-5带射极跟随器的稳压电路近似不变。其反馈过程或自动调整过程如下：LcbbeLUIIUU图1-20由TL431构成的可调输出稳压电路的稳压原理:TL431的内部含有一个2.5V的基准电压，当在R端引入输出反馈时，通过阴极K到阳极A较宽范围的分流，控制输出电压。若oU上升，则反馈量增大，TL431的分流也增大，从而又导致oU下降。显然，这个负反馈在R端电压等于2.5V处稳定。选择不同的图1-20可调输出稳压电路HI1R和2R的值即可得到2.5~36V范围内的任意电压输出。需要注意的是，选择电阻R时必须保证TL431的工作条件，就是通过阴极的电流KAI应在1.0~100mA之间。图1-16电路的电平移动原理：稳压二极管和一个电阻组成电平转移电路，把信号电平从0~9V变换成+5~0V，从而可与TTL电路相连。当1U=0V时，稳压二极管DU所受反向电压小于9V，未被击穿，2U=+5V；当1U=-9V时，稳压二极管DU所受反向电压大于9V，反向击穿，DU工作在稳压状态，2U=1U+ZU=-9+9=0V。由图所图1-16数字电路中的电平转移示波形可以看出，通过电平转移电路后信号波形不变，但电平上移了。电平转移时，信号幅值可根据后级的要求而变，但只能减小，不能增大。第二章恒流器件推导单管恒流电路中R的取值范围：图中所示为由单个恒流二极管构成的恒流电路，只要使恒流二极管VDR工作在恒流区，电阻R上便可流过恒定电流HI。显然，R的取值范围应满足如下关系：SHURIUmin图2-5单管恒流电路SHURIUmax即HSHBIUURIUUminmax其中，SU为恒流二极管起始电压，BU为恒流二极管的击穿电压。图2-9(c)电路的恒流原理：图中所示是一种高精度的恒流电路，在VT的1的情况下，可把单管的恒定电流HI扩大成输出恒流RUUIbeZOH/)(，其中ZU为稳压二极管的稳定电压，eR是射极电阻。恒流原理：假定由于某种原因导致OHI增加，则eI也增加，射极电位eU必然升高。但ZU几乎不变，于是eZbeUUU减小，bI也随之减小，因此抑制了cI的增加，从而使OHI稳定。过程如下：OHcbbezeeOHIIIUUUII)(不变图2-9（c）大电流恒流电路（高精度恒流电路）图2-10(b)电路的恒流及扩压原理：图中所示是一种耐高压、输出功率大的恒流电路。恒流原理：VDR、1VT、2VT和eR组成的电路起恒流作用，要求辅助电源VUESb1.2（其中SU为恒流管的起始电压，V1.2是三只晶体管的beU之和）。若OHI增加，则0VT的射极电流eI增加，eU也随之增大，但由于bE保持不变，所以0VT的beU减小，则bI减小，cI也减小，即OHI减小，实现恒流。扩压原理：用高反压晶体管0VT（也可用场效应晶体管）来承受高电压，要求0VT的CEOBU大于E，电路的击穿电压大大提高了，即该恒流电路的电压范围展宽了。图2-10（b）宽电压恒流电路（大电流输出）图2-22所示电路的原理：图中所示为可调恒流管在电子秤传感电桥中的应用实例。电路中，力敏传感器由4只接作桥路的电阻应变片41~RR构成。电桥采用恒流、稳压供电。输入电图2-22可调恒流管在电子秤中的应用压为24V直流电压。调整电位器RP，可使可调恒流管输出mAIH40的恒定电流。其中，流过稳压二极管的电流mAIZ10，而流过传感器电桥的电流mAIS30。在称重时，应变片发生应变，传感器产生相应的输出电压OU，再送至检测仪表，显示出被测物体的重量。由于供桥电压是用恒流与稳压方式获得的，七稳定度可达0.05%，因此可保证称重比较准确。