第三章 二极管及其电路

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。

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。

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。

第一章绪论1.在时间上和数值上均是连续的信号称为模拟信号；（只有高低电平的矩形脉冲信号为数字信号）在时间上和数值上均是离散的信号称为数字信号；处理模拟信号的电路称为模拟电路，处理数字信号的电路称为数字电路。

2.信号通过放大电路放大后，输出信号中增加的能量来自工作电源。

3.电子电路中正、负电压的参考电位点称为电路中的“地”，用符号“⊥”表示，它也是电路输入与输出信号的共同端点。

4.根据输入信号的不同形式和对输出信号形式的不同要求,通常将放大电路分为电压放大电路、电流放大电路、互阻放大电路和互导放大电路四种类型。

5.放大的特征是功率的放大，表现为输出电压大于输入电压,或者输出电流大于输入电流，或者二者兼而有之。

6.输入电阻、输出电阻、增益、频率响应和非线性失真等几项主要的性能指标是衡量放大电路品质优劣的标准，也是设计放大电路的依据。

7.放大倍数A：输出变化量幅值与输入变化量幅值之比，用以衡量电路的放大能力。

8.输入电阻R i：从输入端看进去的等效电阻，反映放大电路从信号源索取电流的大小。

9.输出电阻R o：从输出端看进去的等效输出信号源的内阻，说明放大电路的带负载能力。

第二章运算放大器1.运算放大器有两个输入端,即同相输入端和反相输入端，一个输出端。

2.运算放大器有线性和非线性两个工作区域。

要使运放稳定地工作在线性区,必须引入深度负反馈。

3.理想运放两输入端间电压V P-V N≈0，如同两输入端近似短路，这种现象称为“虚短”。

4.理想运放流入同相端和流出反相端的电流基本为零,即“虚断”。

5.理想运放的输入电阻趋近于无穷，输出电阻趋近于零。

6.同相放大电路的闭环电压增益为正，且大于等于1。

7.若反相放大电路的反相输入端输入信号,同相输入端接地，则反相输入端呈现虚地。

第三章二极管及其基本电路1.本征半导体：纯净的不带任何杂质的半导体，它的自由电子和空穴的数目相等，对外不显电性。

2.P型半导体：是指在本征半导体中掺入三价元素如硼，形成的主要靠空穴导电的半导体。

半导体二极管及其基本应用电路1.1 PN结的基本知识1.1.1 N型半导体和P型半导体在物理学中已知，常用的四价元素硅和锗等纯净半导体（称本征半导体）中的载流子，为自由电子（带负电荷）和空穴（带正电荷），是在常温下激发出来的，（称为热激发或本征激发），其数量很少，故导电能力微弱，介于导体和绝缘体之间。

在本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，因此两种载流子的浓度是相等的。

本征半导体中的载流子浓度除了与半导体材料的性质有关外，还与温度密切相关，而且随着温度的升高基本上按指数规律增加。

所以，本征载流子浓度对温度十分敏感。

在本征半导体桂或锗中渗入微量五价元素，如磷或砷，（称为杂质）等，可使自由电子的浓度大大增加，自由电子成为多数载流子，（简称多子），空穴成为少数载流子（简称少子）。

这种以电子为导电为主的半导体成为N型半导体。

由于离子不能移动，故不能参与导电，整体半导体仍然呈电中性。

在本征半导体硅或锗中渗入微量三价元素杂质，如硼或铟等，则空穴浓度大大增加，空穴成为多子，而电子成为少子。

这种以空穴为主的半导体成为P型半导体。

N型半导体和P型半导体统称为杂质半导体，掺杂后半导体的导电能力将显著增加，有理论计算可知，在本征半导体中掺入百分之一的杂质，可使载流子浓度增加近一万倍。

在杂质半导体中，多子的浓度主要取决于杂质的含量；少子的浓度主要与本征激发有关，如前所述，他对温度的变化非常敏感，因此，温度是影响半导体器件性能的一个重要因素。

1.1.2 PN结的形成若在一种类型杂质半导体的基片上，用特定的掺杂工艺加入另一种类型杂质元素，这样在所形成的P型半导体和N 型半导体的交界两侧，P区的空穴（多子）和N区的电子（多子）浓度远大于另一区的同类少子浓度，因而多子通过交界处扩散各自向对方运动，这种由于浓度差而引起的载流子运动成为扩散运动。

载流子扩散运动的结果是使电子和空穴复合载流子消失，在交界面N区一侧失去电子而留下正离子，P区一侧失去空穴而留下负离子。