模拟电路1+二极管
模拟电路二极管及其基本应用
Fundamentals of Analog Electronic
第3章 半导体二极管及其基本应用
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第3章 半导体二极管及其基本应用
§3.1 半导体基础知识 §3.2 半导体二极管 §3.3 稳压二极管 §3.4 发光二极管
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§3.1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
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五、二极管的基本应用电路
1. 半波整流电路
将交流电压转换成直流电压，称为整流。
ui 2Ui sin t
近似为理想二极管
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五、二极管的基本应用电路
2. 全波整流电路
u 2 2U 2 sin t
RL中的电流方向不变
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3.开关电路（理想模型）
开关电路:利用二极管的单向导电性，接通和断开的电路。 分析这类电路，首先要判断电路中的二极管处于导通还是截 止的状态。 判断方法： 先将二极管断开，确定零电位点，分析二极管两端的电位。 若阳极电位高于阴极电位，二极管导通，否则截止。 如果有多个二极管，则正向电压最大者优先导通，导通后 压降为0，对其他的二极管两端的电压可能产生影响。
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三、PN结的形成及其单向导电性
载流子的漂移与扩散 漂移运动： 在电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。
扩散运动： 由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。
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在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N 型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的 结合面上形成如下物理过程:
4、最后与静态值叠加，得到完整的结果。
模拟电子技术基础习题及答案
第一章 半导体器件1-1 当T=300K 时，锗和硅二极管的反向饱和电流I S 分别为1A μ和pA 。
如将此两个二极管串联起来，有1μA 的正向电流流过，试问它们的结电压各为多少？ 解：二极管正偏时，TD U U S eI I ≈ ， ST D I I lnU U ≈ 对于硅管：mV 6.179A1mA1ln mV 26U D =μ≈ 对于锗管：mV 8.556pA5.0mA1ln mV 26U D =≈1-2 室温27C 时，某硅二极管的反向饱和电流I S =。
（1）当二极管正偏压为时，二极管的正向电流为多少？（2）当温度升至67C 或降至10C -时，分别计算二极管的反向饱和电流。
此时，如保持（1）中的正向电流不变，则二极管的正偏压应为多少？ 解：（1）mA 2.7e 101.0eI I mA26mA 65012U U S TD =⨯⨯=≈-（2）当温度每上升10℃时，S I 增加1倍，则pA107.72101.02)27(I )10(I pA6.12101.02)27(I )67(I 37.312102710SS 412102767S S -------⨯=⨯⨯=⨯=-=⨯⨯=⨯=T=300k(即27℃)，30026q K mA 26300qKq KT )27(U T ==⨯==即则67℃时，mA7.716pA 107.7mA2.7ln 8.22U ,C 10mA7.655pA6.1mA 2.7ln 5.29U ,C 67mV8.2226330026)10(U mV 5.2934030026)67(U 3D D T T =⨯=-===⨯=-=⨯=-时时1-3 二极管电路如图P1-3（a ）所示，二极管伏安特性如图P1-3（b ）所示。
