1半导体二极管及其应用
半导体发光二极管工作原理特性及应用
半导体发光二极管工作原理特性及应用一、工作原理LED基于半导体材料在电场下的直接复合或间接复合发光原理。
当一定电压施加于LED两端时，导电层中载流子（电子、空穴）通过电场获得足够的能量，与另一种类型的载流子发生复合，从而产生辐射能，实现光的发射。
LED的发光原理可分为直接发光和间接发光两种。
直接发光是指电子直接复合空穴，发射光子而产生发光。
间接发光是指电子向导带跃迁，空穴向价带跃迁，电子与空穴在晶格振动中发生“捕获释放”而使光子发生跃迁，从而发出光。
二、特性1.发光效率高：LED可以将大部分电能转化为光能，比传统光源如白炽灯、荧光灯的发光效率更高。
2.寿命长：LED的寿命远远超过传统光源，一般可达到几万小时或几十万小时。
3.节能环保：LED具有低功耗、低热量、无汞等特点，对环境友好，节能效果显著。
4.可调性强：通过控制电流的大小，可以调节LED的亮度，实现不同场景的照明需求。
三、应用1.照明领域：由于LED具有低功耗、寿命长等优势，被广泛应用于室内外照明，如家庭照明、商业照明、街道照明等。
2.显示屏幕：LED在显示技术中应用广泛，如大屏幕显示、电子标牌、室内外广告屏等。
3.信号指示灯：LED的快速开关特性使其非常适用于信号指示灯的应用，如交通信号灯、电子设备指示灯等。
4.汽车照明：LED不仅可应用于车灯照明，还可以用于仪表盘背光、内饰照明等方面，具有节能、环保等优势。
5.光通信：LED的发光效率高、频响特性好，适合用于短距离的光通信，如红外线通信、光纤通信等。
6.生物医学应用：LED在生物医学中的应用越来越广泛，如光疗、光动力学治疗等。
总结：LED具有工作原理简单、特性突出等优势，正在逐渐替代传统光源成为新一代照明和显示技术的主流。
随着半导体技术的不断进步，LED还将在更多领域得到应用，为人们的生活带来更多的便利和舒适。
第1章__半导体二极管及其应用习题解答
第1章半导体二极管及其基本电路自测题判断下列说法是否正确，用“√”和“?”表示判断结果填入空内1. 半导体中的空穴是带正电的离子。
（?）2. 温度升高后，本征半导体内自由电子和空穴数目都增多，且增量相等。
（√）3. 因为P型半导体的多子是空穴，所以它带正电。
（?）4. 在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。
（√）5. PN结的单向导电性只有在外加电压时才能体现出来。
（√）选择填空1. N型半导体中多数载流子是 A ；P型半导体中多数载流子是B。
A．自由电子 B．空穴2. N型半导体C；P型半导体C。
A．带正电 B．带负电 C．呈电中性3. 在掺杂半导体中，多子的浓度主要取决于B，而少子的浓度则受 A 的影响很大。
A．温度 B．掺杂浓度 C．掺杂工艺 D．晶体缺陷4. PN结中扩散电流方向是A；漂移电流方向是B。
A．从P区到N区 B．从N区到P区5. 当PN结未加外部电压时，扩散电流C飘移电流。
A．大于 B．小于 C．等于6. 当PN结外加正向电压时，扩散电流A漂移电流，耗尽层E；当PN结外加反向电压时，扩散电流B漂移电流，耗尽层D。
A．大于 B．小于 C．等于D．变宽 E．变窄 F．不变7. 二极管的正向电阻B，反向电阻A。
A．大 B．小8. 当温度升高时，二极管的正向电压B，反向电流A。
A．增大 B．减小 C．基本不变9. 稳压管的稳压区是其工作在C状态。
A．正向导通 B．反向截止 C．反向击穿有A、B、C三个二极管，测得它们的反向电流分别是2?A、0.5?A、5?A；在外加相同的正向电压时，电流分别为10mA、 30mA、15mA。
比较而言，哪个管子的性能最好【解】：二极管在外加相同的正向电压下电流越大，其正向电阻越小；反向电流越小，其单向导电性越好。
所以B管的性能最好。
题习题1试求图所示各电路的输出电压值U O，设二极管的性能理想。
5VVD+-3k ΩU OVD7V5V +-3k ΩU O5V1VVD +-3k ΩU O（a ） （b ） （c ）10V5VVD3k Ω+._O U 2k Ω6V9VVD VD +-123k ΩU OVD VD 5V7V+-123k ΩU O（d ） （e ） （f ）图【解】：二极管电路，通过比较二极管两个电极的电位高低判断二极管工作在导通还是截止状态。
模拟电子技能技术总结习题及答案
精心整理模拟电子技术第1章半导体二极管及其基本应用1．1填空题1．半导体中有空穴和自由电子两种载流子参与导电。
2．本征半导体中，若掺入微量的五价元素，则形成N型半导体，其多数载流子是电子；若掺入微量的三价元素，则形成P型半导体，其多数载流子是空穴。
3．PN结在正偏时导通反偏时截止，这种特性称为单向导电性。
456781．1A2．A3A4A5A1．12341．1值。
解：(a)二极管正向导通，所以输出电压U＝(6—0.7)V＝5.3V。
(b)令二极管断开，可得UP ＝6V、UN＝10V，UP<UN，所以二极管反向偏压而截止，U＝10V。
(c)令V1、V2均断开，UN1＝0V、UN2＝6V、UP＝10V，UP—UN1>Up—UN2，故V1优先导通后，V2截止，所以输出电压U＝0.7V。
2．电路如图T1．2所示，二极管具有理想特性，已知ui＝(sinωt)V，试对应画出ui 、u、iD的波形。
