晶体二极管的特性
晶体二极管的主要参数
晶体二极管的主要参数： 1 电阻 ⑴直流电阻 在晶体二极管上加上一定的直流电压V，就有一对那个的直流电流I，直流电压V与直流电流I的比值，就是晶体二极管的等效直流电流。 ⑵动态电流 在晶体二极管上加一定的直流电压V的基础上，再加上一个增量电压，则晶体二极管也有一个增量电流△I。增量电压△V与增量电流△I的比值，就是晶体二极管的动态电阻，即动态电阻为晶体二极管两端电压变化与电流变化的比值。 二极管的正向直流电阻和动态电阻都是随工作点的不同而发生变化的。 普通晶体二极管反响运动时，其直流电阻和动态电阻都很大，通常可以尽是为无穷大。 2 额定电流 晶体二极管的额定电流是指晶体二极管长时间连续工作时，允许通过的最大正向平均电流。在二极管连续工作时，为使PN结的温度不超过某一极限值，整流电流不应超过标准规定的允许值。 例如：2AP1 的额定电流为12mA; 2AP5为16mA；2AP9为5mA。 对于大功率晶体二极管，为了降低它的温度，增大电流，必须加装散热片。 3 反向击穿电压 反向击穿电压是指二极管在工作中能承受的最大反向电压，它也是使二极管不致反响击穿的电压极限值。在一般情况下，最大反向工作电压应小于反向击穿电压。选用晶体二极管时，还要以最大反向工作电压为准，并留有适当余地，以保证二极管不致损坏。 例如：2AP21型二极管的反向击穿电压为15V最大反向工作电压小于10V；2AP26的反向
击穿电压为150V，最大反向工作电流小于100V。 4 最高工作频率 最高工作频率是指晶体二极管能正常工作的最高频率。选用二极管时，必须使它的工作频率低于最高工作频率。 例如：2AP8BD 最高工作频率为150MHz；2CZ12的最高工作频率为3kHz；2AP16的最高工作频率为40MHz。 晶体二极管的分类： 按用途分： 检波二极管
二极管的特性与应用
二极管的特性与应用 几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。 二极管的工作原理 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。 二极管的类型 二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si 管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。 面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。 平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。 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。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。 正向特性 在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称
二极管的伏安特性曲线详细说明
二极管的伏安特性曲线图解 二极管的性能可用其伏安特性来描述。在二极管两端加电压U，然后测出流过二极管的电流I，电压与电流之间的关系i=f(u)即是二极管的伏安特性曲线，如图1所示。 图1 二极管伏安特性曲线 二极管的伏安特性表达式可以表示为式1-2-1 其中iD为流过二极管两端的电流，uD为二极管两端的加压，UT在常温下取26mv。IS为反向饱和电流。 1、正向特性 特性曲线1的右半部分称为正向特性，由图可见，当加二极
管上的正向电压较小时，正向电流小，几乎等于零。只有当二极管两端电压超过某一数值Uon时，正向电流才明显增大。将Uon 称为死区电压。死区电压与二极管的材料有关。一般硅二极管的死区电压为0.5V左右，锗二极管的死区电压为0.1V左右。 当正向电压超过死区电压后，随着电压的升高，正向电流将迅速增大，电流与电压的关系基本上是一条指数曲线。由正向特性曲线可见，流过二极管的电流有较大的变化，二极管两端的电压却基本保持不变。通过在近似分析计算中，将这个电压称为开启电压。开启电压与二极管的材料有关。一般硅二极管的死区电压为0.7V左右，锗二极管的死区电压为0.2V左右。 2、反向特性 特性曲线1的左半部分称为反向特性，由图可见，当二极管加反向电压，反向电流很小，而且反向电流不再随着反向电压而增大，即达到了饱和，这个电流称为反向饱和电流，用符号IS 表示。 如果反向电压继续升高，当超过UBR以后，反向电流急剧增大，这种现象称为击穿，UBR称为反向击穿电压。
图2 二极管的温度特性 击穿后不再具有单向导电性。应当指出，发生反向击穿不意味着二极管损坏。实际上，当反向击穿后，只要注意控制反向电流的数值，不使其过大，即可避免因过热而烧坏二极管。当反向电压降低后，二极管性能仍可能恢复正常。 3、温度对二极管伏安特性的影响 温度升高，正向特性左移，反向特性下移；室温附近，温度每升高1℃；正向压降减少2-2.5mV；室温附近，温度每升高10℃，反向电流增大一倍。二极管的温度特性如图2所示。
