电工学半导体二极管及其应用电路
二极管电路及其应用实验报告
二极管电路及其应用实验报告二极管是一种常见的电子元件，具有只允许电流单向流动的特性。
它是由半导体材料构成的，通常由硅(Si)或者硒化物(GaAs)制成。
二极管的应用非常广泛，可以用于整流、放大、开关等电路中。
本文将以二极管电路及其应用为主题，介绍二极管的工作原理、实验步骤以及相关应用。
一、二极管的工作原理二极管是由P型半导体和N型半导体组成的。
P型半导体中的杂质掺入使其具有正电荷，称为P区；N型半导体中的杂质掺入使其具有负电荷，称为N区。
当将P区和N区连接在一起时，形成了一个PN结。
在PN结中，由于P区和N区的杂质浓度不同，使得在结附近形成了电场。
当外加电压为正向偏置时，即P区接在正电压上，N区接在负电压上，电场将阻止电子从N区向P区移动。
而当外加电压为反向偏置时，即P区接在负电压上，N区接在正电压上，电子可以从N区向P区移动。
因此，二极管只允许电流在正向偏置下单向流动。
二、二极管实验步骤1. 准备实验所需材料：二极管、直流电源、电阻、导线等。
2. 搭建二极管电路：将二极管连接在电路中，注意极性，即将P极连接在正电压端，N极连接在负电压端。
可以使用导线连接电源和电阻，形成一个简单的电路。
3. 调整电压：根据二极管的额定电压和电流，调整电源的输出电压，使得二极管正常工作。
4. 测量电流和电压：使用万用表等测量仪器，测量二极管两端的电压和电流值。
5. 观察实验现象：根据测量结果，观察二极管的导通和截止情况，以及电流和电压的关系。
三、二极管的应用1. 整流器：二极管具有只允许电流单向流动的特性，因此可以用于将交流信号转换为直流信号的整流电路中。
在整流电路中，二极管起到了只允许正半周或负半周通过的作用，实现了信号的单向传输。
2. 信号检波器：二极管的正向偏置电压范围内，电流与电压之间呈线性关系。
利用这一特性，可以将高频信号转换为直流信号，实现信号的检波功能。
3. 放大器：在放大电路中，二极管可以作为信号放大器的关键元件之一。
半导体二极管及其应用电路
电容器
电容器的基本结构是在两个相互靠近的导体
之间夹一层不导电的绝缘材料——介质，构成电
容器。
电容器是一种储能元件，可在介质两边储存 一定量的电荷。在电容两导体（称为电极或极板） 上施加一定电压U，两个极板上就分别有等量异
号电荷Q，两极间的电压越高，极板上聚集的电
荷也就越多，而电荷量与电压的比值则保持不变， 这个比值称为电容器的电容量，用符号C表示， 是表征电容器储存电荷的能力，其基本单位是法 拉，以F表示。
CAX11－－为小型钽电解电容 CAX11－63－4.7－±5%
－－为小型钽电解电容，耐压63V、4.7μF 误差±5%
2.电容器的标志方法 电容器的标志方法与电阻器的标志方 法类似。
例：p33—0.33pF，5p1—5.1pF，3n3—3.3nF，
5μ1—5.1μF，33m—33×
μF。
电容器数码表示法，当第三位数为9时表
全部旋入时，动片与定片交叠的面积最大，电容量
最大；动片全部旋出时，电容量最小。
可变电容器的种类很多，按照介质划分有空气 可变电容器和薄膜可变电容器。按照联数划分有单
联、双联和四联等。
缘电阻为零，则表明电容器已击穿短路；若表
针不动，则表明电容器内部开路。
（ 2 ）对于容量小于 5100pF 的电容，由于充 电时间很快，充电电流很小，即使用万用表的
高阻值档也看不出表针摆动。所以，可以借助
一个NPN型的三极管的放大作用来测量。
选用 Ω×10k 档，将万用表红表笔接三极
管发射极，黑表笔接集电极，电容器接到集电
电容器可分为固定电容器、可变电 容器两大类。按照电容器的介质材料， 又可分为固体有机介质电容器、固体 无机介质电容器、电解电容器和气体 电容器等。