已知电源电压为6V ，二极管压降为伏。
试求： （1）流过二极管的直流电流；（2）二极管的直流电阻D R 和交流电阻D r 。
解：（1）mA 53100V7.06I D =Ω-=（2）Ω===Ω==49.0mA 53mA 26I mA 26r 2.13mA53V7.0R D D D1-4 当T=300K 时，硅二极管的正向电压为，正向电流为1mA ，试计算正向电压加至时正向电流为多少？ 解：mA26mA 800SmA26mA 700SU U S e II e I 1mA eI I TD ⨯=⨯=≈则 mA 35.1e I TU 100=≈1-5 双极型晶体管可以等效为二只背靠背的二极管，如图P1-5所示。
模拟电子线路(模电)二极管和三极管
1.2 半导体二极管
结构
二极管 = PN结 + 管壳 + 引线
——成为硬件电路设计人才
学好模电、数电、单片机、DSP等。 初步具备 “看、算、选、干”能力
三、学什么？（What）
系 细化 电 细化 器 统 路 件 1、本课程研究内容： 各种半导体器件的性能、电路及应用 2、具体研究对象：
（1）按处理信号：1)模拟(A) 2)数字(D) （2）按信号频率：1)高频 2)中频 3)低频
耗尽层宽度一定
PN结
2. PN结的单向导电性
1.1 半导体的基本知识
(1) 加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动 →多子扩散形成正向电流I F
N型半导体 P型半导体 空间电荷区 耗尽层 N型半导体 P型半导体 + + + + － － － － + － + + + － － － 正向电流 － － － + － + + + － － － + － + + + + － － － + + + － － + － － + + + － 内电场 E
，所有的价电子都紧紧束 缚在共价键中，不会成为 自由电子，因此本征半导 体的导电能力很弱，接近
模拟电子课件第一章_半导体材料及二极管
–20
I/uA
锗管的伏安特性
图 二极管的伏安特性
ID
UD
-
UD / V
34
1.正偏伏安特性
当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。，
相应的电压叫死区电压。
死区电压： 硅二极管为0.5V左右 锗二极管为0.1V左右
i/mA 30
当正向电压超过死区电压后，二极 管导通, 电流与电压关系近似指数关 系。
42
3.二极管的其它主要参数
➢最大平均整流电流 : I F 允许通过的最大正向平均电流 ➢最高反向工作电压 : 最V大R 瞬时值，否则二极管击穿
1
18
半导体中某处的扩散电流 主要取决于该处载流子的浓 度差（即浓度梯度），而与 该处的浓度值无关。即扩散 电流与载流子在扩散方向上 的浓度梯度成正比，浓度差 越大，扩散电流也越大。
图1.6 半导体中载流子的浓度分布
1
19
即:某处扩散电流正比于浓度分布曲线上该点处的斜率
和。
dn( x) dx
dp ( x) dx
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，即构成 N 型半导体 (或称电子型半导体)。
常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
1
10
原来晶格中的某些硅原子将 被杂质原子代替。 杂质原子与周围四个硅原子 组成共价键时多余一个电子。 这个电子只受自身原子核吸引， 在室温下可成为自由电子。
5价的杂质原子可以提供电子， 所以称为施主原子。
Problem: N型半导体是否呈电中性？
1
+4
+4
+5
+4
+4
+4
汽车电工电子技术学习情境5汽车模拟电路任务1 认知二极管
学习情境5 汽车模拟电路【学习目标】1.掌握二极管的工作特性及其常见电路，比如钳位电路、限幅电路和整流电路；2.掌握晶体管的工作特性及其基本放大电路；3.掌握晶体管的开关作用；4.掌握特殊的二极管和晶体管；5.掌握二极管和晶体管在汽车上的应用。
【项目描述】二极管和晶体管是汽车模拟电路的主要器件。