解：输入电压ui 为正半周时，二极管正偏导通，所以二极管两端压降为零，即u＝0，而流过二极管的电流iD ＝ui／R，为半波正弦波，其最大值IDm＝10V／1kΩ＝10mA；当ui为负半周时，二极管反偏截止，iD ＝0，u＝ui为半波正弦波。
因此可画出电压u电流iD的波形如图(b)所示。
3．稳压二极管电路如图T1．3所示，已知UZ ＝5V，IZ＝5mA，电压表中流过的电流忽略不计。
试求当开关s断开和闭合时，电压表和电流表、读数分别为多大?解：当开关S断开，R2支路不通，IA2＝0，此时R1与稳压二极管V相串联，因此由图可得可见稳定二极管处于稳压状态，所以电压表的读数为5V。
当开关S闭合，令稳压二极管开路，可求得R2两端压降为故稳压二极管不能被反向击穿而处于反向截止状态，因此，R1、R2构成串联电路，电流表A1、A2的读数相同，即而电压表的读数，即R2两端压降为3.6V。
第2章半导体三极管及其基本应用2．1填空题12种载流子参与导电。
《模拟电子技术》(第3版)课件与教案 第1章
第1章 半导体二极管及其应用试确定图（a ）、（b ）所示电路中二极管D 是处于正偏还是反偏状态，并计算A 、B 、C 、D 各点的电位。
设二极管的正向导通压降V D(on) ＝。
解：如图E1.1所示，断开二极管，利用电位计算的方法，计算二极管开始工作前的外加电压，将电路中的二极管用恒压降模型等效，有（a ）V D1＇＝（12－0）V ＝12V ＞0.7V ，D 1正偏导通，)7.02.22.28.17.012(A +⨯+-=VV B ＝V A －V D(on)）V ＝6. 215V（b ）V D2＇＝（0－12）V ＝－12V ＜0.7V ，D 2反偏截止，有V C ＝12V ，V D ＝0V二极管电路如图所示，设二极管的正向导通压降V D(on) ＝，试确定各电路中二极管D 的工作状态，并计算电路的输出电压V O 。
解：如图E1.2所示，将电路中连接的二极管开路，计算二极管的端电压，有 （a ）V D1＇＝[－9－（－12）]V ＝3V ＞0.7V ，D 1正偏导通V O1（b ）V D2＇＝[－3－（－29）]V ＝1.5V ＞0.7V ，D 2正偏导通V O2图E1.2（c）V D3＇＝9V＞0.7V，V D4＇＝[9－（－6）]V＝15V＞0.7V，V D4＇＞V D3＇，D4首先导通。
D4导通后，V D3＇＇＝（0.7－6）V＝－5.3V＜，D3反偏截止，V O3。
二极管电路如图所示，设二极管是理想的，输入信号v i=10sinωt V，试画出输出信号v O的波形。
图E1.3解：如图E1.3所示电路，二极管的工作状态取决于电路中的输入信号v i的变化。
（a）当v i＜0时，D1反偏截止，v O1＝0；当v i＞0时，D1正偏导通，v O1＝v i。
（b）当v i＜0时，D2反偏截止，v O2＝v i；当v i＞0时，D2正偏导通，v O2＝0。
（c）当v i＜0时，D3正偏导通，v O3＝v i；当v i＞0时，D3反偏截止，v O3＝0。
模拟电子技术基础习题
10．稳压管工作在伏安特性的__反_向__击_穿__区，在该区内 的反向电流有较大变化，但它两端的电压_基_本__不__变_。
11．理想二极管正向电阻为____0____，反向电阻为 _无__穷__大__，这两种状态相当于一个___开_关___。
二、选择题
1．当晶体管的两个PN结都反偏时，则晶体管处于
(
)。
A.截止状态 B.饱和状态 C.放大状态 D.击穿
2．当晶体管的两个PN结都正偏时，则晶体管处于
(
)。
A.截止状态 B.饱和状态 C.放大状态 D.击穿
3.测得放大电路中某晶体管三个电极对地的电位分别 为6V、5.3V和-6V，则该晶体管的类型为（ ）。
5.当晶体管工作在＿＿放＿大＿区时，IC ≈βIB，条件
是发射极＿＿正＿向＿偏置，集电极＿＿反＿向＿偏置。
6.当晶体管工作在＿＿截＿止＿区时，IC≈0；条件是发
射极＿反＿向＿ 偏置或发射结电压 小于 死区电压， 集电极＿＿＿反偏向置。
7.当是晶发体射管极工＿作正＿在向＿＿＿＿饱偏＿和置＿，区集时电，极U＿CE＿正≈＿向0，＿条偏件置。
（u标2出极2性0）2，s并in求：t ( V )，试画出图中4只二极管和滤波电容
（1）正常工作时，Uo =？ 24V
（2）若电容脱焊，Uo=？ 18V
（3）若RL开路，Uo =？
28V
（4）若其中一个二极管短路，电路会有什么后果？
电路的u2将被短路，会烧毁器件。
8. 试分析图示电路的工作原理， 标出电容电压的极性和数 值，并标出电路能输出几倍压的输出电压和极性。
《模拟电子技术基础(第3版_陈梓城)》多媒体课件 第1章 半导体二极管及其应用
1.1.2 半导体二极管的结构、类型、电路符号 一、半导体二极管的内部结构示意图
以PN结为管芯，在P区和N区均接上电极引线，并以外 壳封装，就制成了半导体二极管，简称二极管。
从P区接出的引线称为二极管的阳极（Anode）,从N区接 出的引线称为阴极（Cathode）。
图1.1.4 二极管内部结构示意图、电路符号、实物图 (a)内部结构 (b)图形符号 （c）整流二极管实物图
3.掺杂特性 本征半导体的导电能力差，但是在本征半导体中掺入
某种微量元素（杂质）后，它的导电能力可增加几十万甚 至几百万倍。
人们正是通过掺入某些特定的杂质元素，精确地控制 半导体的导电能力，制成各种性质、用途的半导体器件。
