中北大學(xué)模電半導(dǎo)體二極管及其基本電路目錄contents半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)二極管結(jié)構(gòu)與工作原理二極管類型與選用原則基本電路分析與設(shè)計(jì)方法二極管在模擬電路中應(yīng)用實(shí)例實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與技能培養(yǎng)01半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)010204半導(dǎo)體材料特性半導(dǎo)體材料具有介于導(dǎo)體和絕緣體之間的電導(dǎo)率。常見的半導(dǎo)體材料包括硅（Si）和鍺（Ge），它們都具有四價(jià)元素特性。半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率隨溫度升高而增加，與金屬導(dǎo)體相反。半導(dǎo)體材料具有光敏性，光照可以改變其電導(dǎo)率。031947年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶體管，標(biāo)志著半導(dǎo)體器件的誕生。20世紀(jì)60年代，集成電路（IC）問世，將多個(gè)元器件集成在一塊芯片上，大大提高了電路性能和可靠性。20世紀(jì)50年代，硅和鍺的平面工藝相繼開發(fā)成功，為半導(dǎo)體器件的大規(guī)模生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件的尺寸不斷縮小，性能不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)展。半導(dǎo)體器件發(fā)展歷程二極管晶體管場(chǎng)效應(yīng)管集成電路半導(dǎo)體器件分類及應(yīng)用領(lǐng)域具有單向?qū)щ娦裕捎糜谡?、檢波、穩(wěn)壓等電路。利用電場(chǎng)控制電流的半導(dǎo)體器件，具有高輸入阻抗和低噪聲等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于放大電路和開關(guān)電路。具有放大和開關(guān)功能，是構(gòu)成放大電路和邏輯電路的基本元件。將多個(gè)元器件集成在一塊芯片上構(gòu)成的復(fù)雜電路系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。02二極管結(jié)構(gòu)與工作原理二極管由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合形成PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?。PN結(jié)組成封裝形式引腳定義二極管有多種封裝形式，如直插式、貼片式等，以適應(yīng)不同電路需求。二極管通常有兩個(gè)引腳，分別為正極（陽極）和負(fù)極（陰極）。030201二極管基本結(jié)構(gòu)03溫度影響二極管的工作特性受溫度影響，溫度升高時(shí)，正向壓降減小，反向電流增大。01工作原理二極管在正向偏置時(shí)導(dǎo)通，反向偏置時(shí)截止，具有整流、檢波、穩(wěn)壓等功能。02特性曲線二極管的伏安特性曲線描述了其電壓與電流之間的關(guān)系，是分析二極管工作特性的重要依據(jù)。工作原理及特性曲線最大整流電流二極管長(zhǎng)期工作時(shí)允許通過的最大正向平均電流。最高反向工作電壓二極管反向擊穿時(shí)的電壓值，使用中應(yīng)避免超過此電壓。反向電流二極管在反向電壓作用下的漏電流，其大小與溫度、反向電壓有關(guān)。結(jié)電容二極管PN結(jié)所具有的電容效應(yīng)，影響二極管的高頻特性。二極管參數(shù)與性能指標(biāo)03二極管類型與選用原則利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕瑢⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為直流電。工作原理最大整流電流、最高反向工作電壓、反向電流等。主要參數(shù)電源整流、信號(hào)檢測(cè)等。應(yīng)用領(lǐng)域普通整流二極管工作原理利用PN結(jié)反向擊穿時(shí)的電壓穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)電路穩(wěn)壓。主要參數(shù)穩(wěn)定電壓、最大工作電流、動(dòng)態(tài)電阻等。應(yīng)用領(lǐng)域電源穩(wěn)壓、過壓保護(hù)等。穩(wěn)壓二極管工作原理在正向電壓下，電子與空穴復(fù)合時(shí)釋放能量，以光的形式發(fā)出。應(yīng)用領(lǐng)域指示燈、顯示屏、照明等。主要參數(shù)發(fā)光顏色、亮度、正向電壓、正向電流等。發(fā)光二極管工作原理在光照下，產(chǎn)生光生電流，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。主要參數(shù)光譜響應(yīng)范圍、靈敏度、暗電流等。應(yīng)用領(lǐng)域光信號(hào)檢測(cè)、光電傳感等。光電二極管選用原則及注意事項(xiàng)根據(jù)電路需求選擇合適的二極管類型。考慮二極管的工作環(huán)境和溫度范圍。注意二極管的參數(shù)要滿足電路要求，如電壓、電流等。注意二極管的極性，確保正確連接。04基本電路分析與設(shè)計(jì)方法整流濾波電路整流電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電路，包括半波整流、全波整流和橋式整流等類型。