学习情境5主要讲述了二极管的工作原理及其常见电路；晶体管的工作原理及其基本放大电路。
它们以体积小、质量小、功耗小、寿命长、可靠性高等优点在近年获得了迅速发展，它们在汽车上应用广泛。
二极管和晶体管也是数字电路的主要器件，所以认识二极管和晶体管非常重要。
任务5.1 认知二极管5.1.1 半导体基本知识1 P型与N型半导体在物理学中，按照材料的导电能力，可以把材料分为导体与绝缘体。
衡量导电能力的一个重要指标是电阻率，导体的电阻率小于10-6Ωcm，绝缘体的电阻率大于106Ωcm，介于导体与绝缘体之间的物质被称为半导体。
在电子技术中，常用的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）和化合物半导体, 如砷化镓（GaAs）等，目前最常用的半导体材料是硅。
目前半导体工业中使用的材料是完全纯净、结构完整的半导体材料，这种材料称为本征半导体。
当然，绝对纯净的物质实际上是不存在的。
半导体材料通常要求纯度达到99.999999％，而且绝大多数半导体的原子排列十分整齐，呈晶体结构。
本征硅原子最外层有四个电子，其受原子核的束缚力最小，称为价电子，如图5-1所示。
晶体的结构是三维的，在晶体结构中，原子之间的距离非常的近，每个硅原子的最外层价电子不仅受到自身原子核的吸引，同时也受到相邻原子核的吸引，使得其为两个原子核共有，形成共有电子对，称为共价键结构。
在热力学温度零度（即T＝0 K，约为-273.15℃）时，所有价电子被不能导电。
在本征半导体中掺入五价元素磷。
由于掺入杂质比例很小，不会破坏原来的晶体结构。
掺入的磷原子取代了某些位置上的硅原子，如图5-2所示。
模电第一章半导体基础及二极管电路
vS
if (vS 0) vS
if (vS 0) vS
D1
vS
RL vO
D2
D1
vO
RL vO
D2
D1
RL vO
vS
D2
t
t
D1
RL vO
D2
38
二极管整流电路：全波整流
D4
D1
AC
Line
vS
vO
vS
Voltage
R
t
D2
D3
3
本征半导体及其特性
导 体 (Conductor)
电导率 ＞105 铝、金、钨、铜等金属，镍铬等合金。
半导体 (Semiconductor)
电导率 10-9~ 102 硅、锗、砷化镓、磷化铟、碳化镓、重掺杂多晶硅
绝缘体 (Insulator)
电导率10-22 ~10-14
二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等
RL VO
当 RL不变时：
Vs
Vo
Vz
I Vo z
IR
VR
Vo 当 Vs 不变时：
# 不加R可以吗？
RL Io IR Vo Iz IR VR
Vo
41
二极管模拟电路：限幅电路（一）
限幅：按照规定的范围，将输入信号波形的一部分传 送到输出端、而将其余部分消去。一般利用器件的开 关特性实现
I evD /VT S
当vD 100mV 时，i IS ，反向电流基本不变
模拟电路模拟试题与答案(1)
第 页 共 页《模拟电路》课程试题一、电路如图1所示,已知u i =3sinωt,二极管导通压降U D =0.6V ,画出u i 对应的u O 波形.(u i 波形自绘,简要写明解题过程)(8分).+_+_u iO 图1二、用万用表电压档测电路中三极管各电极对地电位如图2所示,判断三极管处于哪种工作情况.说明原因.(9分)+4V+4V+3.5V−6V−18V−12V图2(a)(b)(c)三、电路如图3所示，T 1～T 5的电流放大系数分别为β1～β5，b-e 间动态电阻分别为r b e1～r b e5，解答下列问题(15分). 1.画出电路的交流通路.2.简述图中虚线所示电路名称与作用.3.写出u A 、R i 和R o 的表达式。
四、电路如图4所示,解答下列问题(18分)1.合理接上信号源与反馈电阻R f,并使电路输入电阻增大,输出电阻减小.2.若R f=190KΩ,计算合理连线后电路的增益A u.3.简述D1,D2在电路中的作用.如果V CC=12V,R L=8Ω,T1,T2=?管子饱和压降可以忽略不计,估算负载RL所能获得的最大功率P Lmax五、如图5为一运算放大器应用电路A1、A2、A3为理想运放。
电路参数如图。
1.写出v o1~v i之间函数关系式和v o~v o2之间函数关系式。
