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。
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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。