二极管基本电路及其分析方法
第02章 半导体二极管及基本电路
一、N 型半导体：
N型
电子为多数载流子
+4 +4 +4
空穴为少数载流子
+4 +5 +4 自由电子
磷原子 施主原子
载流子数 电子数
N型杂质半导体的特点：
1、与本征激发不同，施主原子在提供多余电子的同时 并不产生空穴，而成为正离子被束缚在晶格结构 中，不能自由移动，不起导电作用。
2、在室温下，多余电子全部被激发为自由电子，故N
特性 符号及等效模型：
iD
uD
S
S
正向偏置时： 管压降为0，电阻也为0。 反向偏置时： 电流为0，电阻为∞。
正偏导通，uD = 0； 反偏截止， iD = 0 R =
二、二极管的恒压降模型
iD U (BR) URM O IF uD
iD UD(on) uD
uD = UD(on)
0.7 V (Si) 0.2 V (Ge)
iD 急剧上升
死区 电压
UD(on) = (0.6 0.8) V 硅管 0.7 V (0.1 0.3) V 锗管 0.2 V iD = IS < 0.1 A(硅) 几十 A (锗) 反向电流急剧增大 (反向击穿)
U(BR) U 0 U < U(BR)
反向击穿类型： 电击穿 — PN 结未损坏，断电即恢复。 热击穿 — PN 结烧毁。 反向击穿原因： 齐纳击穿： 反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 (Zener) (击穿电压 < 6 V) 反向电场使电子加速，动能增大，撞击 雪崩击穿： 使自由电子数突增。 (击穿电压 > 6 V)
t
例: ui = 2 sin t (V)，分析二极管的限幅作用。 1、 0.7 V < ui < 0.7 V
二极管全面分析
二极管全面分析1 二极管1 二极管的管压降：硅二极管（不发光类型）正向管压降0.7V，发光二极管正向管压降为随不同发光颜色而不同。
二极管的电压与电流不是线性关系，所以在将不同的二极管并联的时候要接相适应的电阻。
2 二极管的应用1、整流二极管利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。
2、开关元件二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。
利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。
3、限幅元件二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。
利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。
4、继流二极管在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。
5、检波二极管在收音机中起检波作用。
6、变容二极管使用于电视机的高频头中。
7、显示元件用于VCD、DVD、计算器等显示器上。
8、稳压二极管反向击穿电压恒定，且击穿后可恢复，利用这一特性可以实现稳压电路。
3 二极管的工作原理12二极管实物3晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。
当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。
当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。
当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。
当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。
p-n结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。
4 二极管的导电特性二极管最重要的特性就是单方向导电性。
二极管基本电路及其分析方法
e
v D /VT Q
VT ID
iD VT
Q
ID VT
则 rd
1 gd
VT ID
常温下（T=300K）
rd
26 ( mV ) I D ( mA )
2. 模型分析法应用举例
1) 整流电路 2）限幅电路 3）开关电路 4）低电压稳压电路 5）箝位电路 6）其它电路
分析方法：
1）选取参考点； 2）用理想模型、恒压降或折线模型代替二极管； 3）断开理想二极管，求N、P两端的电压。