图1.1.2 掺杂半导体共价键结构示意图 (a)N型半导体 (b)P型半导体
当温度下降时，半导体材料的导电能力显著下降。利 用半导体对温度十分敏感的特性，制成了工业自动控制装 置中常用的热敏电阻。
1.1 半导体二极管
2. 光敏特性 某些半导体，受到光照时，半导体就像导体一样，导电
能力很强；当没有光线照射时，就像绝缘体一样不导电，这 种特性称为“光敏”特性。光照强度越强，半导体的导电性 能越好。
图1.1.3 N型半导体和P型半导体简化结构示意图 (a)N型半导体简化结构示意图 (b)P型半导体简化结构示意图
N型半导体是否带负电？为什么？
三、PN结及其单向导电性
如果通过一定的生产工艺把半导体的P区和N区部分结合 在一起，则它们的交界处就会形成一个很薄的空间电荷区， 称为PN结（PN Juntion）。 PN结具有单向导电性，外加偏置 电压，正偏导通，反偏截止。即P区电位高于N区，PN结通导， 相当于开关闭合；P区电位低于N区电位，PN结截止，相当于 开关断开。
第1章 半导体二极管及其应用习题解答
第1章半导体二极管及其基本电路1.1 教学内容与要求本章介绍了半导体基础知识、半导体二极管及其基本应用和几种特殊二极管。
教学内容与教学要求如表1.1所示。
要求正确理解杂质半导体中载流子的形成、载流子的浓度与温度的关系以及PN结的形成过程。
主要掌握半导体二极管在电路中的应用。
表1.1 第1章教学内容与要求1.2 内容提要1.2.1半导体的基础知识1．本征半导体高度提纯、结构完整的半导体单晶体叫做本征半导体。
常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)。
本征半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。
自由电子和空穴是成对出现的，称为电子空穴对，它们的浓度相等。
本征半导体的载流子浓度受温度的影响很大，随着温度的升高，载流子的浓度基本按指数规律增加。
但本征半导体中载流子的浓度很低，导电能力仍然很差，2．杂质半导体(1) N型半导体本征半导体中，掺入微量的五价元素构成N型半导体，N型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴。
N型半导体呈电中性。
(2) P型半导体本征半导体中，掺入微量的三价元素构成P型半导体。
P型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。
P型半导体呈电中性。
在杂质半导体中，多子浓度主要取决于掺入杂质的浓度，掺入杂质越多，多子浓度就越大。
而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于温度，温度越高，少子浓度越大。
1.2.2 PN结及其特性1．PN结的形成在一块本征半导体上，通过一定的工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体，在P型区和N型区的交界处就会形成一个极薄的空间电荷层，称为PN 结。
PN 结是构成其它半导体器件的基础。
2．PN 结的单向导电性PN 结具有单向导电性。
外加正向电压时，电阻很小，正向电流是多子的扩散电流，数值很大，PN 结导通；外加反向电压时，电阻很大，反向电流是少子的漂移电流，数值很小，PN 结几乎截止。
3. PN 结的伏安特性PN 结的伏安特性： )1(TS -=U U eI I式中，U 的参考方向为P 区正，N 区负，I 的参考方向为从P 区指向N 区；I S 在数值上等于反向饱和电流；U T =KT /q ，为温度电压当量，在常温下，U T ≈26mV。
二极管工作原理及应用
二极管工作原理及应用一、工作原理二极管是一种半导体器件，由P型半导体和N型半导体组成。
P型半导体中的杂质掺入物通常是三价元素，如硼（B），而N型半导体中的杂质掺入物通常是五价元素，如磷（P）。
当P型半导体和N型半导体通过PN结连接在一起时，形成为了二极管。
在二极管中，P型半导体的空穴浓度高于N型半导体的电子浓度。
当二极管处于正向偏置时，即P端连接正电压，N端连接负电压，空穴和电子会向PN结区域挪移。
由于PN结区域的电场力的作用，电子会被吸引到P端，而空穴则会被吸引到N端。
在PN结区域形成为了一个无载流子的区域，称为耗尽区。
在耗尽区形成的电场形成为了一个电势垒，阻挠了电子和空穴的进一步挪移。
当二极管处于反向偏置时，即P端连接负电压，N端连接正电压，电子和空穴不会被PN结区域的电场力吸引，而是会被推向远离PN结的区域。
这导致PN结区域的耗尽区变得更宽，电势垒变得更高，形成为了一个高阻抗状态。
在这种情况下，二极管几乎不会导通电流。
二、应用1. 整流器：二极管的最常见应用之一是作为整流器。
在交流电源中，通过将二极管连接在电路中，可以将交流电转换为直流电。
当交流电的正半周时，二极管处于正向偏置，导通电流；当交流电的负半周时，二极管处于反向偏置，不导通电流。
这样，惟独正向的半周通过二极管，输出的电流为单向的直流电。
2. 信号检测器：由于二极管在正向偏置时导通电流，在反向偏置时不导通电流，因此可以用作信号检测器。
当一个信号被输入到二极管中，惟独当信号的幅值超过二极管的正向压降时，二极管才会导通电流。
这样，可以通过二极管将信号转换为脉冲信号，用于进一步处理或者传输。
