第三章 二极管及其电路
光电二极管及其放大电路设计
光电二极管及其放大电路设计引言：光电二极管是一种能够将光信号转换为电信号的器件，广泛应用于光电转换、通信、遥感等领域。
光电二极管通过光电效应实现光信号的转换，而放大电路则能够对光电二极管输出的微弱信号进行放大，提高信号的可靠性和稳定性。
本文将介绍光电二极管的基本原理和构造，并探讨光电二极管放大电路的设计。
一、光电二极管的基本原理光电二极管是一种基于光电效应工作的半导体器件，它的工作原理与普通二极管类似。
当光照射到光电二极管的PN结时，光子的能量被电子吸收，使得电子从价带跃迁到导带，产生电流。
这种光电效应使得光电二极管能够将光信号转换为电信号。
二、光电二极管的构造光电二极管由PN结和外部电路组成。
PN结是由P型半导体和N型半导体组成的结构，形成了一个具有电势垒的界面。
当光照射到PN 结时，光子的能量被电子吸收，使得电子从价带跃迁到导带，形成电流。
外部电路则用于接收和处理光电二极管输出的电信号。
三、光电二极管的放大电路设计为了提高光电二极管输出信号的可靠性和稳定性，常常需要设计放大电路对其进行放大。
光电二极管放大电路主要包括前端放大电路和后端放大电路。
1. 前端放大电路前端放大电路主要用于对光电二极管输出的微弱电信号进行放大和滤波，以提高信号的强度和稳定性。
常用的前端放大电路有共基极放大电路、共射极放大电路和共集电极放大电路等。
这些放大电路能够将光电二极管输出的微弱信号放大到适合后续处理的幅度。
2. 后端放大电路后端放大电路主要用于进一步放大前端放大电路输出的信号，并进行滤波和调理，使得信号能够更好地适应后续电路的要求。
常用的后端放大电路有差动放大电路、共模放大电路和运放放大电路等。
这些放大电路能够进一步放大信号，并对其进行滤波、放大和调理，以满足特定的应用需求。
四、光电二极管及其放大电路的应用光电二极管及其放大电路广泛应用于光电转换、通信、遥感等领域。
在光电转换领域，光电二极管可用于测量光强、光功率、光谱等参数。
模拟电子技术习题答案1
模拟电子技术习题答案电工电子教学部2012.2第一章 绪论一、填空题：1. 自然界的各种物理量必须首先经过 传感器 将非电量转换为电量，即 电信号 。
2. 信号在频域中表示的图形或曲线称为信号的 频谱 。
3. 通过傅立叶变换可以实现信号从 时域 到频域的变换。
4. 各种信号各频率分量的 振幅 随角频率变化的分布，称为该信号的幅度频谱。
5. 各种信号各频率分量的 相位 随角频率变化的分布，称为该信号的相位频谱。
6. 周期信号的频谱都由 直流分量 、基波分量 以及 无穷多项高次谐波分量 组成。
7. 在时间上和幅值上均是连续的信号 称为模拟信号。
8. 在时间上和幅值上均是离散的信号 称为数字信号。
9. 放大电路分为 电压放大电路 、电流放大电路、互阻放大电路 以及 互导放大电路 四类。
10. 输入电阻 、输出电阻 、增益 、 频率响应 和 非线性失真 等主要性能指标是衡量放大电路的标准。
11. 放大电路的增益实际上反映了 电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为信号能量 的能力。
12. 放大电路的电压增益和电流增益在工程上常用“分贝”表示，其表达式分别是 dB lg 20v A =电压增益 、dB lg 20i A =电流增益 。
13. 放大电路的频率响应指的是，在输入正弦信号情况下，输出随 输入信号频率连续变化 的稳态响应。
14. 幅频响应是指 电压增益的模与角频率 之间的关系 。
15. 相频响应是指 放大电路输出与输入正弦电压信号的相位差与角频率 之间的关系 。
二、某放大电路输入信号为10pA 时，输出为500mV ，它的增益是多少？属于哪一类放大电路？ 解： Ω105A10V 50pA 10mV 5001011i o r ⨯====-.i v A 属于互阻放大电路 三、某电唱机拾音头内阻为1MΩ，输出电压为1V （有效值），如果直接将它与10Ω扬声器连接，扬声器上的电压为多少？如果在拾音头与扬声器之间接入一个放大电路，它的输入电阻R i =1MΩ，输出电阻R o =10Ω，电压增益为1，试求这时扬声器上的电压。
模拟电子技术重要知识点整理
模拟电⼦技术重要知识点整理模拟电⼦技术重要知识点整理第⼀章绪论1．掌握放⼤电路的主要性能指标都包括哪些。
2．根据增益，放⼤电路有哪些分类。
并且会根据输出输⼊关系判断是哪类放⼤电路，会求增益。
第⼆章运算放⼤器1．集成运放适⽤于放⼤何种信号?2．会判断理想集成运放两个输⼊端的虚短、虚断关系。
如：在运算电路中，集成运放的反相输⼊端是否均为虚地。
3．运放组成的运算电路⼀般均引⼊负反馈。
4．当集成运放⼯作在⾮线性区时，输出电压不是⾼电平，就是低电平。
5．在运算电路中，集成运放的反相输⼊端不是均为虚地。
6．理解同相放⼤电路、反相放⼤电路、求和放⼤电路等，会根据⼀个输出输⼊关系表达式判断何种电路能够实现这⼀功能。