vd
_ R
+
vO
_
7) 其它电路
＋VCC ＋VCC
－
＋
vi
＋
－
-VEE
vo
-VEE
vo
防止共模输入电压过大
防止电源反接
－ ＋
vo
防止差模输入电压过大
2．模型分析法应用举例
（6）小信号工作情况分析
直流通路、交流通路、静态、动态 等概念，在放大电路的分析中非常重要。
图示电路中，VDD = 5V，R = 5k，恒压降模型的VD=0.7V，vs = 0.1sint V。 （1）求输出电压vO的交流量和总量；（2）绘出vO的波形。
t
vo
3 0
t
2）用恒压降模型分析
+
vi – R D
0.7
+
vo –
VREF
当vi 3 0.7时，D通，vO 3.7V
当vi 3 0.7时，D止，vO vi
（3）限幅电路 电路如图，R = 1kΩ，VREF = 3V，二极管为硅二极管。分别 用理想模型和恒压降模型求解，当vI = 6sint V时，绘出相应的输 出电压vO的波形。
二极管基本电路与分析方法
二极管基本电路与分析方法二极管是一种最简单的半导体器件，具有只能单向导电的特点。
在电子电路中，二极管通常用于整流、限流、调制和混频等功能。
本文将介绍二极管的基本电路和分析方法。
一、二极管基本电路1.正向偏置电路正向偏置电路是将二极管的P端连接到正电压，N端连接到负电压的电路。
这种电路可以使二极管处于导通状态，实现电流流动。
2.逆向偏置电路逆向偏置电路是将二极管的P端连接到负电压，N端连接到正电压的电路。
这种电路可以使二极管处于截止状态，即不导电。
二、二极管分析方法1.静态分析静态分析是指在稳态条件下分析二极管的工作状态。
在正向偏置电路中，如果二极管被接入电路且正向电压大于二极管的正向压降时，二极管处于导通状态；反之，二极管处于截止状态。
在逆向偏置电路中，无论接入电路与否，二极管都处于截止状态。
2.动态分析动态分析是指在变化条件下分析二极管的工作状态。
例如，当正向电压瞬时增加时，二极管可能处于导通状态。
此时，需要考虑二极管的导通压降和电流变化情况。
三、常见二极管电路1.整流电路整流电路是将交流信号转换为直流信号的电路。
常见的整流电路有半波整流电路和全波整流电路。
半波整流电路只利用了交流信号的一半，而全波整流电路则利用了交流信号的全部。
整流电路中的二极管起到了只允许电流在一个方向上流动的作用。
2.限流电路限流电路是通过限制电流的大小来保护其他元件不受损坏的电路。
常见的限流电路有稳压二极管电路和过载保护电路。
稳压二极管电路利用二极管的电流-电压特性，使得二极管具有稳定的电流输出能力；过载保护电路则通过限制电流大小来保护负载电路。
3.调制电路调制电路是将低频信息信号调制到高频载波信号上的电路。
常见的调制电路有调幅电路和调频电路。
在调制电路中，二极管起到了快速改变电流或电压的作用，实现信号的调制效果。
4.混频电路混频电路是将两个不同频率的信号进行混合，得到新的频率信号的电路。
在混频电路中，二极管可以起到信号选择和调谐的作用，实现频率混合。
二极管电路的状态分析方法.doc
二极管电路的状态分析方法王 萍晶体二极管的判别和计算是《电子线路板》课程教学的重点和难点。
在江苏省普通高校单独招生统一考试中频频出现，掌握好二极管状态的分析对于以后的整流电路、限流电路的学习至关重要，很多教科书及教学辅导书上阐述了多种求解方法，根据学生的认知情况，结合本人多年的教学经验总结以下两种分析方法最为简便。
一、单个二极管判别方法——电位判别法电位法是最常用的一种方法，它是将二极管从电路中断开，利用求解二极管两端的电位，根据电位的大小判定二极管导通还是截止的方法。
它的分析步骤如下：1．先将电路中二极管断开2．计算二极管两端的电位３．比较电位大小。
若二极管加正向偏置电压，二极管导通；若二极管加反向偏置电压，二极管截止。
例１（陈其纯主编的《电子线路》教材17页第7题）如图所示，V 为理想二极管，试判断二极管是导通还是截止，并求出A 、B 两端的电位V AB 。
解：（1）．将二极管从电路中断开（2）．计算二极管两端的电位，由于电路没有闭合则ＶA =12V ，V C =6V（3）．比较电位的大小V A ＞V C ，所以二极管截止。
电路中没有电流流过，因此V AB =12V 。
复杂电路也是如此，如例2判断二极管的工作状态。
解：（1）．将二极管从电路中断开（2）．计算二极管两端的电位。
ＶA =1151014010=⨯+V V AC =1102182=⨯+V V C =5.2155255=⨯+V ∵ V BC =V B －V C∴ V B =V BC +V C =3.5V(3).比较电位的大小 V A ＜V B ，因此二极管截止。