半导体二极管的单向导电性教学设计说明
教学设计 科目：电子技术基础 题目：半导体二极管的单向导电性：守龙 单位：乾县职业教育中心 ： 邮编：713300
半导体二极管的单向导电性教学设计 【教材依据】本节容是龙兴主编，高等教育《电子技术基础》第一章第一节半导体二极管的容，是认识半导体器件，学好模电技术的起点，对激发学生学习兴趣，热爱上这门课以及了解电子技术在生产生活中的作用有举足轻重的作用。 一、设计思路 1.指导思想 中职学生基础知识差，单一理论学习兴趣低，注意力集中时间短，善于感性认识，通过联系现实生活，直观、生动、形象激发学生兴趣。教材容知识体系虽然完善缜密，但理论教学容多，中职学生难以学懂和理解，学习兴趣就不高。半导体二极管的单向导电性是二极管的主要特性，掌握其主要特性便可理解其主要应用，所以将半导体二极管的单向导电性作为一节容讲解很有必要。 2.教学目标 知识目标:熟悉二极管的外形和封装形式；掌握二极管的图形符号和极性判断；掌握二极管的单向导电性。 能力目标：培养学生观察电子元件、简单电路的能力；培养学生搭建简单电路的能力。 情感目标：激发学生学习兴趣，培养团队合作能力。 3.教学重点与难点 重点：二极管的单向导电性。难点:对二极管单向导电性的理解。通过二极管具有单向导电性的实验和微课视频加强重点，通过类比实验突破对二极管单向导电性难点的理解。 二、教学准备 通过展示手机充电器，提出问题：为什么手机充电器插到交流电插座上能给手机充电，充电宝直接可给手机充电，引起学生好奇和思考，然后展示二极管的一些图片和封装形式，在课堂上可展示一些二极管实物，增强学生感性认识，对学生分组，2-3人为一实验小组，并任命一名小组长。老师先演示实验，然后学生分组实验、讨论、探究，教师分析总结，用微课视频形式进行课堂小结。课堂的准备容有：提前制作微课(5分钟），准备手机充电器、充电宝、各种形式二极
APD光电二极管特性测试实验
APD光电二极管特性测试实验 一、实验目的 1、学习掌握APD光电二极管的工作原理 2、学习掌握APD光电二极管的基本特性 3、掌握APD光电二极管特性测试方法 4、了解APD光电二极管的基本应用 二、实验内容 1、APD光电二极管暗电流测试实验 2、APD光电二极管光电流测试实验 3、APD光电二极管伏安特性测试实验 4、APD光电二极管雪崩电压测试实验 5、APD光电二极管光电特性测试实验 6、APD光电二极管时间响应特性测试实验 7、APD光电二极管光谱特性测试实验 三、实验仪器 1、光电探测综合实验仪 1个 2、光通路组件 1套 3、光照度计 1台 4、光敏电阻及封装组件 1套 5、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 6、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 7、三相电源线 1根 8、实验指导书 1本 9、示波器 1台 四、实验原理 雪崩光电二极管APD—Avalanche Photodiode是具有内部增益的光检测器，它可以用来检测微弱光信号并获得较大的输出光电流。 雪崩光电二极管能够获得内部增益是基于碰撞电离效应。当PN结上加高的反偏压时，耗尽层的电场很强，光生载流子经过时就会被电场加速，当电场强度足够高(约3x105V／cm)时，光生载流子获得很大的动能，它们在高速运动中与半导体晶格碰撞，使晶体中的原子电离，从而激发出新的电子一空穴对，这种现象称为碰撞电离。碰撞电离产生的电子一空穴对在强电场作用下同样又被加速，重复前一过程，这样多次碰撞电离的结果使载流子迅速增加，电流也迅速增大，这个物理过程称为雪崩倍增效应。 图6-1为APD的一种结构。外侧与电极接触的P区和N区都进行了重掺杂，分别以P+和N+表示；在I区和N+区中间是宽度较窄的另一层P区。APD工作在大的反偏压下，当反偏压加大到某一值后，耗尽层从N+-P结区一直扩展(或称拉通)到P+区，包括了中间的P层区和I区。图4的结构为拉通型APD的结构。从图中可以看到，电场在I区分布较弱，而在N+-P区分布较强，碰撞电离区即雪崩区就在N+-P区。尽管I区的电场比N+-P区低得多，但也足够高(可达2x104V／cm)，可以保证载流子达到饱和漂移速度。当入射光照射时，由于雪
二极管的特性与应用及英文代码含义
二极管的工作原理 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。 二极管的类型 二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。 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。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。 1. 正向特性。 在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。 2. 反向特性。