2.图中v i(t)波形已图6中试在坐标平面中画出与v i(t)所对应v o2 与v o信号波形。
(20分)第页共页第 页 共 页1u u六、电路如图6所示， 稳压管D Z 起稳幅作用，其稳定电压±U Z ＝±6V 。
试估算：(15分)（1）输出电压不失真情况下的有效值； （2）振荡频率。
第 页 共 页七、如图直流稳压电源电路,解答下列问题(15分)1.说明各元件作用,在图中标出运放的同相端与反向端.2.D Z 的稳压为U Z ,估算输出电压U O 范围.3.若U I =24V ,T 1管饱和压降为U CES1≈2V 计算U 2(有效值)与U O 的最大值U Omax.图8《模拟电路》课程试题一、如图1所示电路,二极管导通电压V D =0.7V ,常温下U T =26mV ,电容C 对交流信号可视为短路,u i 为一交流小信号源.计算(8分) 1.求二极管静态工作电流I DQ 以及二极管的直流导通电阻R D . 2.常温下D 的交流电流有效值以及交流等效电阻.第 页 共 页Du二、判断下列放大电路能否完成信号的正常放大作用.说明原因.(10分)12VDD(a)(b)图2三、图3所示放大电路的交流通路中已知g m1=1mS,r be =1KΩ,晶体管β=100.其余参数如图,计算放大电路的A v ,R O ,R i .(10分)第 页 共 页四、如图差动放大电路,已知参数如下,其余参数如图所标.V CC =−V EE =12V ,I =1mA,V BEQ =0.6V ,r be =3KΩβ1=β2=50 求(12分) 1.计算静态V C1电位(图中所标).2.画出电路的交流通路,已知信号输入信号为u i1,u i2,写出共模与差模信号表达式,该电路抑制的是那个分量?3.共模抑制比K CMR =?图4五、如图5所示电路,元件参数如图,解答以下问题(15分)1.如果使电路的输入电阻增大,输出电阻减小应该引入何种负反馈?怎样合理在图5中接线??==iOuU U A第 页 共 页2.如R f =200KΩ,计算放大器增益图5第 页 共 页六、A 1,A 2为理想运放,u i1=−2mV ,u i2=2mV ,计算u o1,u o2,u o3.(15分)七、如图7电路,已知u o1的峰值为10V ,电路元件参数如图,A 1,A 2为理想运放.解答下列问题:1.A 1;A 2组成什么类型电路?R 2数值如何确定?2.对应画出u o1,u o2波形图.3.已知C=0.01μF,K Ωπ50R ,确定u o2频率.(15分)第 页 共 页八、如图直流稳压电源电路,解答下列问题(15分)1.说明各元件作用,在图中标出运放的同相端与反向端.2.D Z 的稳压为U Z ,估算输出电压U O 范围.3.若U I =24V ,T 1管饱和压降为U CES1≈2V 计算U 2(有效值)与U O 的最大值U Omax.图8《模拟电子技术》课程试题一、单项选择题（10×2=20分）：1．在P型半导体中，多数载流子是（）。
模拟电子技术基础 课件 01-2讲义(二极管)
3、稳压管的基本电路
工作区：反向击穿
接法：反接
电阻R的作用：限流
RL代表：负载
RL↓→ IO↑→ IR↑→ VO↓→ IZ↓→ IR↓ VO↑
稳压电路如图所示，直流输入电压VI的电压在12V~13.6V之间。 负载为9V的收音机，当它的音量最大时，需供给的功率为0.5W。 稳压管的VZ=9V，稳定电流IZmin=5mA，额定功率为1W，R=51Ω。 试分析稳压管电路能否正常工作。
工作区：反向偏置
接法：反接
作用：把光信号转换成电信号
◆发光二极管
发光二极管是通过电流时发光的一种器件，这是由于电子与空 穴直接复合而放出能量的结果。发出的光的波长由所使用的基本材 料而定。它的符号如图所示。
工作区：正向偏置
接法：正接 作用：把电信号转换成光信号 主要应用：作为显示器件
作业1-1
I S uD YT iD I D diD gd e duD VT VT VT
五、二极管应用举例
1、限幅电路：它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传 输一部分。 一限幅电路如图所示，R=1KΩ，VREF=3V。当Ui=6sinωt(V) 时，利用恒压降模型绘出相应的输出电压UO的波形。二极管 的恒压降为0.7V。
