半导体二极管与直流稳压电源

使用半导体器件进行 pn 结特性实验的教程半导体器件是现代电子技术中不可或缺的组成部分，而了解和掌握半导体器件的特性对于电子工程师和科学研究人员来说至关重要。

本文将为您提供一份使用半导体器件进行 pn 结特性实验的详细教程，帮助您深入了解 pn 结的性质和工作原理。

一、实验所需材料和设备在进行 pn 结特性实验之前，我们需要准备以下材料和设备：1. 半导体二极管：用于构建 pn 结的主要器件，可以通过购买或者向实验室借用获得。

2. 直流稳压电源：用于为实验提供稳定的电压，并可调节电压大小。

3. 万用表：用于测量 pn 结的电流、电压和其他相关参数。

4. 连线材料：如导线和插头，用于连接各个器件。

5. 实验台和支架：用于搭建实验电路和固定器件。

6. 安全眼镜、手套和防护服：用于保护实验人员安全。

二、实验步骤以下是使用半导体器件进行 pn 结特性实验的详细步骤：1. 确保实验室环境安全，并带好安全装备。

2. 将实验台和支架摆放整齐，并连接好直流稳压电源和万用表。

3. 选择一只半导体二极管作为实验器件，并将它放置在支架上。

4. 首先，将电源的负极连接到二极管的阴极，正极连接到二极管的阳极。

注意极性的正确连接，以免损坏二极管。

5. 打开电源，调节电压到适当的范围（如1V），并使用万用表测量二极管上的电流和电压。

记录测量结果。

6. 逐渐调节电压，每次增加一定的值（如0.1V），并记录相应的电流和电压数值。

7. 在整个电压范围内重复步骤6，直到达到电源的最大电压或者观察到二极管的击穿现象。

8. 分析实验数据，绘制 pn 结的特性曲线，包括电压-电流特性曲线和电压-电阻特性曲线。

9. 根据特性曲线的形状和实验数据，分析pn 结的工作状态和特性，如正向偏置、反向偏置、截止区和导通区等。

10. 完成实验后，关闭电源，断开连接，并将实验台恢复整洁。

三、实验注意事项在进行 pn 结特性实验时，务必注意以下事项：1. 仔细阅读并遵守实验室的安全操作规程，确保实验过程中的人身安全和设备安全。

二极管的判断及直流稳压电源电路实验结论二极管是一种具有非线性特性的电子元件，它具有单向导电性，即只允许电流在一个方向上通过。

基于二极管的这一特性，我们可以利用它来进行信号的整流、调制、开关等应用。

在本文中，我们将讨论二极管的判断方法以及直流稳压电源电路实验的结论。

我们来讨论二极管的判断方法。

二极管有正负极两个端口，其中正极被称为阳极，负极被称为阴极。

为了判断二极管的正负极，我们可以使用万用表的二极管测试功能。

将万用表的测试头连接到二极管的两个端口上，并观察万用表显示的数值。

如果数值为正或者接近于正值，那么连接到测试头的那一端就是二极管的阳极；如果数值为负或者接近于负值，那么连接到测试头的那一端就是二极管的阴极。

接下来，我们将讨论直流稳压电源电路实验的结论。

直流稳压电源电路是一种常见的电源电路，用于为电子设备提供稳定的直流电压。

其中，二极管起到了整流的作用，将交流电转换为直流电。

在实验中，我们可以通过调整电路中的元件参数来观察电路的稳压效果。

在实验中，我们可以通过改变电阻值或者电容值来调整电路的稳压效果。

当电阻值增大时，电路的稳压效果会变得更好，输出的直流电压会更加稳定；当电容值增大时，电路的稳压效果也会变得更好，输出的直流电压会更加平滑。

然而，如果电阻值或者电容值过大，就可能导致电路的稳压效果不佳，输出的直流电压会有较大的波动。

通过实验我们还可以得出直流稳压电源电路的另一个重要结论，即电路中的二极管的工作状态。

在整流电路中，二极管起到了将交流电转换为直流电的作用。

当输入的电压为正值时，二极管处于正向偏置状态，可以导通电流；当输入的电压为负值时，二极管处于反向偏置状态，无法导通电流。

这一特性使得二极管可以实现电流的单向传输，起到了整流的作用。

总结一下，二极管具有单向导电性，我们可以通过万用表的测试功能来判断二极管的正负极。

直流稳压电源电路是一种常见的电源电路，通过调整电路的元件参数可以改变电路的稳压效果。

半导体二极管实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是研究半导体二极管的基本特性，学习如何使用万用表和示波器测量电路中各个元件的电压、电流等参数，并掌握半导体二极管的工作原理和应用。