3. 发光二极管（LED）：发光二极管是一种特殊的二极管，当电流通过时，会发出可见光。
发光二极管广泛应用于指示灯、显示屏、照明等领域。
通过控制电流的大小，可以调节LED的亮度和颜色。
4. 太阳能电池：太阳能电池也是一种二极管。
当太阳光照射到太阳能电池上时，光子会激发电池中的电子，使其跃迁到导带中，形成电流。
模拟电子技术基础目录
模拟电子技术基础目录模拟电子技术基础目录模拟电子技术基础目录前言教学建议第1章半导体二极管及其应用1.1 半导体物理基础知识1.1.1 本征半导体1.1.2 杂质半导体1.2 pn结1.2.1 pn结的形成1.2.2 pn结的单向导电性1.2.3 pn结的反向击穿特性1.2.4 pn结的电容特性1.3 半导体二极管及其基本电路1.3.1 半导体二极管的伏安特性曲线1.3.2 半导体二极管的主要参数1.3.3 半导体二极管的电路模型1.3.4 二极管基本应用电路1.4 特殊二极管1.4.1 稳压二极管.1.4.2 变容二极管1.4.3 光电二极管1.4.4 发光二极管思考题习题第2章双极型晶体管及其放大电路2.1 双极型晶体管的工作原理2.1.1 双极型晶体管的结构2.1.2 双极型晶体管的工作原理2.2 晶体管的特性曲线2.2.1 共射极输出特性曲线2.2.2 共射极输入特性曲线2.2.3 温度对晶体管特性的影响2.2.4 晶体管的主要参数2.3 晶体管放大电路的放大原理2.3.1 放大电路的组成2.3.2 静态工作点的作用2.3.3 晶体管放大电路的放大原理2.3.4 基本放大电路的组成原则2.3.5 直流通路和交流通路2.4 放大电路的静态分析和设计2.4.1 晶体管的直流模型及静态工作点的估算2.4.2 静态工作点的图解分析法2.4.3 晶体管工作状态的判断方法2.4.4 放大状态下的直流偏置电路2.5 共射放大电路的动态分析和设计2.5.1 交流图解分析法2.5.2 放大电路的动态范围和非线性失真2.5.3 晶体管的交流小信号模型2.5.4 等效电路法分析共射放大电路2.5.5 共射放大电路的设计实例2.6 共集放大电路（射极输出器）2.7 共基放大电路2.8 多级放大电路2.8.1 级间耦合方式2.8.2 多级放大电路的性能指标计算2.8.3 常见的组合放大电路思考题习题第3章场效应晶体管及其放大电路3.1 场效应晶体管3.1.1 结型场效应管3.1.2 绝缘栅场效应管3.1.3 场效应管的参数3.2 场效应管工作状态分析及其偏置电路3.2.1 场效应管工作状态分析3.2.2 场效应管的偏置电路3.3 场效应管放大电路3.3.1 场效应管的低频小信号模型3.3.2 共源放大电路3.3.3 共漏放大电路思考题习题第4章放大电路的频率响应和噪声4.1 放大电路的频率响应和频率失真4.1.1 放大电路的幅频响应和幅频失真4.1.2 放大电路的相频响应和相频失真4.1.3 波特图4.2 晶体管的高频小信号模型和高频参数4.2.1 晶体管的高频小信号模型4.2.2 晶体管的高频参数4.3 晶体管放大电路的频率响应4.3.1 共射放大电路的频率响应4.3.2 共基、共集放大器的频率响应4.4 场效应管放大电路的频率响应4.4.1 场效应管的高频小信号等效电路4.4.2 共源放大电路的频率响应4.5 多级放大器的频率响应4.5.1 多级放大电路的上限频率4.5.2 多级放大电路的下限频率4.6 放大电路的噪声4.6.1 电子元件的噪声4.6.2 噪声的度量思考题习题第5章集成运算放大电路5.1 集成运算放大电路的特点5.2 电流源电路5.3 以电流源为有源负载的放大电路5.4 差动放大电路5.4.1 零点漂移现象5.4.2 差动放大电路的工作原理及性能分析5.4.3 具有电流源的差动放大电路5.4.4 差动放大电路的大信号分析5.4.5 差动放大电路的失调和温漂5.5 复合管及其放大电路5.6 集成运算放大电路的输出级电路5.7 集成运算放大电路举例5.7.1 双极型集成运算放大电路f0075.7.2 cmos集成运算放大电路mc145735.8 集成运算放大电路的外部特性及其理想化5.8.1 集成运放的模型5.8.2 集成运放的主要性能指标5.8.3 理想集成运算放大电路思考题习题第6章反馈6.1 反馈的基本概念及类型6.1.1 反馈的概念6.1.2 反馈放大电路的基本框图6.1.3 负反馈放大电路的基本方程6.1.4 负反馈放大电路的组态和四种基本类型6.2 负反馈对放大电路性能的影响6.2.1 稳定放大倍数6.2.2 展宽通频带6.2.3 减小非线性失真6.2.4 减少反馈环内的干扰和噪声6.2.5 改变输入电阻和输出电阻6.3 深度负反馈放大电路的近似计算6.3.1 深负反馈放大电路近似计算的一般方法6.3.2 深负反馈放大电路的近似计算6.4 负反馈放大电路的稳定性6.4.1 负反馈放大电路的自激振荡6.4.2 负反馈放大电路稳定性的判断6.4.3 负反馈放大电路自激振荡的消除方法思考题习题第7章集成运算放大器的应用7.1 基本运算电路7.1.1 比例运算电路7.1.2 求和运算电路7.1.3 积分和微分运算电路7.1.4 对数和反对数运算电路7.2 电压比较器7.2.1 电压比较器概述7.2.2 单门限比较器7.2.3 迟滞比较器7.2.4 窗口比较器7.3 弛张振荡器7.4 精密二极管电路7.4.1 精密整流电路7.4.2 峰值检波电路7.5 有源滤波器7.5.1 滤波电路的作用与分类7.5.2 