第四章 晶体二极管与晶体三极管复习课程
第四章晶体二极管与晶体三极管 本章概述：晶体管是采用半导体晶体材料（如硅、锗、砷化镓等）制成的，在 电子产品中应用十分广泛。本章从二、三极管的型号、分类、外形识别及检测等多个方面，对常用二、三极管进行了较为详细和系统的讲解。 第一节晶体二极管和晶体三极管的型号命名方法 一、中华人民共和国国家标准（GB249-74） 国标（GB249-74）半导体器件型号命名由五部分组成，见表4-1。 表4-1 国标半导体器件型号命名方法
例如：锗PNP高频小功率管为3AG11C，即 ３（三极管）Ａ（PNP型锗材料）Ｇ（高频小功率管）１１（序号）Ｃ（规格号）二、美国电子半导体协会半导体器件型号命名法 表4-2 美国电子半导体协会半导体器件型号命名法 三、日本半导体器件型号命名方法 表4-3 日本半导体器件型号命名方法 第二节半导体器件的外形识别
一、晶体二极管的外形识别 1.晶体二极管的结构与特性 定义：晶体二极管由一个PN结加上引出线和管壳构成。所以，二极管实际就是一个PN结。电路图中文字表示符号为用V表示。 基本结构：PN结加上管壳和引线，就成为了半导体二极管。 图4-1 二极管的结构和电路符号 二极管最主要的特性是单向导电性，其伏安特性曲线如图4-2所示。 1）正向特性 当加在二极管两端的正向电压（P为正、N为负）很小时（锗管小于0.1伏，硅管小于0.5伏），管子不导通，处于“截止”状态，当正向电压超过一定数值后，管子才导通，电压再稍微增大，电流急剧暗加（见曲线I段）。不同材料的二极管，起始电压不同，硅管为0.5-0.7伏左右，锗管为0.1-0.3左右。
半导体二极管伏安特性的研究(可编辑修改word版)
半导体二极管伏安特性的研究 P101 【实验原理】 1.电学元件的伏安特性 在某一电学元件两端加上直流电压，在元件内就会有电流通过，通过元件的电流与其两端电压之间的关系称为电学元件的伏安特性。一般以电压为横坐标，电流为纵坐标作出元件的电压-电流关系曲线，称为该元件的伏安特性曲线。 对于碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等电学元件，在通常情况下，通过元件的电流与加在元件两端的电压成正比，即其伏安特性曲线为一通过原点的直线，这类元件称为线性元件，如图3-1 的直线a。至于半导体二极管、稳压管、三极管、光敏电阻、热敏电阻等元件，通过元件的电流与加在元件两端的电压不成线性关系变化，其伏安特性为一曲线，这类元件称为非线性元件，如图3-1 的曲线b、c。伏安法的主要用途是测量研究非线性元件的特性。一些传感器的伏安特性随着某一物理量的变化呈现规律性变化，如温敏二极管、磁敏二极管等。因此分析了解传感器特性时，常需要测量其伏安特性。 图 3–1 电学元件的伏安特性 在设计测量电学元件伏安特性的线路时，必须了解待测元件的规格，使加在它上面的电 压和通过的电流均不超过元件允许的额定值。此外，还必须了解测量时所需其他仪器的规格（如电源、电压表、电流表、滑线变阻器、电位器等的规格），也不得超过仪器的量程或使用范围。同时还要考虑，根据这些条件所设计的线路，应尽可能将测量误差减到最小。 测量伏安特性时，电表连接方法有两种：电流表外接和电流表内接，如图3-2 所示。 （a）电流表内接；（b）电流表外接 图 3–2 电流表的接法 电压表和电流表都有一定的内阻（分别设为R v和R A）。简化处理时可直接用电压表读
二极管伏安特性曲线的研究
二极管伏安特性曲线的研究 一、实验目的 通过对二极管伏安特性的测试，掌握锗二极管和硅二极管的非线性特点，从而为以后正确设计使用这些器件打下技术基础。 二、伏安特性描述 对二极管施加正向偏置电压时，则二极管中就有正向电流通过(多数载流子导电)，随着正向偏置电压的增加，开始时，电流随电压变化很缓慢，而当正向偏置电压增至接近二极管导通电压时(锗管为0.2V左右，硅管为0.7V左右)，电流急剧增加，二极管导通后，电压的少许变化，电流的变化都很大。 对上述二种器件施加反向偏置电压时，二极管处于截止状态，其反向电压增加至该二极管的击穿电压时，电流猛增，二极管被击穿，在二极管使用中应竭力避免出现击穿观察，这很容易造成二极管的永久性损坏。所以在做二极管反向特性时，应串入限流电阻，以防因反向电流过大而损坏二极管。 二极管伏安特性示意图1-1，1-2 图1－1锗二极管伏安特性图1－2硅二极管伏安特性 三、实验设计 图1-3 二极管反向特性测试电路 1、反向特性测试电路 二极管的反向电阻值很大，采用电流表内接测试电路可以减少测量误差。测试电路如图1-3，电阻选择510Ω
2、正向特性测试电路 二极管在正向导道时，呈现的电阻值较小，拟采用电流表外接测试电路。电源电压在0～10V内调节，变阻器开始设置470Ω，调节电源电压，以得到所需电流值。 图1-4 二极管正向特性测试电路 四、数据记录 见表1-1、1-2 表1-1 反向伏安曲线测试数据表 U(V) I(A u) 电阻计算值(KΩ) 表1-2 正向伏安曲线测试数据表 正向伏安曲线测 试数据I(A m) U(V) 电阻直算值(KΩ) 注意：实验时二极管正向电流不得超过20mA。 五、实验讨论 1、二极管反向电阻和正向电阻差异如此大，其物理原理是什么？ 2、在制定表1－2时，考虑到二极管正向特性严重非线性，电阻值变化范围很大，在表1－2中加一项“电阻修正值”栏，与电阻直算值比较，讨论其误差产生过程。