7．会根据虚短、虚断分析含有理想运放的放⼤电路。
第三章⼆极管及其基本电路1．按导电性能的优劣可将物质分为导体、半导体、绝缘体三类，导电性能良好的⼀类物质称为导体，⼏乎不导电的物质称为绝缘体，导电性能介于中间的称为半导体。
2．在纯净的单晶硅或单晶锗中，掺⼊微量的五价或三价元素所得的掺杂半导体是什么，其多数载流⼦和少数载流⼦是是什么，⼜称为什么半导体。
3．半导体⼆极管由⼀个PN结做成，管⼼两侧各接上电极引线，并以管壳封装加固⽽成。
4．半导体⼆极管可分为哪两种类型，其适⽤范围是什么。
5．⼆极管最主要的特性是什么。
6．PN结加电压时，空间电荷区的变化情况。
7．杂质半导体中少数载流⼦浓度只与温度有关。
8．掺杂半导体中多数载流⼦主要来源于掺杂。
9．结构完整完全纯净的半导体晶体称为本征半导体。
10．当掺⼊三价元素的密度⼤于五价元素的密度时，可将N型转型为P型；当掺⼊五价元素的密度⼤于三价元素的密度时，可将P型转型为N型。
11．温度升⾼后，⼆极管的反向电流将增⼤。
12．在常温下，硅⼆极管的开启电压约为0．3V，锗⼆极管的开启电压约为0．1V。
13．硅⼆极管的正向压降和锗管的正向压降分别是多少。
14．PN结的电容效应是哪两种电容的综合反映。
二极管及其基本电路
vD
nV T
指数 关系
D
当加反向电压时： v
vD<0，当|vD|>>|V T |时 e 则 iD IS
常数
nV T
1
4、PN结的反向击穿
二极管处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过 PN结的电流很小，但电压超过某一数值(反向击穿电压)时， 反向电流急剧增加，这种现象就称为PN结的反向击穿。
+4 +4 +4
+4
+3
+4
+4
+4
+4
自 由 电 子 空 穴 对
P型半导体的示意方法
空穴 受 主 离 子
－ － －
－ － －
－ － －
－ －
－
2.N型半导体
在硅（或锗）的晶体中掺入少量的五价元素杂质。(磷、锑)
硅原子
多余电子
+4
+4
+4
磷原子多余的电子易受 热激发而成为自由电子， 使磷原子成为不能移动的 正离子。 磷→施主杂质、N型杂质
正偏时，结电容较大，CJ≈CD 反偏时，结电容较小，CJ≈CB
§1.2 二极管
1.2.1 二极管的结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
（Anode）
1、二极管的电路符号：
2、分类
（Kathode）
按结构分：点接触型，面接触型，平面型。
按用途分：整流二极管，检波二极管，稳压二极管，„„。 按材料分：硅二极管，锗二极管。
（3）PN结的V--I 特性及表达式
i D I S (e
vD
nV T
1)
vD ：PN结两端的外加电压
北京石油化工学院教学日历
Ex9.6.2,9.6.3
Ex10.1.1,10.1.2 Ex 6.13,6.18,6.31
（数字）第七章 半导体存储器 全章概述
Ex7.1,7.2
（数字）第十章 脉冲波形的产生和整形 §1 概述 §555 定时器及其应用
（数字）第十章 脉冲波形的产生和整形 §555 定时器及其 应用
课外作业 (页/习题号、题号)
授课方式
(按课次填)
多媒体课件,板书
Ex 3.2.3,3.2.4, 3.3.2
多媒体课件,板书
Ex3.4.1,3.4.2, 3.4.5,3.4.6,3.4.7
多媒体课件,板书
2 五 1,2
（模拟）第四章 双极结型三极管及放大电路基础 §1 BJT Ex4.1.1,4.1.2
（数字）第六章 时序逻辑电路 §4 时序逻辑电路的设计 §3 常用的时序逻辑电路
（模拟）第九章 信号处理与信号产生电路 §5 正弦波振 荡电路的振荡条件 §6 RC 正弦波振荡电路 §8 非正弦信 号产生电路
（模拟）第十章 直流稳压电源 §1 小功率整流滤波电路 §2 串联反馈式稳压电路
（数字）第六章 时序逻辑电路 §3 常用的时序逻辑电路
Ex1.1,1.2,1.5, 1.6,1.10,
Ex2.1,2.2
Ex4.2.1, .2.2, 4.3.1, 4.3.4,4.3.5 Ex4.3.8, .3.9, 4.4.2,4.4.3,4.4.4 Ex2.3,2.4,2.6, 2.7,2.10,2.12, 2.15,2.18 Ex4.1,4.3,
多媒体课件,板书
3三 3五 4三 4五 5三 5五 6三 6五 7三 7五
8三
8五
3,4,5 1,2 3,4,5 1,2 3,4,5 1,2 3,4,5 1,2 3,4,5 1,2
电工电子技术晶体二极管教案
电工电子技术晶体二极管教案一、教学内容本节课选自《电工电子技术》教材第三章第二节，详细内容为晶体二极管的原理、特性、主要参数及其应用。
二、教学目标1. 让学生掌握晶体二极管的基本原理和特性。
2. 使学生了解晶体二极管的主要参数，并能运用这些参数进行电路分析。