二、两个或两个以上二极管判别方法——优先导通法㈠ 两个二极管电路的状态分析：优先导通法的前提是电路给定的状态是正常工作状态，而不是通电后造成事故（二极管击穿或烧毁），它是以每个二极管单独工作时求出其它二极管两端电压，利用此电压去分析其它二极管的安全性。
1．假定一个二极管优先导通2．求出其它二极管两端的电压3．分析其它二极管的安全性，导通时二极管两端的电压。
二极管整流电路详尽分析
二极管整流电路详尽分析二极管整流电路是一种能将交流电转化为直流电的重要电路。
它由一个二极管和一个负载电阻组成，二极管用来选择只允许电流沿一个方向流动，从而实现交流电的整流。
二极管整流电路常用于电源电路、通信电路、电子设备等各种电路中。
在二极管整流电路中，有两种基本的整流方式：半波整流和全波整流。
半波整流是一种简单且常用的整流方式。
它基于二极管只允许电流沿一个方向流动的特性，将交流信号的负半周通过二极管导通，而正半周则由于二极管的正向截止而无法通过。
当交流信号的正半周通过二极管截止时，负半周通过二极管导通，并通过负载电阻R加载。
这样，负载电阻两端的电压就是输入交流信号负半周的幅值。
全波整流是一种更高效的整流方式。
它采用两个二极管和一个中心引地配置的变压器。
通过变压器将交流信号降压，然后分别通过两个二极管进行整流。
当交流信号的正半周导通时，其中一个二极管导通并通过负载电阻加载；而当交流信号的负半周导通时，另一个二极管导通并通过负载电阻加载。
这样，负载电阻两端的电压就是输入交流信号的幅值。
对于半波整流电路和全波整流电路，有一些值得注意的问题需要考虑。
首先是二极管的选择问题。
在选择二极管时，需要根据电路的要求选择合适的二极管，考虑其最大允许电流、正向压降和导通损失等因素。
另外，为了提高整流电路的效率和稳定性，还可以采用电容滤波器来消除整流波形中的纹波，并增加稳压电路来稳定负载电压。
在实际应用中，二极管整流电路还可以扩展为桥式整流电路，用于更高功率的电源电路。
桥式整流电路采用四个二极管进行整流，能够实现更高的整流效率。
它可以看作是半波整流和全波整流的结合，能够将交流信号的两个半周都转化为直流信号。
总之，二极管整流电路是一种简单、实用的电路，能够将交流电转化为直流电，对于各种电子设备和电源电路具有重要的应用价值。
在实际设计和应用中，需要综合考虑电路的各种要求，并选择合适的元器件和附加电路来提高整流电路的效率和稳定性。
2024版《二极管》教案
收音机、电视机等接收设备中的解调部分。这些设备需要将接收到的调幅波解调为 音频信号或视频信号，以供后续电路处理。检波电路是实现这一功能的关键部分之 一。
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04
二极管实验与测量技术
2024/1/26
15
二极管极性判别方法
观察法
通过查看二极管外观上的标识， 确定其正负极。通常，二极管上 会有明显的标记，如箭头、色环
正向特性
当二极管正向偏置时，随 着正向电压的增大，电流 迅速增大，呈现指数关系。
2024/1/26
反向特性
当二极管反向偏置时，反 向电流很小且基本保持不 变，称为反向饱和电流。
击穿特性
当反向电压增大到一定程 度时，反向电流急剧增大， 二极管发生击穿。
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二极管主要参数及分类
主要参数
最大整流电流、最高反向工作电压、 反向电流、动态电阻等。
二极管的选择和使用 包括二极管的选用原则、使用注意事 项等。
6
02
二极管基本原理与特性
2024/1/26
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二极管结构及工作原理
2024/1/26
二极管的基本结构
由半导体材料制成的PN结，具有 单向导电性。
工作原理
利用PN结两侧载流子的浓度差形 成扩散电流，实现电流的放大和控 制。
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二极管伏安特性曲线
2024/1/26
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06
知识拓展：新型二极管介绍
2024/1/26