二极管伏安特性曲线
模拟电子技术课程设计 本文档只需通过world文档繁转简工具，即可以把它 转化成简体字。 二極體伏安特性曲線的研究 一、設計目的 電路中有各種電學元件，如晶體二極管和三極管，光敏和熱敏元件等。人們通常需要瞭解它們的伏安特性，以便正確的選用它們。通常以典雅為橫坐標，電流為縱坐標作出元件的電壓——電流關係曲線，叫做該元件的伏安特性曲線。該設計通過測量二極體的伏安特性曲線，瞭解二極體的導電性的實質，使我們在設計電路時能夠準確的選擇二極體。 二、設計原理 1、二極體的伏安特性 （1）二極體的伏安特性方程為： 式中，Is為反向飽和電流，室溫下為常數；u為加在二極體兩端電壓；UT 為溫度的電壓當量，當溫度為室溫27℃時，UT≈26mV。 當PN結正向偏置時，若u≥UT，則上式可簡化為：IF≈ISeu/UT。 當PN結反向偏置時，若︱u︱≥UT，則上式可簡化為：IR≈－IS。可知- IS 與反向電壓大小基本無關，且IR越小表明二極體的反向性能越好。 對二極體施加正向偏置電壓時，則二極體中就有正向電流通過，隨著正向偏置電壓的增加，開始時，電流隨電壓變化很緩慢，而當正向偏置電壓增至接近其
導通電壓時，電流急劇增加，二極體導通後，電壓少許變化，電流的變化都很大。 對上述二種器件施加反向偏置電壓時，二極體處於截止狀態，其反向電壓增加至該二極體的擊穿電壓時，電流猛增，二極體被擊穿，在二極體使用中應竭力避免出現擊穿觀察，這很容易造成二極體的永久性損壞。所以在做二極體反向特性時，應串入限流電阻，以防因反向電流過大而損壞二極體。 二極體伏安特性示意圖1、2所示。 圖1鍺二極體伏安特性圖2矽二極體伏安特性 2、二極體的伏安特性曲線 下面我們以鍺管為例具體分析，其特性曲線如圖3所示，分為三部分： 圖3 半導體二極體(矽管)伏安特性
晶体二极管的特性与检测教案
晶体二极管的特性与检测教案 松江区劳技中心丁珏 一、教学目标： 知识与技能 1、知道晶体二极管的特性、符号和种类； 2、学会用万用表判断整流二极管的极性、发光二极管的好坏。 过程与方法 1、自主探究发现整流二极管的特性； 2、学生在熟练运用万用表的基础上，通过自主探究学习，对整流二极管进行极性判断，对发光二极管进行筛选。 3、在掌握有关知识点技能的基础上，通过拓展探究第二种判断极性的方法。情感态度与价值观 通过晶体二极管的检测，感悟团结协作、主动探究的乐趣。 三、教学重点： 通过自主探究，让学生发现整流二极管的单向导电性，确定判断极性的方法。 四、教学难点： 对二极管单向导电性的理解 五、教学用具： 多媒体设备、万用表、整流二极管、发光二极管、电池夹。 六、教学步骤：
文字符号（V） 图形符号 该图中的箭头表示电流的允许 通过的方向。 2、内部结构： 由P型半导体和N型半导体组成，中间是PN结 3、主要分类：教师介绍（1）整流二极管：用于整流电路，将交流电变成直流电；（2）发光二极管：用于指示灯（3）光电二极管：将光信号转变为电信号的一种电子器件。（4）稳压二极管：稳定电压。 4、整流二极管特性与检测：（1）、特性：教师提出具体要求引导学生主动探究 引导：通过观察二次指针情况，能得出什么结论？ （2）、极性判断 教师提出具体要求引导学生主 动探究 引导：根据特性和红黑棒上电流的流向，如何判断极性？ 初步了解 联系生活中的二极管 进行思考 主动探究寻找并总结 特性：单向导电性： （即电流只能从二极 管的正极流向负极） 交流探究设计判断极 性 结论：当电路导通时， 与黑表棒相连接的是 二极管的正极。 学生活动 表达及意义 知道分类及 日常的应用 引导学生自 主探究的能 力，初立探 究意识 提高学生自 主探究的能 力 达成目标 步骤
光电二极管检测电路的组成及工作原理
光电二极管及其相关的前置放大器是基本物理量和电子量之间的桥梁。许多精密应用领域需要检测光亮度并将之转换为有用的数字信号。光检测电路可用于CT扫描仪、血液分析仪、烟雾检测器、位置传感器、红外高温计和色谱分析仪等系统中。在这些电路中,光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流。而前置放大器将光电二极管传感器的电流输出信号转换为一个可用的电压信号。看起来好象用一个光电二极管、一个放大器和一个电阻便能轻易地实现简单的电流至电压的转换,但这种应用电路却提出了一个问题的多个侧面。为了进一步扩展应用前景,单电源电路还在电路的运行、稳定性及噪声处理方面显示出新的限制。 本文将分析并通过模拟验证这种典型应用电路的稳定性及噪声性能。首先探讨电路工作原理,然后如果读者有机会的话,可以运行一个SPICE模拟程序,它会很形象地说明电路原理。以上两步是完成设计过程的开始。