由于收音机音量最大时，稳压管流过的电流
I z min I z min
所以稳压管失去了稳压作用。
ห้องสมุดไป่ตู้
◆光电二极管
光电二极管的结构与普通二极管类似，但在它的PN结处，通 过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。这种器件的PN结在反 向偏置状态下运行，它的反向电流随光照度的增加而上升。它的符 号如图所示。
VD = VDD- IDR = 10-0.931×10 = 0.69V
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1 普通二极管、稳压管
1.1用大于号（>）、小于号（<）或等于号（=）填空：
1.在本征半导体中，电子浓度＿＿空穴浓度；
2.在P型半导体中，电子浓度＿＿空穴浓度；
3.在N型半导体中，电子浓度＿＿空穴浓度。
【答案】1. =；2. <；3. >。
1.2选择括号中的答案填空（只填答案号a、b、c……）1.在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于＿＿，而
少数载流子的浓度则与＿＿有很大关系。
（a.温度，b.掺杂工艺，c.杂质浓度，d.晶体缺陷）
2.当PN结外加正向电压，扩散电流＿＿漂移电流，耗尽层
＿＿。
当PN结外向反向电压时，扩散电流＿＿漂移电流，耗尽层＿＿。
（a.大于，b.小于，c.等于，d.变宽，e.变窄，f.不变）
【答案】1.c,a;
2.a,e,b,d.
未加电压时，二者平衡。
由平衡-PN窄（扩散〉漂移）；由平衡-PN宽（扩散<漂移）
1.3判断下列说法是否正确，并在相应的括号内画√或×。
1.P型半导体可通过在纯净半导体中掺入五价磷元素而获
得。
（）
2.在N型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以改型为P
型半导体。
（）
3.P型半导体带正电，N型半导体带负电。
（）
4.PN结内的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。
（）
5.漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。
（）
6.由于PN结交界面两边存在电位差，所以，当把PN结两
端短路时就有电流流过。
（）
7.PN结方程可以描述PN结的正向特性，也可以描述PN
结的反向击穿特性。
（）
【答案】题2、5正确，其余都错误。
1.5填空：
1.二极管的最主要特性是＿＿，它的两个主要参数是反映正
向特性的＿＿和反映反向特性的＿＿。
2.在常温下，硅二极管的开启电压约＿＿V，导通后在较大
电流下的正向压降约＿＿V；鍺二极管的开启电压约＿＿V，导通后在较大电流下的正向压降约＿＿V。
【答案】1.单向导电，最大平均整流电流
I,最大反向工作
F
电压
U。
R
2. 0.5，0.7；0.1，0.2。
1.7选择正确的答案填空。
1.在如图1.8所示的电路中，当电源V=5V时，测得I=1mA。
若把电源电压调整到V=10V,则电流的大小将是＿＿。
（a. I=2mA, b.I<2mA, c.I>2mA）
2.设电路中保持V=5V不变。
当温度为20℃时测得二极管的
电压
U=0.7V.当温度上升到40℃时，则D U的大小将是＿D
＿。
（a. 仍等于0.7V， b.大于0.7V， c.小于0.7V）
【答案】1. c；2. c。
1.8选择正确的答案填空。
电路如图1.9所示。
已知二极管的反向击穿电压为20V，当V=5V、温度为20℃时I=2µA。
1.若电源电压由5V增大到10V，则电流I约为＿＿。
（a.10µA,
b. 4µA,
c. 2µA,
d. 1µA）
2.当电源电压保持5V，温度由20℃下降到10℃时，则电流
I约为＿＿。
（a.10µA, b. 4µA, c. 2µA, d. 1µA）
3.按通常规定，此二极管的最大反向工作电压为＿＿。
（a.
20V, b. 15V, c. 10v, d.5v）
【答案】1.c；2.d；3.c。
解释：3.最大反向工作电压URM：它是指允许加在二极管上的反向电压的最大值，为安全起见，URM约为反向击穿电压UBR的一半。