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发光二极管（LED）原理及应用
发光原理
LED的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层， 称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的 形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。
二极管的七种应用电路及详解
二极管的七种应用电路及详解杨江凯2019年10月2日许多初学者对二极管很“熟悉”，提起二极管的特性可以脱口而出它的单向导电特性，说到它在电路中的应用第一反应是整流，对二极管的其他特性和应用了解不多，认识上也认为掌握了二极管的单向导电特性，就能分析二极管参与的各种电路，实际上这样的想法是错误的，而且在某种程度上是害了自己，因为这种定向思维影响了对各种二极管电路工作原理的分析，许多二极管电路无法用单向导电特性来解释其工作原理。
二极管除单向导电特性外，还有许多特性，很多的电路中并不是利用单向导电特性就能分析二极管所构成电路的工作原理，而需要掌握二极管更多的特性才能正确分析这些电路，例如二极管构成的简易直流稳压电路，二极管构成的温度补偿电路等。
一、二极管简易直流稳压电路及故障处理二极管简易稳压电路主要用于一些局部的直流电压供给电路中，由于电路简单，成本低，所以应用比较广泛。
二极管简易稳压电路中主要利用二极管的管压降基本不变特性。
二极管的管压降特性：二极管导通后其管压降基本不变，对硅二极管而言这一管压降是0.6V左右，对锗二极管而言是0.2V左右。
如图9-40所示是由普通3只二极管构成的简易直流稳压电路。
电路中的VD1、VD2和VD3是普通二极管，它们串联起来后构成一个简易直流电压稳压电路。
图9-40 3只普通二极管构成的简易直流稳压电路1．电路分析思路说明分析一个从没有见过的电路工作原理是困难的，对基础知识不全面的初学者而言就更加困难了。
关于这一电路的分析思路主要说明如下。
（1）从电路中可以看出3只二极管串联，根据串联电路特性可知，这3只二极管如果导通会同时导通，如果截止会同时截止。
（2）根据二极管是否导通的判断原则分析，在二极管的正极接有比负极高得多的电压，无论是直流还是交流的电压，此时二极管均处于导通状态。
从电路中可以看出，在VD1正极通过电阻R1接电路中的直流工作电压+V，VD3的负极接地，这样在3只串联二极管上加有足够大的正向直流电压。
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§1-4 二极管基本电路及其分析方法
1.4.1 二极管的等效模型
1、二极管的直流模型
1）理想开关模型
2）恒压降模型
3）3）折线模型
2、二极管的交流小信号模型
当在二极管的工作点上叠加有低频交流小信号电压ud时，只要工作点选择合适，且ud足够小，可以将Q点附近的特性曲线看成是线性的（线性化），则交流电压与电流之间的关系可以用一个电阻rd来表示。
rd——即为工作点处的交流电阻，rd=UT/ID。
注意：小信号模型只能表示交流电压与电流之间的关系，不能反映总的电压与电流的关系。
1.4.2 二极管的应用电路
二极管在低频电路和脉冲电路中常用于整流、限幅、钳位、稳压等波形变换和处理电路，在高频电路中常用于检波、调幅、混频等频率变换电路.
1、整流电路
2、二极管限幅电路
二极管的导通压降为UD=0.7V，
（1）|ui|< UD时， D1、D2 都截止，视为开路，输出为uo=ui。
（2）ui> UD时，D1截止，D2导通，输出为uo = 0.7V 。
（3）ui<-UD时，D2截止，D1导通，输出为uo = -0.7V 。
输出电压被限幅在±0.7V之间，是一个双向限幅电路。
由于二极管在限幅时并非理想的恒压源，在限幅期间电压仍会有变化，所以二极管限幅为“软限幅”。
限幅电路常用作波形变换和保护电路。
3、二极管钳位电路
钳位：把交流信号的顶部或底部固定在某个电位值上。
二极管钳位电路是改变信号直流成分的电路。
（1）ui负半周，二极管导通，uo=uD =0V，导通电阻RD很小， C被充电到ui的峰值。
（2）ui正半周，二极管反偏截止，C无法放电，输出电压为uo=ui+uC=5V。
（3）下一个负半周，二极管上的电压为0，二极管截止，输出电压为uO=0V。
此后，二极管保持截止状态，电容无法放电，相当于恒压源，输出电压为：uo=ui +2.5V，uo的底部被钳位于0V。