半导体二极管及应用
ud
+
-
（3）让我们来比较一下二极管的直流电阻和交流电阻 直流电阻： 交流电阻： 思考：1、能否用万用表来测量二极管的直流电阻或交流电阻？ 2、你会用万用表来判断二极管的极性及其性能的好坏？
三、 二极管的主要参数
1、 最大平均整流电流IF
2、 最大反向工作电压UR：
3、 反向电流IR：
4、 最高工作频率fmax：
？
在本征半导体中掺入5价元素，则多子应是 ，掺杂越多，则其数量越 ；少子是 ，掺杂越多，则其数量越 。
杂质半导体中少子的数量比同温度下本征半导体的同种载流子 。
平衡PN结中多子的扩散电流 少子的漂移电流。
PN结内电场的方向是由 区指向 区。
+
-
交流小信号模型
【例题】试估算二极管上交流电压与 电流成分的振幅值Udm、Idm。
+
-
+
-
ui
1k
10V
(1)未加上正弦信号时，由10V直流电源确定二极管的静态 工作点；
(2)加上正弦信号后，二极管在静态工作点上叠加一个交流 小信号，二极管在电路中可等效为一个线性元件，这样 就可以利用叠加原理分别计算其直流量和交流量。
(4)稳定电压温度系数
雪崩管为正；
齐纳管为负。
UZ
U
IZmin
IZmax
A
UZ
稳压性能变差；
易过热（产生热击穿）；
rZ 越小，稳压性能越好，一般为几到几十
4、稳压管的电路模型
正常工作时，稳压管的电路模型如下：
rZ
UZ
DZ
相当于一个电源为UZ，内阻为rZ的恒压源。
5、 稳压管稳压电路
二极管及其应用电路--笔记整理
半导体二极管及其应用电路1．半导体的特性自然界中的各种物质,按导电能力划分为:导体、绝缘体、半导体。
半导体导电能力介于导体和绝缘体之间。
它具有热敏性、光敏性（当守外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化）和掺杂性(往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显变化)。
利用光敏性可制成光电二极管和光电三极管及光敏电阻;利用热敏性可制成各种热敏电阻;利用掺杂性可制成各种不同性能、不同用途的半导体器件,例如二极管、三极管、场效应管等。
2．半导体的共价键结构在电子器件中,用得最多的材料是硅和锗,硅和锗都是四价元素,最外层原子轨道上具有4个电子,称为价电子。
每个原子的4个价电子不仅受自身原子核的束缚,而且还与周围相邻的4个原子发生联系,这些价电子一方面围绕自身的原子核运动,另一方面也时常出现在相邻原子所属的轨道上。
这样,相邻的原子就被共有的价电子联系在一起,称为共价键结构。
当温度升高或受光照时,由于半导体共价键中的价电子并不像绝缘体中束缚得那样紧,价电子从外界获得一定的能量,少数价电子会挣脱共价键的束缚,成为自由电子,同时在原来共价键的相应位置上留下一个空位,这个空位称为空穴, 自由电子和空穴是成对出现的,所以称它们为电子空穴对。
在本征半导体中,电子与空穴的数量总是相等的。
我们把在热或光的作用下,本征半导体中产生电子空穴对的现象,称为本征激发,又称为热激发。
由于共价键中出现了空位,在外电场或其他能源的作用下,邻近的价电子就可填补到这个空穴上,而在这个价电子原来的位置上又留下新的空位,以后其他价电子又可转移到这个新的空位上。
为了区别于自由电子的运动,我们把这种价电子的填补运动称为空穴运动,认为空穴是一种带正电荷的载流子,它所带电荷和电子相等, 符号相反。
由此可见, 本征半导体中存在两种载流子:电子和空穴。
而金属导体中只有一种载流子——电子。
本征半导体在外电场作用下,两种载流子的运动方向相反而形成的电流方向相同。