第三步也是最重要的一步（本文未作讨论）是制作实验模拟板。 1 光检测电路的基本组成和工作原理 设计一个精密的光检测电路最常用的方法 是将一个光电二极管跨接在一个CMOS输入 放大器的输入端和反馈环路的电阻之间。这种 方式的单电源电路示于图1中。 在该电路中,光电二极管工作于光致电压 （零偏置）方式。光电二极管上的入射光使之 产生的电流I SC从负极流至正极,如图中所示。由于CMOS放大器反相输入端的输入阻抗非常高,二极管产生的电流将流过反馈电阻R F。输出电压会随着电阻R F两端的压降而变化。 图中的放大系统将电流转换为电压,即 V OUT = I SC×R F（1） 图1 单电源光电二极管检测电路 式（1）中,V OUT是运算放大器输出端的电压,单位为V;I SC是光电二极管产生的电流,单位为A;R F是放大器电路中的反馈电阻,单位为W 。图1中的C RF是电阻R F的寄生电容和电路板的分布电容,且具有一个单极点为1/（2p R F C RF）。 用SPICE可在一定频率范围内模拟从光到电压的转换关系。模拟中可选的变量是放大器的反馈元件R F。用这个模拟程序,激励信号源为I SC,输出端电压为V OUT。 此例中,R F的缺省值为1MW ,C RF为0.5pF。理想的光电二极管模型包括一个二极管和理想的电流源。给出这些值后,传输函数中的极点等于1/（2p R F C RF）,即318.3kHz。改变R F 可在信号频响范围内改变极点。
二极管伏安特性曲线测量方法
二极管伏安特性曲线 测量方法 电路中有各种电学元件，如碳膜电阻、线绕电阻、晶体二极管和三 极管、光敏和热敏元件等。人们常需要了解它们的伏安特性，以便正确 的选用它们。通常以电压为横坐标，电流为纵坐标作出元件的电压一电 流关系曲线，叫做该元件的伏安特性曲线。如果元件的伏安特性曲线是 一条直线，说明通过元件的电流与元件两端的电压成正比，则称该元件 为线性元件（例如碳膜电阻）；如果元件的伏安特性曲线不是直线，则 称其为非线性元件（例如晶体二极管、三极管）。本实验通过测量二极 管的伏安特性曲线，了解二极管的单向导电性的实质。 1实验原理 晶体二极管是常见的非线性元件，其伏安特性曲线如图1所示。 当对晶体二极管加上正向偏置电压，则有正向电流流过二极管， 且随正向偏置电压的增大而增大。开始 电流随电压变化较慢，而当正向偏压增到接近二极管的导通电压（锗二 极管为0.2左右，硅二极管为0.7左右时），电流明显变化。在导通 后，电压变化少许，电流就会急剧变化。 当加反向偏置电压时，二极管处于截止状态，但不是完全没有电 流，而是有很小的反向电流。该反向电流随反向偏置电压增加得很 慢，但当反向偏置电压增至该二极管的击穿电压时，电流剧增，二 极管PN结被反 向击穿。 2、实验方法 2.1伏安法 IN4007 Re 电流表外接法：如图2.1.1所示（开关K打向2位置）⑴，此时电压表的读数等于二极管两端电压U D ;电流表的读数I是流过二极管和电压表的电流之和（比实际值大），即I = |D +lv。
匸V/Rv+V/ R D(1.1)由欧姆定律可得:
用V、I所作伏安特性曲线电流是电压表和二极管的电流之和，显然不是二极管的伏安特性曲线, 所用此方法测量存在理论误差。在测量低电压时，二极管内阻较大，误差较大，随着测量点电压升高，二极管内阻变小，误差也相对减小；在测量二极管正向伏安曲线时，由于二极管正向内阻相对较小，用此方法误差相对较小。 2.1.1 电流表内接法：如图2.1.1所示(开关K打向1位置)，这时电流表的读数I为通过二极管D的电流，电压表读数是电流表和二极管电压之和，U = U D + U A o 由欧姆定律可得：U =I ( R D+ R A) 此方法作曲线所用电压值是二极管和电流表电压之和，存在理论误差，在测量过程中随着电压 U提高，二极管的等效内阻R D减小，电流表作用更大，相对误差增加；小量程电流表内阻R A较大, 引起误差较大。但此方法在测量二极管反向伏安特性曲线时，由于二极管反向内阻特别大，故误差较小。 2.1.2 表2.1.3 此次测量在上图作标纸中绘出伏安曲线 采用伏安法测量时由于电压或电流总有其一不能准确测得，结果总存在理论误差，测量结果较粗略，但此方法电路简单，操作方便。 2.2补偿法 补偿法测量基本原理如图 2.2.1 所示[2]o
第二节 晶体二极管
第二节 晶体二极管 一、二极管的结构和分类 1．二极管的结构 PN 结加上引出线和管壳就构成了晶体二极管（简称二极管），由P 型半导体引出的是正极(又称阳极)，由N 型半导体引出的是负极（又称阴极）。使用二极管时，要注意极性不能接错，为此，常常在管壳上标明色点，表示该端为正极，或标以二极管的符号，二极管的符号如图1-2-1所示，其箭头表示正向导通电流的方向。 2．分类 按二极管的结构不同，二极管可分点接触型和面接触型两种,点接触型二极管的PN 结面积和极间电容均很小，不能承受高的反向电压和大电流，因而适用于制做高频检波和脉冲数字电路里的开关元件，以及作为小电流的整流管。面接触型二极管或称面结型二极管的PN 结面积大，可承受较大的电流，其极间电容大，因而适用于整流，而不宜用于高频电路中。 