一阶有源滤波器7.5.3 二阶有源滤波器7.5.4 开关电容滤波器思考题习题第8章功率放大电路8.1 功率放大电路的特点与分类8.2 甲类功率放大电路8.3 互补推挽乙类功率放大电路8.3.1 双电源互补推挽乙类功率放大电路8.3.2 单电源互补推挽乙类功率放大电路8.3.3 采用复合管的准互补推挽功率放大电路8.4 集成功率放大器8.5 功率器件8.5.1 双极型大功率晶体管8.5.2 功率mos器件8.5.3 绝缘栅双极型功率管及功率模块8.5.4 功率管的保护思考题习题第9章直流稳压电源9.1 直流电源的组成9.2 整流电路9.2.1 单相半波整流电路9.2.2 单相全波整流电路9.2.3 单相桥式整流电路9.2.4 倍压整流电路9.3 滤波电路9.3.1 电容滤波电路9.3.2 电感滤波电路9.3.3 复合型滤波电路9.4 稳压电路9.4.1 稳压电路的主要指标9.4.2 线性串联型直流稳压电路9.4.3 开关型直流稳压电路思考题习题第10章可编程模拟器件与电子电路仿真软件10.1 在系统可编程模拟电路原理与应用10.1.1 isppac10的结构和原理10.1.2 其他isppac器件的结构和原理10.1.3 isppac的典型应用10.2 multisim软件及其应用10.2.1 multisim 8的基本界面10.2.2 元件库10.2.3 仿真仪器10.2.4 仿真分析方法10.2.5 在模拟电路设计中的应用思考题习题第11章集成逻辑门电路11.1 双极型晶体管的开关特性11.2 mos管的开关特性11.3 ttl门电路11.3.1 ttl标准系列与非门11.3.2 其他类型的ttl标准系列门电路11.3.3 ttl其他系列门电路11.4 ecl门电路简介11.5 cmos门11.5.1 cmos反相器11.5.2 其他类型的cmos电路11.5.3 使用cmos集成电路的注意事项11.5.4 cmos其他系列门电路11.6 cmos电路与ttl电路的连接思考题习题参考文献延伸阅读：模拟电子技术基础50问1、空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子运动吗？答：不是，但是在它的运动中可以将其等效为载流子。
(二极管及其应用)
t t
u2负半周时： D2、D4 导通， D1 、D3截止
+
220V u1
+
D4
u2 3
+ D3
2
4
D1
1
D2
+
+
RL u L
-
+
u2
t
uL
t
（3）主要参数：
输出电压平均值：Uo=0.9u2 输出电流平均值:Io= Uo/Ro=0.9 u2 / RL
（4） 最高工作频率
是二极管工作fM的上限频率。它主要由PN结的结电
f
容大小决定。信号频率超过此值时，二极管的单向导电 M性将变差。应该指出，由于制造工艺的限制，即使是同
一型号的器件，其参数的离散性也很大，因此，手册上
常常给出参数的范围。另一方面，器件手册上给出的参
数是在一定测试条件下测得的，若条件改变，相应的参 数值也会变化。
内电场 E
EW
R
(2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动
→少子漂移形成反向电流I R
P
空间电 荷区
N
在一定的温度－ 下－ － －
++ ++
，由本征激发产－生的－ － －
++ ++
少子浓度是一定的， 故IR基本上与外－加反－ － －
本征激发
+4 空穴 +4
+4
+4
+4 +4
+4
+4
自由电子
模拟的电子技术基础--胡宴如-自测题问题详解
模拟电子技术胡宴如（第3版）自测题第1章半导体二极管及其基本应用1．1 填空题1．半导体中有空穴和自由电子两种载流子参与导电。
2．本征半导体中，若掺入微量的五价元素，则形成N 型半导体，其多数载流子是电子；若掺入微量的三价元素，则形成P型半导体，其多数载流子是空穴。
3．PN结在正偏时导通反偏时截止，这种特性称为单向导电性。
4．当温度升高时，二极管的反向饱和电流将增大，正向压降将减小。
5．整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电变为单向脉动的直流电。
稳压二极管是利用二极管的反向击穿特性实现稳压的。
6．发光二极管是一种通以正向电流就会发光的二极管。
7．光电二极管能将光信号转变为电信号，它工作时需加反向偏置电压。
8．测得某二极管的正向电流为1 mA，正向压降为0.65 V，该二极管的直流电阻等于650 Ω，交流电阻等于26 Ω。
1．2 单选题1．杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于( C )。
A．温度B．掺杂工艺C．掺杂浓度D．晶格缺陷2．PN结形成后，空间电荷区由(D )构成。
A．价电子B．自由电子C．空穴D．杂质离子3．硅二极管的反向电流很小，其大小随反向电压的增大而(B )。
A．减小B．基本不变C．增大4．流过二极管的正向电流增大，其直流电阻将( C )。
A．增大B．基本不变C．减小5．变容二极管在电路中主要用作(D )。
、A．整流B．稳压C．发光D．可变电容器1．3 是非题1．在N型半导体中如果掺人足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。