3. 培养学生运用晶体二极管解决实际问题的能力。
三、教学难点与重点重点：晶体二极管的原理、特性、主要参数。
难点：晶体二极管的应用及电路分析。
四、教具与学具准备1. 教具：晶体二极管实物、示波器、信号发生器、万用表等。
2. 学具：教材、笔记本、铅笔、万用表等。
五、教学过程1. 实践情景引入：展示一个简单的晶体二极管电路，让学生观察电路现象，引发兴趣。
2. 理论讲解：a. 晶体二极管的基本原理b. 晶体二极管的特性c. 晶体二极管的主要参数3. 例题讲解：分析一个含晶体二极管的实际电路，讲解电路分析方法。
4. 随堂练习：让学生分析另一个含晶体二极管的电路，巩固所学知识。
六、板书设计1. 晶体二极管基本原理2. 晶体二极管特性3. 晶体二极管主要参数4. 晶体二极管应用实例七、作业设计1. 作业题目：a. 解释晶体二极管的工作原理。
b. 列出晶体二极管的主要参数，并说明其意义。
+5V R1 VD R2 GND其中：R1=2kΩ，R2=4kΩ。
d. 简述晶体二极管在电路中的应用。
2. 答案：a. 晶体二极管工作原理：略。
b. 晶体二极管主要参数：正反向电阻、反向击穿电压、正向电流等。
c. 晶体二极管VD的电流：ID=5V/(2kΩ+4kΩ)=0.5mA。
晶体二极管VD的电压：VD=ID×2kΩ=1V。
d. 晶体二极管应用：整流、调制、开关等。
八、课后反思及拓展延伸本节课通过实践情景引入、理论讲解、例题讲解、随堂练习等环节，使学生掌握了晶体二极管的基本原理、特性和应用。
课后可让学生了解其他类型的二极管，如稳压二极管、发光二极管等，拓展知识面。
数电-第三章 门电路
三、门电路概述 • 工艺分类 –双极型门电路 双极型门电路 – MOS门电路 门电路 – Bi-CMOS电路 电路 • 基本逻辑门电路 –与门、或门、非门 与门、或门、 与门 • 常用门电路 –与门、或门、非门 与门、 与门 或门、 –与非门、或非门、与或非门、同或、异或 与非门、 与非门 或非门、与或非门、同或、
A B ≥1 L=A+B
逻辑电平关系 正逻辑
真值表
VD1 A VD2 B R Y
A/V B/V Y/V
0 0 3 3 0 3 0 3 0 2.3 2.3 2.3
A B
0 0 1 1 0 1 0 1
Y
0 1 1 1
只有A、B同时为低电平（0V），Y才为低电平 （0V）。即：只有A+B=0，才有Y=0。 只要A、B中有一个为高电平（3V），Y就为高电 平（2.3V），即：只要A+B=1，则Y=1。 这种或门电路同样存在“电平偏离” 这种或门电路同样存在“电平偏离”和带载能力差的问 题
四、二极管或门 或门
VD1 A
Y 2.7V 0V
3V 0V A、B——输入，Y——输出 VD2 B 以A=1为例 设：UIH=3V， UIL=0V 0V 二极管正向导通压降 UDF=0.7V。
R
只要A、B中有一个为高电平（3V）， 则相应的二极管导通， Y就为低电平（2.3V），即：只要A+B=1，则Y=1。 只有A、B同时为低电平（0V），两个二极管均截止。 Y才为低电平（0V）,即：只有A+B=0，才有Y=0 所以：管的截止条件和等效电路 当输入信号uI=UIL=0.3V时（UBE=0.3V<0.5V） i 三极管截止，B=0， iC ≈ 0， uO=UOH=UCC 可靠截止条件为:UBE<0V 截止时，iB、iC都很小，三个极均可看作开路
高考通用技术专题讲义20 二极管、三极管电路分析
素养呈现·明要求核心素养表现要点水平等级考试题型分值工程思维在进行简单的技术方案设计时，尝试运用模拟试验或数学模型来考虑各种影响因素，并进行决策分析和性能评估2选择题2能就某一技术领域中较为复杂的问题情境，运用系统分析的方法将任务具体化，形成可能的解决方案，并能不断优化改进2图样表达能将简单的设计方案用二维、三维设计软件表现出来2能识读电子技术领域常见的技术图样，如电子电路图等2物化能力能根据设计要求选择合适的元器件搭接电子电路1能根据设计要求进行简单的技术试验，对不同元器件进行性能测试，根据结果选择合适的元器件2考点一二极管及其电路分析【知识梳理】1.二极管的结构示意图2.常见二极管和电路符号(1)普通二极管：导通后两端电压基本保持不变(硅管：0.7 V，锗管：0.3 V)。
(2)发光二极管：工作电流一般在3__mA～20__mA之间，导通电压一般在1.6 V 以上，工作必须串接限流电阻。
(3)光敏二极管：工作在反向电压下，性能相当于光敏电阻，光照强时阻值小。
(4)稳压二极管：一般工作在反向电压下，电流变化时两端电压基本保持不变。
3.二极管极性的判断4.二极管的特性(1)单向导电性二极管具有单向导电特性，只允许电流由正极流入，负极流出，反向流不通。
(2)伏安(U－I)特性曲线二极管的特性常用其两端电压U与流过它的电流I之间的关系描述，称为二极管伏安(U－I)特性曲线。
5.二极管的应用整流电路：将交变电流变成直流，以适应各种电子设备对电源的需要。