濾波電路用于濾除整流后直流電中的交流成分，使輸出電壓更加平滑，常用的濾波電路有電容濾波、電感濾波和π型濾波等。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，具有簡(jiǎn)單、可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路通過調(diào)整管與負(fù)載的串聯(lián)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的穩(wěn)定控制，具有輸出電壓可調(diào)、穩(wěn)壓精度高等特點(diǎn)。穩(wěn)壓電路限幅電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行上下限幅，防止信號(hào)幅度過大而損壞后續(xù)電路，常用于保護(hù)電路和波形整形電路。雙向限幅電路僅對(duì)輸入信號(hào)的某一方向進(jìn)行限幅，如正向限幅或負(fù)向限幅，常用于信號(hào)處理和控制電路。單向限幅電路VS將輸入信號(hào)的正半周鉗位在一定電平上，常用于直流電平提升和波形變換等場(chǎng)合。負(fù)向鉗位電路將輸入信號(hào)的負(fù)半周鉗位在一定電平上，常用于直流電平降低和波形變換等場(chǎng)合。正向鉗位電路鉗位電路電路分析方法與技巧直流等效電路分析法將交流信號(hào)源置零，僅分析直流狀態(tài)下的電路特性，用于確定靜態(tài)工作點(diǎn)和偏置電路等。交流等效電路分析法將直流電源置零，僅分析交流小信號(hào)狀態(tài)下的電路特性，用于確定放大倍數(shù)、輸入阻抗和輸出阻抗等。圖解法利用圖形表示電路的工作狀態(tài)，如負(fù)載線、輸出特性曲線等，直觀形象地分析電路的工作過程和性能指標(biāo)。近似計(jì)算法在滿足一定精度的前提下，對(duì)電路進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，如忽略某些次要因素、采用近似公式等，以簡(jiǎn)化計(jì)算過程和提高分析效率。05二極管在模擬電路中應(yīng)用實(shí)例限幅器利用二極管的單向?qū)щ娦?，將輸入信?hào)限制在一定范圍內(nèi)，保護(hù)后續(xù)電路免受過大信號(hào)的損壞。鉗位電路通過二極管將某一點(diǎn)的電位固定在預(yù)定值上，常用于信號(hào)處理中需要固定某一點(diǎn)電位的場(chǎng)合。檢波電路在無線電接收中，利用二極管的單向?qū)щ娦院头蔷€性特性，從高頻信號(hào)中檢出低頻信號(hào)。信號(hào)調(diào)理電路中的應(yīng)用利用二極管的開關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)電路的快速開啟和關(guān)閉，常用于功率放大電路中的開關(guān)電源、逆變器等。在功率放大電路中，二極管作為放大器件，將輸入信號(hào)放大并輸出到負(fù)載上，實(shí)現(xiàn)功率放大。開關(guān)電路功率放大功率放大電路中的應(yīng)用振蕩電路利用二極管的非線性特性和反饋電路，產(chǎn)生一定頻率和幅度的振蕩信號(hào)，常用于信號(hào)源、時(shí)鐘電路等。波形發(fā)生器通過二極管與電阻、電容等元件的組合，產(chǎn)生不同波形的信號(hào)，如方波、三角波、正弦波等。振蕩器和波形發(fā)生器中的應(yīng)用利用二極管的溫度特性，將溫度變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)和控制。溫度傳感器電路利用光電二極管的光電轉(zhuǎn)換特性，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)光電傳感和測(cè)量。光電傳感器電路在某些簡(jiǎn)單的邏輯電路中，二極管也可以作為開關(guān)元件使用，實(shí)現(xiàn)基本的邏輯功能。邏輯電路其他模擬電路中的應(yīng)用06實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與技能培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆斩O管基本性能參數(shù)測(cè)試方法，了解二極管工作原理。實(shí)驗(yàn)器材二極管、萬用表、示波器等。實(shí)驗(yàn)步驟包括二極管正向、反向電阻測(cè)試，正向、反向電壓測(cè)試等。數(shù)據(jù)分析根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析二極管性能，判斷其是否合格。二極管性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿姘?、?dǎo)線、二極管、電阻、電容、電源等。實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)步驟注意事項(xiàng)01020403注意電路搭建過程中的安全問題，避免短路、過載等。掌握基本電路搭建方法，培養(yǎng)電路調(diào)試能力。根據(jù)電路圖搭建電路，進(jìn)行電路調(diào)試，確保電路正常工作?；倦娐反罱ㄅc調(diào)試實(shí)驗(yàn)常見故障類型包括開路、短路、元器件損壞等。故障診斷方法通過觀察、測(cè)量、替換等方法進(jìn)行故障診斷。排除技巧根據(jù)故障診斷結(jié)果，采取相應(yīng)措施進(jìn)行故障排除。預(yù)防措施定期檢查電路，及時(shí)更換老化、損壞的元器件，避免故障發(fā)生。故障診斷與排除技巧