( √)2．因为N型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。
( ×)3．二极管在工作电流大于最大整流电流I F时会损坏。
( ×)4．只要稳压二极管两端加反向电压就能起稳压作用。
( ×)1．4 分析计算题1．电路如图T1．1所示，设二极管的导通电压U D(on)=0.7V，试写出各电路的输出电压Uo值。
解：(a)二极管正向导通，所以输出电压U0＝(6—0.7)V＝5.3 V。
二极管工作原理及应用
二极管工作原理及应用一、工作原理二极管是一种半导体器件，由P型半导体和N型半导体组成。
P型半导体中的载流子主要是空穴，N型半导体中的载流子主要是电子。
当P型半导体与N型半导体接触时，形成PN结。
在正向偏置情况下，即P型半导体连接正电压，N型半导体连接负电压，PN结会变窄，载流子会从P区域流向N区域，形成电流。
而在反向偏置情况下，即P型半导体连接负电压，N型半导体连接正电压，PN结会变宽，形成空穴和电子的复合，几乎没有电流流过。
二、应用领域1.整流器：二极管可以将交流电转换为直流电。
在电子设备中，常常需要使用直流电源，而市电是交流电。
通过使用二极管整流器，可以将交流电转换为直流电，以供电子设备工作。
2.电压调节器：二极管可以用作电压调节器，稳定输出电压。
通过选择合适的二极管和电阻，可以实现对电路中的电压进行调节，以保证电路正常工作。
3.信号检测器：二极管可以用作信号检测器，检测信号的存在与否。
当有信号输入时，二极管会导通，输出电压较低；当没有信号输入时，二极管截止，输出电压较高。
这种特性可以用于检测无线电信号、音频信号等。
4.发光二极管(LED)：LED是一种特殊的二极管，具有发光功能。
通过控制电流的方向和大小，LED可以发出不同颜色的光。
LED广泛应用于指示灯、显示屏、照明等领域。
5.激光二极管：激光二极管是一种特殊的二极管，能够产生激光光束。
激光二极管广泛应用于激光打印机、激光指示器、激光雷达等领域。
6.射频调制解调器：二极管可以用于射频调制解调器中，实现信号的调制和解调。
通过控制二极管的导通和截止状态，可以将模拟信号转换为数字信号，或者将数字信号转换为模拟信号。
7.温度传感器：二极管的导电特性与温度密切相关。
通过测量二极管的导通电压或反向饱和电流，可以间接测量环境温度。
这种原理被广泛应用于温度传感器中。
8.电压倍增器：二极管可以用于电压倍增器电路中，实现电压的倍增。
通过合理的电路设计和二极管的选择，可以将输入电压增加到输出电压的倍数。
半导体二极管及其应用电路
具有开关特性可以用于控制 电路的开关状态
具有整流特性可以用于将交 流电转换为直流电
半导体二极管的结构
半导体材料：硅、锗等 结构类型：PN结、PIN结等 工作原理：利用半导体材料的单向导电性 应用领域：电子、通信、电力等
半导体二极管的特性
单向导电性：二极管只允许电流在一个方向通过
汽车安全系统：用于安全气 囊、防抱死系统（BS）、 电子稳定程序（ESP）等
汽车辅助驾驶系统：用于自 适应巡航控制（CC）、车道 保持辅助系统（LKS）等
电动汽车充电系统：用于电 动汽车的充电控制和保护
06
半导体二极管的发展趋 势和挑战
发展趋势
技术进步：半导 体二极管性能不 断提高功耗降低 可靠性增强
通信领域
半导体二极管在通 信领域的应用广泛 如手机、电脑、路 由器等设备中都有 使用。
半导体二极管在通 信领域中主要起到 信号放大、调制解 调、滤波等作用。
半导体二极管在通 信领域中的主要应 用包括：射频电路、 功率放大器、调制 解调器等。
半导体二极管在通 信领域中的发展趋 势是朝着更高频率、 更大功率、更小体 积的方向发展。
反向击穿：当二极管两端电压大于击穿电压时二极管被击穿电流急剧增大
温度影响：温度升高二极管正向导通电压降低反向截止电压升高反向击穿 电压降低
半导体二极管的温度特性
温度对半导体二极管特性的影响 温度对半导体二极管导通电压的影响 温度对半导体二极管反向漏电流的影响 温度对半导体二极管开关速度的影响
04
限幅电路的组成： 二极管、电阻、电 容等
限幅电路的工作原 理：利用二极管的 单向导电性将信号 限制在一定范围内
限幅电路的应用： 音频放大器、电源 保护电路、信号处 理电路等
模拟电子技术教案-第1章 半导体二极管及其基本应用
模拟电子技术主编第1章半导体二极管及其基本应用1.1.1 半导体的基础知识本证半导体1.定义：纯净的单晶半导体称为本征半导体。
2.本征半导体的原子结构及共价键：共价键内的两个电子由相邻的原子各用一个价电子组成，称为束缚电子。
3.本征激发和两种载流子：——自由电子和空穴受温度的影响，束缚电子脱离共价键成为自由电子，在原来的位置留有一个空位，称此空位为空穴。
在本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，数目相同。
复合现象：空穴出现以后，邻近的束缚电子可能获取足够的能量来填补这个空穴，而在这个束缚电子的位置又出现一个新的空位，另一个束缚电子又会填补这个新的空位，这样就形成束缚电子填补空穴的运动。
为了区别自由电子的运动，称此束缚电子填补空穴的运动为空穴运动。
4. 结论(1）半导体中存在两种载流子，一种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴，它们都可以运载电荷形成电流。
（2）本征半导体中，自由电子和空穴相伴产生,数目相同。