【典例突破】【典例1】如图所示电路中，所有二极管均为理想元件，则VD1与VD2的工作状态为()A.VD1与VD2均导通B.VD1与VD2均截止C.VD1导通，VD2截止D.VD1截止，VD2导通答案D【变式1】如图所示的电路中，理想二极管VD1、VD2的工作状态为()A.VD1、VD2均导通B.VD1截止，VD2导通C.VD1、VD2均截止D.VD1导通，VD2截止答案D二极管应用分析电路图说明VD1正向导通，L1亮，VD2反向截止，L2不亮，VD1和VD2作为开关作用二极管VD1反接，与继电器线圈并联起续流保护作用，保护三极管，防止在三极管截止瞬间继电器线圈产生自感电动势使三极管被击穿。
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二、本征半导体的导电机理 1.载流子、自由电子和空穴
在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价 电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有 可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电 能力为 0，相当于绝缘体。
在常温下，由于热激发，使一些价电子获 得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电 子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。
+4 +4
+5 +4
多余 电子
磷原子
+4 +4 +5 +4
N 型半导体中 的载流子是什 么？
1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自 由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流 子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
模拟电路
第三章
半导体二极管及其基本电路
第三章 半导体二极管及其基本电路
§ 3.1 半导体基础知识 § 3.2 PN结的形成及特性 § 3.3 半导体二极管 § 3.4 二极管基本电路及其分析方法 § 3.5 特殊二极管
§3.1 半导体的基本知识
3.1.1 本征半导体 1）导体、半导体和绝缘体
导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属 一般都是导体。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半 导体的导电能力越强，温度是影响半导体性 能的一个重要的外部因素，这是半导体的一 大特点。
3.1.2 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会 使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺 杂半导体的某种载流子浓度大大增加。
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼
（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质
取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的
半导体原子形成共价键时， 空穴
产生一个空穴。这个空穴
可能吸引束缚电子来填补，
+4
+4
使得硼原子成为不能移动
的带负电的离子。由于硼
+3
+4
原子接受电子，所以称为
受主原子。
硼原子
P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。
三、杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。
但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。
硅和锗的晶 体结构：
硅和锗的共价键结构
+4表示 除去价电 子后的原
子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
形成共价键后，每个原子的最外层电子是 八个，构成稳定结构。
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力，使原子规 则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为 束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自 由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以 本征半导体的导电能力很弱。