k 阴极 阳极a 二、二极管的伏安特性 二极管的导电性能可用伏安特性曲线表示．它是指通过二极管的电流与加于管子两端电压之间的关系，硅二极管和锗二极管的伏安特性曲线如图1-2-2所示．它可用晶体管特性图示仪或实验测试出来，下面以硅二极管为例分述如下。 1．正向特性 曲线从坐标原点开始，当外加正向电压很小时，外电场不足以克服内 电场的阻挡作用，多子扩散运动受阻，二极管呈高阻，正向电流几乎为零，这段区域通常称为死区．锗管的死区电压纶0.1V ，硅管的死区电压约0.5V 。 当外加电压为正且超过死区电压后，内电场被大大削弱，二极管导通，电阻大大减小，正向电流随电压增高而迅速增大，在正常使用电流范围内，二极管两端电压几乎维持恒定。在室温下，小功率锗管约为0.2--0.3V ，硅管约为0.6-0.8V 。 2．反向特性 二极管外加反向电压时，内电场被加强，少子漂移运动形成了反问饱和电流Is 。由于少子数量有限，反向饱和电流很小，而且与反向电压大小基本无关，在室温下，硅管的反向饱和电流在1微安以下，而锗管的反向饱和电流约几~几十微安，反向饱和电流越大，二极管的反向特性越差，反向饱和电流会随温度升高而迅速增加。
光电二极管检测电路的工作原理及设计方案
?光电二极管及其相关的前置放大器是基本物理量和电子量之间的桥梁。许多精密应用领域需要检测光亮度并将之转换为有用的数字信号。光检测电路可用于CT扫描仪、血液分析仪、烟雾检测器、位置传感器、红外高温计和色谱分析仪等系统中。在这些电路中，光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流。而前置放大器将光电二极管传感器的电流输出信号转换为一个可用的电压信号。看起来好象用一个光电二极管、一个放大器和一个电阻便能轻易地实现简单的电流至电压的转换，但这种应用电路却提出了一个问题的多个侧面。为了进一步扩展应用前景，单电源电路还在电路的运行、稳定性及噪声处理方面显示出新的限制。 本文将分析并通过模拟验证这种典型应用电路的稳定性及噪声性能。首先探讨电路工作原理，然后如果读者有机会的话，可以运行一个SP IC E模拟程序，它会很形象地说明电路原理。以上两步是完成设计过程的开始。第三步也是最重要的一步（本文未作讨论）是制作实验模拟板。 1 光检测电路的基本组成和工作原理 设计一个精密的光检测电路最常用的方法是将一个光电二极管跨接在一个CMOS 输入放大器的输入端和反馈环路的电阻之间。这种方式的单电源电路示于图1中。 在该电路中，光电二极管工作于光致电压（零偏置）方式。光电二极管上的入射光使之产生的电流ISC从负极流至正极，如图中所示。由于CMOS放大器反相输入端的输入阻抗非常高，二极管产生的电流将流过反馈电阻RF。输出电压会随着电阻RF两端的压降而变化。 图中的放大系统将电流转换为电压，即 VOUT = ISC ×RF （1）
图1 单电源光电二极管检测电路 式（1）中，VOUT是运算放大器输出端的电压，单位为V;ISC是光电二极管产生的电流，单位为A;RF是放大器电路中的反馈电阻，单位为W 。图1中的CRF是电阻RF的寄生电容和电路板的分布电容，且具有一个单极点为1/（2p RF CRF）。 用SPICE可在一定频率范围内模拟从光到电压的转换关系。模拟中可选的变量是放大器的反馈元件RF。用这个模拟程序，激励信号源为ISC，输出端电压为VOUT。 此例中，RF的缺省值为1MW ，CRF为0.5pF。理想的光电二极管模型包括一个二极管和理想的电流源。给出这些值后，传输函数中的极点等于1/（2p RFCRF），即318.3kHz。改变RF可在信号频响范围内改变极点。 遗憾的是，如果不考虑稳定性和噪声等问题，这种简单的方案通常是注定要失败的。例如，系统的阶跃响应会产生一个其数量难以接受的振铃输出，更坏的情况是电路可能会产生振荡。如果解决了系统不稳定的问题，输出响应可能仍然会有足够大的“噪声”而得不到可靠的结果。 实现一个稳定的光检测电路从理解电路的变量、分析整个传输函数和设计一个可靠的电路方案开始。设计时首先考虑的是为光电二极管响应选择合适的电阻。第二是分析稳定性。然后应评估系统的稳定性并分析输出噪声，根据每种应用的要求将之调节到适当的水平。 这种电路中有三个设计变量需要考虑分析，它们是：光电二极管、放大器和R//C反馈网络。首先选择光电二极管，虽然它具有良好的光响应特性，但二极管的寄生电容将对电路的噪声增益和稳定性有极大的影响。另外，光电二极管的并联寄生电阻在很宽的温度范围内变化，会在温度极限时导致不稳定和噪声问题。为了保持良好的线性性能及较低的失调误差，运放应该具有一个较小的输入偏置电流（例如CMOS工艺）。此外，输入噪声电压、输入共模电容和差分电容也对系统的稳定性和整体精度产生不利的影响。最后，R//C反馈网络用于建立电路的增益。该网络也会对电路的稳定性和噪声性能产生影响。 2 光检测电路的SPICE模型
实验一晶体二极管特性分析