第三章单结晶体管简述图3-3电路的工作原理，并推出R的取值范围：电路由一个单结晶体管和RC充放电回路组成。其中1R是负载电阻，2R是温度补偿电阻。在满足振荡条件的情况下，电容C两端和电阻1R两端可分别得到连续的锯齿波电压和正的尖峰脉冲电压。图3-3单结晶体管张弛振荡电路及其电压波形振荡原理：电源E未接通以前，假定电容上的电压cU为零。当电源接通后，电源E通过1R、2R加到单结晶体管的两个基极上，并通过电阻R以时间常数RC对电容C充电，电容上的电压逐渐升高。在PecUUU（峰点电压）的区域，单结晶体管VU处于截止状态，电阻1R上基本无电流流过，输出电压00U。随着电容两端电压的上升，当达到PecUUU时，单结晶体管VU开始导通，电容C便通过VU内部的PN结、电阻1bR及外部电阻1R放电。由于这两个电阻的阻值都很小，所以放电速度很快，于是cU由最大值迅速下降，并在1R上形成一个尖脉冲电压。在电容放电过程中，eU急剧下降，当VecUUU（谷点电压）时，VU跳变到截止区。至此完成一次振荡。此后电容又被电源重新充电（只是起始电压不为零，而是从VU开始），如此周而复始，便形成如图所示的周期性振荡电压波形。R的取值范围：单结晶体管的负阻特性是形成振荡的基础，但要产生连续振荡，还必须保证在电容C的充放电过程中单结晶体管能够可靠的导通和截止。为此，在PeUU时，通过电阻R流入VU的电流必须大于其峰点电流PI，即PPIRUE/)(或PPIUER/)(max这是保证VU由截止变导通的条件。而当VU由导通变截止时，通过电阻R流入VU的电流必须小于其谷点电流VI，即VPIRUE/)(或VVIUER/)(min否则VU不能截止。因此，若要电路产生连续振荡，电阻R应满足如下条件：maxminRRR若maxRR，则VU无法导通而进入负阻区；若minRR，则VU无法截止。一般R值的范围大约在Mk2~2。在R和C可自由选择的情况下，通常取PVVPVPVIIEEUEIIUEUERRR))(())((maxmin图3-4电路的工作原理：图3-4单结晶体管用于可控整流的实例图中，交流市电经全波整流和稳压二极管削波后变为梯形波电压，它既作为单结晶体管的电源电压，又用于实现触发电路与主电路的同步。每当交流电压的半个周期开始时，整流后的直流电压DU经R对C充电，当CU达到峰点电压PU时，单结晶体管导通形成张弛振荡，输出的尖峰脉冲u用于控制晶闸管的开启导通，直至半周结束，DU回到零，晶闸管截止关闭。下半个周期重复上述过程。如此周而复始，在负载LR上形成脉动直流输出。调整电阻R的数值可改变电容C的充电快慢，从而改变晶闸管初始导通角的大小（即导通时间与RC有关，）使主电路的输出直流平均电压连续可调。为防止调整RP时张弛振荡器停振，在k50电位器上串联了一个k1电阻。注意，电路中同步变压器的作用，是保证主电路和触发电路的电源电压同时过零（即两者同步），使电容在每半个周期均从零开始充电，从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同，以使输出平均电压不变。稳压二极管的作用，是将整流后的电压变成梯形波，以使单结晶体管的工作电压稳定在稳压二极管的稳压值上，从而保证单结晶体管产生的脉冲幅度和每半个周期产生第一脉冲的时间不受交流电源电压变化的影响。每半个周期中，单结晶体管可能产生一系列触发脉冲，但只有第一个起作用。因为晶闸管一旦被触发导通，在阳极电压足够大的情况下，即使去掉触发信号，仍能维持导通状态。