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区， 复合 浓度差
也称耗尽层。
扩散运动
扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽。
漂移运动
P型半导体
内电场E N型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
近似认为多子与杂质浓度相等。
3.2 PN 结
3.2.1 PN结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导 体和N 型半导体，经过载流子的移动，在它们的 交界面处就形成了PN 结。
内电场越强，就使漂移 运动越强源自而漂移使空 间电荷区变薄。P型半导体
漂移运动 N型半导体
内电场E 有何种影响？
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有 不同于其它物质的特点。例如：
• 当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。
N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体， 也称为（电子半导体）。
P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也 称为（空穴半导体）。
一、N 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑） 晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代 磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻 的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子 这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子 这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子 每个磷原子给出一个电子，称为施主原子
• 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。
2） 本征半导体
一、本征半导体的结构特点
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们 的最外层电子（价电子）都是四个。
Ge
Si
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。
本征半导体： 完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成 晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心， 而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子 与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价 电子。
所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡， 相当于两个区之间没有电扩散荷运运动动，空间电荷区的厚 度固定不变。
电位V
V0
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P型区
空间 电荷 区
N型区
阻挡层 耗尽层 势垒
注意:
1、空间电荷区中没有载流子。
2、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、N区
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子 束缚电子
2.本征半导体的导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即 自由电子和空穴。 —电子空穴对
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴吸引附近的电子 来填补，这样的结果 相当于空穴的迁移， 而空穴的迁移相当于 正电荷的移动，因此 可以认为空穴是载流 子。
本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。