实验一实验报告 实验名称：晶体二极管特性分析 实验目的： 1.熟悉仿真软件MULTISIM的使用，掌控基于软件的电路设计和仿真分析方法； 2.熟悉PocketLab硬件实验平台，掌握基本功能的使用方法； 3.通过软件仿真和硬件实验验证，掌握基本二极管的基本特性。 实验内容： 一．仿真实验 1.根据如图所示电路，在Multisim中进行仿真分析，得到二极管的伏安特性。 仿真任务：二极管选取型号 1N3064，对直流电压源V1进行DC扫描，扫描范围0~1V，步长0.01V，测量二极管中的电流，得到二极管的伏安特性曲线。 仿真设置：Simulate->Analyses->DC Sweep，设置电压扫描范围和输出变量。 实验结果： 在软件中绘得电路图如下：
对直流电压源V1进行DC扫描，得到二极管的伏安特性曲线如下： 实验结论： 1)在V1电压很小的情况下，二极管不导通。 2)该二极管的导通电压大约为0.7V. 3)导通后二极管呈现低阻性，截止时为高阻性。 2.根据如图所示的半波整流电路，在Multisim 中进行仿真分析，得到输出电压随不 同参数的变化情况。 仿真任务及分析方法： a.固定输入信号频率50HZ,振幅5V，直流电压0V,负载电容C1=10uf,改变负载电阻， 采用Agilent 示波器观察输入输出波形，测量输出电压的平均值和纹波电压，完成表1-1。 b.固定输入信号频率50HZ,振幅5V，直流电压0V,负载电阻R1=10K欧,改变负载电阻， 采用Agilent 示波器观察输入输出波形，测量输出电压的平均值和纹波电压，完成表1-2。 c.根据仿真实验数据，给出输出电压的平均值和纹波电压与负载电阻和负载电容的相 互关系。 仿真设置方法： 1）双击信号源设置输入信号，双击示波器观测波形。 2）Simulate->run 3）Simulate->Analyses->Transient Analysis 实验结果：
晶体二极管教学设计
《晶体二极管》教案 授课班级班授课时间年月日教学内容二极管的结构、符号及特性 教学目标1、知识与技能目标： A、辨认实验室的常用二极管， B、会画普通二极管的图形、文字符号，判断二极管的正负极， C、能说出二极管的导电特性并判断简单电路中二极管的导通情况。 2、过程与方法目标： 通过分组实验锻炼学生的电路拼搭能力，锻炼学生的观察，模仿、总结、表达能力。 3、情感、态度与价值观目标： 让学生在大胆假设、小心求证的实验过程中体会到严谨、细致工作的重要性。 课的类型理实一体化的理论课 教学方法教学做一体化教学、情境教学法、分组教学 教学准备1.电子电路拼搭器件准备、学生任务书、二极管分发，课件播放 2.组长课前辅导，主要介绍电子电路拼搭板的技巧指导，课堂任务安排 3.课前5分钟用收音机收听节目。 教学重点学生会画二极管的图形符号、文字符号和学生会用导电特性。教学难点学生应用二极管的导电特性判断简单电路中的二极管是否导通。
教学过程设计 设计流程教学内容设计意图 情境引入（3’）教学形式：视觉、听觉、触觉感受实物展示 能让学生 在视觉、听 觉、触觉上 得到真实 感受，启发 学生思考， 提高学习 兴趣。 1.教师展示收音机实物，收听节目，学生感受电波魅力。 2.教师提问：你知道最简单收音机（矿石机）的制作材料吗？学生 思考。 3.教师简单介绍最简单收音机的材料，学生了解。 4教师指出学习对象——二极管，指出电子技术的发展离不开二极 管，二极管改变世界，学生引发思考“二极管有这么重要吗？”。 “触”二极管结构、符号（8’）教学形式：实物展示、口诀记忆采用实物、 图形等直 观教学手 段能让学 生对二极 管的认识 是具体的， 采用口诀 记忆方式 让学生对 二极管正 负极的判 断是简单 的。 1、看一看:教师实物、图片展示实验室的常见二极管，并分发给每 位学生二极管两个（整流二极管1N4007和检波二极管2AP9）并简单 讲解二极管的结构，学生观察、比较二极管实物、听取教师介绍。 2、画一画：学习二极管的电路符号和文字符号，教师在黑板上、学 生在任务书上绘制二极管符号。 3、记一记：教师提问：怎样判断二极管的正负极，想想有什么好办 法能更好地记一记二极管的正负极。学生自主思考、自由表达。 教师介绍判断常见二极管实物正负极的方法，介绍判断二极管 图形符号正负极的口诀：三角一端极为阳，短杠一端极为阴。学生 默记学习。 “探”二极管的单向导电性（10’）教学形式：提问——教师实验——学生实验——观察——结论 由于学生 对电子电 路拼搭的 不熟悉，教 师展示实 验即可以 给学生参 考、模仿的 机会，提高 教学效率， 又可以跟 学生探索 实验形成 对比，突出1、教师提问：小小的二极管能改变世界凭的是什么?它有什么特 性？让我们一起用实验来试验下！学生动手欲望被点燃。 2、【实验1】——教师展示实验： 电阻调方向后再实验 灯_______(亮或灭)灯_______(亮或灭) 引导学生得出结论：电阻是没有正负极性的元器件，双向均可导电。 VD
二极管伏安特性曲线的测定