（3）一定温度下，本征半导体中电子空穴对的产生与复合相对平衡，电子空穴对的数目相对稳定。
（4）温度升高，激发的电子空穴对数目增加，半导体的导电能力增强。
这是半导体和导体在导电机制的本质差异。
另一方面，空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。
杂质半导体1.定义：为了提高半导体的导电能力可在本征半导体中掺入微量杂质元素，该半导体称为杂质半导体。
2.半导体分类在本征半导体中有意识加入微量的三价元素或五价元素等杂质原子，可使其导电性能显著改变。
根据掺入杂质的性质不同，杂质半导体分为两类：电子型（N 型）半导体和空穴型（P 型）半导体。
（1）N 型半导体在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的五价元素，如磷（P）、砷（As）等，则构成N 型半导体。
五价的元素具有五个价电子，它们进入由硅（或锗）组成的半导体晶体中，五价的原子取代四价的硅（或锗）原子，在与相邻的硅（或锗）原子组成共价键时，因为多一个价电子不受共价键的束缚，很容易成为自由电子，于是半导体中自由电子的数目大量增加。
半导体二极管的基本原理及应用
半导体二极管的基本原理及应用半导体二极管是一种最简单的电子器件，它在现代电子技术中起着至关重要的作用。
本文将介绍半导体二极管的基本原理、工作方式以及常见的应用。
1. 基本原理半导体二极管由N型半导体和P型半导体组成，其中N型半导体富含自由电子，而P型半导体则富含空穴。
当两种半导体材料通过P-N结（P-N Junction）连接时，便形成了一个二极管。
P-N结的形成是通过掺杂过程实现的，也即将掺杂少量的杂质元素（如硼、磷等）加入到纯净的半导体材料中。
半导体二极管正常工作时，其中的P区域称为“阳极”或“正极”，而N区域则称为“阴极”或“负极”。
在正向偏置情况下，即阳极电压高于阴极，电子从N区域进入P区域，而空穴从P区域进入N区域。
这使得电流流过二极管，形成正向导通。
相反，在反向偏置情况下，即阳极电压低于阴极，由于P-N结的电子云和空穴云相互吸引，电流被阻止，二极管呈现高阻抗状态，称为反向截止。
2. 工作方式半导体二极管具有直流和交流两种工作方式。
在直流工作中，二极管起到整流器的作用，将交流信号转化为直流信号。
在正向偏置时，直流电流通过二极管，而在反向偏置时，几乎没有电流通过。
这一特性使得二极管非常适合用于电源电路的整流器。
在交流工作中，二极管被用作开关或者调制器件。
通过正向偏置或反向偏置，可以实现二极管的导通和截止。
当二极管处于导通状态时，信号可以流过，而在截止状态时，信号被阻断。
这使得二极管在数字与模拟信号处理系统中发挥重要作用，例如在计算机中的逻辑门电路和通信系统中的调制解调器。
3. 应用领域半导体二极管广泛应用于各种电子设备和领域，下面是几个典型的应用示例：3.1 整流器我们在家庭中常用的电源适配器和电池充电器中常会见到二极管的身影。
在这些设备中，二极管被用作整流器，将交流电转换为直流电，以供电子器件正常工作。
由于二极管具有单向导通特性，可以保证电流仅在一个方向上流动，从而实现直流电的获取。
3.2 发光二极管（LED）发光二极管（LED）是一种将电能转换为光能的电子器件。
1章半导体二极管及应用
4．最高工作频率fM
保证二极管具有单向导电作用时允许的最高工作频率。fM主要决定于 PN结电容的大小，结电容越小，fM越大。点接触型二极管的最高工作 频率可达数百兆赫，而面接触型二极管（如整流二极管）最高工作频 率只有3kHz左右。
1.2.4 二极管的等效电路
能在一定条件下近似模拟二极管特性的线性电路称为 二极管的等效电路（或等效模型）。 i
VD IO + UI R 2k UO _ UI R 2k
UD(ON) =0 IO
+ UO _
UD(ON) =0.7V IO _ +
UI R 2k
+ UO _
（ a）
（ b）
（c）
图1-19
例1.2图
解：将二极管用理想模型和恒压降模型分别代入计算式中。 (1) 当UI = 2 V时，由图1-19（b）可得UO =2V，IO=UO/R=1mA 由图1-19（c）可得：UO =UI - UD(ON) =1.3V，IO=UO /R=0.65mA (2) 当UI =20 V时，由图1-19（b）可得UO=20V，IO= UI/R=10mA 由图1-19（c）可得：UO= UI - UD(ON) =19.3V，IO=UO/R=9.65mA
1.1.1 本征半导体
1. 本征半导体 2. 本征激发与复合 3. 本征浓度
4. 本征半导体的导电特性
1.1.1 本征半导体
1.本征半导体
纯净的、晶体结构、 排列整齐的半导体叫 做本征半导体。 将硅或锗材料提纯便 形成单晶体，它的原 子结构为共价键结构。
+4
共 价 键
+4
+4
价 电 子
+4
+4
char1 半导体二极管及其应用 73 .ppt
1
半导体二极管及其应用 1.1 PN结 结
导体 半导体
幻灯 片 82 书签
1.1.1 PN结的形成 结的形成 物体根据其导电能力（电阻率） 物体根据其导电能力（电阻率）分
Semiconductor
绝缘体
导电能力介于导体和绝缘体之间。 半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。 最常用的半导体材料： 最常用的半导体材料： 硅Si 锗Ge