图3-10电路的工作原理：图中所示为一个由单结晶体管与晶体管组成的单稳态触发器。未加触发脉冲时，电路处于稳态，即晶体管VT饱和，输出低电平。适当选择1R和2R，可使单结晶体管VU的发射极电压eU稍低于其峰点电压PU，于是VU截止。而电容C被充电，因此a点电位高图3-10单结晶体管单稳态触发器于b点。当一个幅度足够大的负脉冲加到VU的基极2b时，PU突然降低，导致DbbPeUUUU，因此VU导通，使得a点接近于地电位，而b点（低于a点）对地为负。于是电容C经VU和VT放电，VT被反偏而截止，输出由低电平跳到高电平，电路进入暂稳态。触发脉冲过后，VU再次截止，电容C又被充电，经过一定时间后，VT再次导通，输出端又由高电平跳到低电平，电路恢复到原来的稳定状态。第四章隧道二极管图4-7电路的振荡原理：(a)(b)(c)图4-7隧道二极管多谢振荡器由隧道二极管构成的多谐振荡器的基本电路如图(a)所示，要产生自激振荡，所用电压E和电阻R，应使直流负载线与二极管的伏安特性曲线只有一个交点即平衡点，且此平衡点应位于负阻区，这样才能使电路没有稳定的直流状态。此外，要产生多谐振荡还需要满足如下条件：ddSSCrRRLL式中，SR为隧道二极管引线和半导体材料的电阻；SL为引线电感；dC是结电容；dr为负载区的典型负电阻。上式表明，电感的时间常数需大于电容的时间常数。改变L取值，可形成不同的输出波形，通常L大时为方脉冲，L较小时为正弦波，L过小时不振荡。振荡过程：图(c)所示为隧道二极管典型的伏安特性曲线。设电源刚接通时，工作点位于0点，于是它将沿特性曲线上升，这时电感L充电。当工作点到达B点（不稳端）时，它会迅速投向D点。从B到D时0C的快速充电过程，L的电流几乎不变。到达D点后，工作点将沿曲线向F点移动，此时电感L释放能量。当到达F点（不稳端）时，它会迅速投向G点，这是0C的快速放电过程。到达G点后，工作点将再次沿曲线自G向B移动，如此周而复始，形成振荡。图4-9电路的振荡原理:电源接通瞬间，因晶体管VT截止，oU输出高电平，电容C被充电。在隧道二极管电压dU低于峰点电压PU时，隧道二极管的等效电阻远小于2R，只有二级管电流。当PdUU时，二级管电流急剧减小，VT迅速导通，oU输出低电平，C通过1R和2R放电，直至VT截止，一个周期终了。如此周而复始，形成振荡，输出方波。其振荡周期和输出幅度分别为图4-9多谐振荡器)1ln(2OPIITLPORIEU式中)/(),//(,2112LOLRRREIRRRrrC图4-19电路的工作原理：图4-19隧道二极管过电流保护电路及其伏安特性图中晶体管VT和负载电阻LR是串联的，利用隧道二极管电压的变化控制VT，进行保护。如伏安特性图所示，在限制电流（即隧道二极管的逢点电流）PI以下时，隧道二极管工作在低电压1dU状态，在这种情况下，晶体管VT由于1E而处于导通状态，负载有输出。当隧道二极管的电流dI超过PI时，隧道二极管上的电压便迅速升高为2dU。于是，晶体管VT的beU变得非常小，同时2E通过2R对VT加反向偏压，因此VT截止，使负载输出电压为零。这个过程也可简要表示如下：截止反偏）（且过电流VTEUUIbedL2采用这种电路，保护快速，过电流切断一般只需几微秒，远快于熔丝的速度。S是复位开关，在保护之后按动该按钮，可将隧道二极管的工作点由B点移回初始位置A处。第五章光敏器件图5-17(a)电路的工作原理：图中光敏二极管受反向电压，调制光弱时，只有很小的饱和反向漏