实验四二极管伏安特性曲线的测定 【一】实验目的 电路中有各种电学元件，如碳膜电阻、线绕电阻、晶体二极管和三极管、光敏和热敏元件等。人们常需要了解它们的伏安特性，以便正确的选用它们。通常以电压为横坐标，电流为纵坐标作出元件的电压—电流关系曲线，叫做该元件的伏安特性曲线。如果元件的伏安特性曲线是一条直线，说明通过元件的电流与元件两端的电压成正比，则称该元件为线性元件（例如碳膜电阻）；如果元件的伏安特性曲线不是直线，则称其为非线性元件（例如晶体二极管、三极管）。本实验通过测量二极管的伏安特性曲线，了解二极管的单向导电性的实质。 【二】实验原理 晶体二极管是常见的非线性元件，其伏安特性曲线如图1所示。 当对晶体二极管加上正向偏置电压，则有正向电流流过二极管，且随正向偏置电压的增大而增大。开始电流随电压变化较慢，而当正向偏压增到接近二极管的导通电压（锗二极管为0.2左右，硅二极管为0.7左右时），电流明显变化。在导通后，电压变化少许，电流就会急剧变化。 当加反向偏置电压时，二极管处于截止状态，但不是完全没有电流，而是有很小的反向电流。该反向电流随反向偏置电压增加得很慢，但当反向偏置电压增至该二极管的击穿电压时，电流剧增，二极管PN结被反向击穿。
二极管一般工作在正向导通或反向截止状态。当正向导通时，注意不要超过其规定的额定电流；当反向截止时，更要注意加在该管的反向偏置电压应小于其反向击穿电压。但是，稳压二极管却利用二极管的反向击穿特性而恰恰工作于反向击穿状态。本实验用伏安法测定二极管的伏安特性，测量电路如图2所示。 测定二极管的电压与电流时，电压表与电流表有两种不同的接法。如图2，电压表接A 、D 两端叫做电流表外接；电压表接A 、D ′端叫做电流表内接。电流表外接时，其读数为流过二极管的电流I D 与流过电压表电流I V 之和，即测得的电流偏大；电流表内接时，电压表读数为二极管电压V D 与电流表电压V A 之和，即测得的电压偏大。因此，这两种接法都有测量误差。这种由于电表接入电路而引起的测量误差叫做接入误差。接入误差是系统误差，只要知道电压表的内阻R V 或电流表的内阻R A ，就可以把接法造成的测量误差算出来，然后选用测量误差较小的那种接法。电流表外接，造成的电流测量误差为： V D D V D D R R I I I I ==? 电流表内接，造成的电压测量误差为： D A D A D D R R V V V V ==? 其中R D 、R V 、R A 、分别是二极管的内阻，电压表的内阻和电流表的内阻。测量时究竟选用哪种接法，要看R D 、R V 、R A 的大小而定。显然，若R D /R V ＞R A /R D 应选用电流表内接，反之则选用电流表外接。 【三】 实验装置 直流稳压电源、直流电压表2个、直流电流表2个、滑线变阻器、待测二极管、开关、导线等。 注意事项： 1． 为保护直流稳压电源，接通或断开电源前均需先使其输出为零；对输出调节旋钮的调节 必须轻而缓慢。 2． 更换测量内容前，必须使电源输出为零，然后再逐步增加至需要值，以免损坏元件。 3． 测定2AP 型锗二极管的正、反向伏安特性曲线时，注意正向电流不要超过20mA ，反向 电压不要超过25V 。
二极管基础知识
二极管基础知识之一--二极管的工作原理 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。 二极管基础知识之二--二极管分类（类型） 二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。 面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。 平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。 二极管基础知识之三--二极管的主要参数介绍 用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数： 1、额定正向工作电流 是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为140左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以，二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如，常用的IN4001－4007型锗二极管的额定正向工作电流为 1A。 2、最高反向工作电压 加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。 3、反向电流 反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管，在25时反向电流若为250uA，温度升高到35，反向电流将上升到 500uA，依此类推，在75时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25时反向电流仅为5uA，温度升高到75时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。 4、正向电压降VF：二极管通过额定正向电流时，在两极间所产生的电压降。