K——玻耳兹曼常数 玻耳兹曼常数 q——电子电量 电子电量 T——绝对温度 绝对温度 在室温（ 在室温（T=300K)时， )
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模拟电子技术基础
讨论： 讨论 （1）当u=0时，i=0 ） 时 （2）当u>0，且u>>UT时， ） ， （3） 当u<0，且|u|>>UT时，i≈-IS ） ， ≈
Si
Si
Si
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模拟电子技术基础
Si
Si
Si
电子、 电子、空穴 成对产生
Si
Si
Si
Si
Si
Si
上页
电子、 电子、空穴 成对复合
下页 后退
模拟电子技术基础
电子和空穴的产生过程动画演示
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后退
模拟电子技术基础
小结： 小结： 本征激发使空穴和自由电子成对产生 成对产生。 本征激发使空穴和自由电子成对产生。 空穴 相遇复合时，又成对消失。 相遇复合时，又成对消失。 空穴浓度（np)=电子浓度 n) 电子浓度(n 空穴浓度（ 电子浓度 温度T一定时 温度 一定时 np× nn=K(T) K(T)——与温度有关的常数 与温度有关的常数
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模拟电子技术
电子技术：研究电子器件、电子电路及其应用的科学技术。
第一代电子器件
电真空器件：电子管和离子管
电子管的结构和工作原理
A ：有密封的管壳，内部抽到高真空。
B ：在热阴极电子管中，有个阴极。
C：阴极由灯丝加热，使温度升高发射出电子
D：电子受外加电场和磁场的作用下在真空中运动形成电子管中的电流。
电子管的主要特点电子管
A 体积大重量重耗电大寿命短
B 目前在一些大功率发射装置中使用
离子管
A：与电子管类似，也抽成真空管。
B：管子中的电流，除了电子外也有正离子。
第二代电子器件----晶体管
晶体管是用半导体材料制成的，也称为半导体器件（semiconductor device）or 固体器件（solid-state device）。
晶体管的主要特点
A体积小、重量轻
B寿命长、功耗低
C 受温度变化影响大
D过载能力较差。
E 加电压不能过高
2. 电子电路
电子器件与电阻、电感、电容、变压器、开关等元件适当连接起来所组成的电路。
电子电路的主要特点
控制方便工作灵敏响应速度快。
电子电路与普通电路的主要区别
1 电子电路包含电子器件
2.电子器件的特性往往是非线性的
3．电子电路必须采用非线性电路的分析方法分析
电子电路：分立电路集成电路
分立电路-----由各种单个的电子器件和元件构成的电路
主要特点 1 把许多元件和器件焊接在印刷电路板上
2焊点多，容易造成虚焊。
3体积大功耗大可靠性低
集成电路----（IC-integrated circuit）-----把许多晶体管与电阻等元件制作在同一块硅片上的电路
集成电路的主要特点
1 体积小重量轻
2 功耗小
3 可靠性高
4 寿命长
世界上第一块集成电路在1959年美国的德州仪器公司和西屋电气公司诞生，电路上仅集成了四只晶体管。
集成电路的发展历程
1 小规模集成电路
2 中规模集成点路
3大规模集成电路
4 超大规模的集成电路
3.电子技术的应用
1. 通讯系统
无线电通讯（广播电报电视等）
有线载波通信极光通信光钎维通信等
2 自动控制
在自动化技术中，电子控制是后起之秀特点：快速灵敏精确等
3测量方面的应用
A电量测量
B非电量的电测量
电测量的主要特点
A准确度和灵敏度高，测量范围广
B可以智能化
C可以进行远距离测量
4电子技术对计算机的发展
现代微计算机的主要特点
5 电路的分类
按照处理信号的不同：模拟数字电路
两电路的区别
A 电路中的信号模拟：信号波形是连续变化的
数字：信号波形是跃变的。
B电路中的电子器件的工作状态
模拟电路：电子器件工作在放大状态
数字电路：电子器件工作在开关状态
1本证半导体就是完全纯净的半导体
在半导体中有两种载流子：带负电的自由电子带正电的空穴
这就是半导体和金属导电原理的本质区别
本征半导体的特点
A 电阻率大
B导电性能随温度变化大
本征半导体不能在半导体器件中直接使用
2掺杂半导体
在本征半导体硅或者鍺中参入微量的其它适当后形成的半导体根据掺杂参杂的不同，杂质半导体分：N型半导体p型半导体
N型半导体
掺入五价的杂质元素（磷或者砷）的杂质半导体。
扩散运动是粒子从浓度高的地方向浓度低的地方运动。
漂移运动是由于外场的加入（如电场）使粒子受力往特定方向运动
根据材料的不同分：硅管鍺管
结构形式的不同分：平面型点接触型半导体二极管的伏安特性：
空气的机械振动引起空气压力的变化而产生声波，振动引起的气压变化的大小称为声压（决定声强即响度的主要因素）。
气压具有一定的频率，即声波每秒变化的次数，以Hz（赫兹）表示。
它决定了声音的高低。
声压的测量单位是帕（斯卡）。
人耳能感受16HZ－20000HZ的声波，相当於9个倍频，即9个8度音。
低於16HZ是次声，高於20000HZ是超声波。
人耳对2000－5000HZ的频率范围感受力最强，但人说话声音频率一般在300－700HZ之间。