二、实验原理1. 半导体材料半导体材料是指在温度较低时，其电阻率介于金属和非金属之间，且在外界作用下能够产生明显的电子或空穴运动。

常见的半导体材料有硅、锗等。

2. PN结PN结是由P型半导体和N型半导体接触而成，其中P型半导体具有较多的空穴，N型半导体具有较多的自由电子。

当两种材料接触时，由于扩散效应使得自由电子从N区向P区扩散，空穴从P区向N区扩散，形成了一个带正负离子层，称为耗尽层。

3. 半导体二极管半导体二极管是PN结加上外部引线后形成的器件。

当二极管正向偏置时，即P端连接正极、N端连接负极时，外加电压会使耗尽层变窄，自由电子和空穴开始重新组合，从而形成电流。

当二极管反向偏置时，即P端连接负极、N端连接正极时，由于耗尽层变宽，电流几乎为零。

4. 二极管的特性二极管的主要特性有正向工作电压、反向击穿电压、导通电阻和反向漏电流等。

三、实验器材1. 半导体二极管（1N4007）2. 直流稳压电源3. 万用表4. 示波器5. 电阻箱6. 实验线缆等四、实验步骤及结果分析1. 正向特性曲线的测量与分析（1）按照图1接线，并将直流稳压电源输出调至0V。

（2）将万用表调至直流电压档位，并将红表笔接在二极管的P端，黑表笔接在N端。

（3）逐步增加稳压电源输出的正向偏置电压，并记录下对应的二极管正向工作电流和工作电压值。

（4）根据记录数据绘制出半导体二极管正向特性曲线，如图2所示。

（5）根据曲线分析得出半导体二极管的正向导通电阻和正向击穿电压等参数，并与理论值进行比较。

2. 反向特性曲线的测量与分析（1）按照图3接线，并将直流稳压电源输出调至0V。

（2）将万用表调至直流电压档位，并将红表笔接在二极管的N端，黑表笔接在P端。

（3）逐步增加稳压电源输出的反向偏置电压，并记录下对应的二极管反向漏电流和反向偏置电压值。

直流稳压电源技术——稳压电源基础第二章稳压电源基础一、电子元件基础知识直流稳压电源中主要使用这些电子元件：电阻、电容、变压器、电感、二极管、三极管、场效应管、集成电路等，有些直流稳压电源可能还有发光二极管、电流表、电压表元件用于工作状态的指示。

这些电子元件主要分为无源器件和有源器件两大类。

其中无源器件是电阻、电容、变压器、电感；有源器件是二极管、三极管、场效应管、集成电路。

无源器件就不必说了，下面我们主要介绍一下有源器件的基础知识。

1、二极管二极管是我们通常情况下的俗称，它的学名叫晶体二极管或半导体二极管。

二极管就是由一个PN 结，加上相应的电极引线封装而成。

二极管按材料分类有硅材料和锗材料；按功能分类又可以分为整流二极管、检波二极管、开关二极管、稳压二极管、变容二极管、肖特基二极管、发光二极管等。

常用的二极管主要是利用PN结的单向导电性进行工作。

如：整流二极管、检波二极管、开关二极管等。

但是二极管还有一些比较特殊的性能，比如稳压二极管反向击穿后两端电压保持不便；变容二极管PN结间的结电容会随着外加电压的变化而发生变化；发光二极管通电后能够发光。

（1）二极管的主要参数正向电流IF在额定功率下，允许通过二极管的电流值。

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。

最大整流电流（平均值）IOM在半波整流连续工作的情况下，允许的最大半波电流的平均值。

反向击穿电压VB二极管反向电流急剧增大到出现击穿现象时的反向电压值。

正向反向峰值电压VRM二极管正常工作时所允许的反向电压峰值，通常VRM 为VP的三分之二或略小一些。

反向电流IR在规定的反向电压条件下流过二极管的反向电流值。

结电容C电容包括电容和扩散电容，在高频场合下使用时，要求结电容小于某一规定数值。

最高工作频率FM二极管具有单向导电性的最高交流信号的频率。

（2）直流稳压电源中常用的二极管直流稳压电源中常用的二极管有整流二极管、稳压二极管和发光二极管。

半导体二极管、发光二极管和稳压二极管：特性异同点晓谕半导体二极管、发光二极管和稳压二极管都是由半导体材料制成的电子元器件，具有共性，也具有各自的特性。

本文从三方面对它们进行比较，希望对读者有所帮助。

1. 工作原理半导体二极管是一种具有单向导电特性的二极管，正电压下通电，反电压下不导电。

当二极管上加正向电压，P型材料被注入大量的自由载流子，N型材料被抽取大量自由载流子，电子从N区向P区扩散，空穴从P区向N区扩散，两者在P区和N区的结合区域重新结合，放出多余的能量，使得结合区域内电子浓度和空穴浓度明显增加，导致二极管具有单向导电的特性。

发光二极管是一种特殊的二极管，通过在P区和N区之间引入夹杂的少量杂质（如镓、氮等），形成一个带隙结构，使杂质电子激发到导带中形成自由电子，结合区域是可以辐射出特定颜色的光。

它是一种集发光和导电于一体的器件，可以广泛应用于数字显示、光通信、路灯等领域。

稳压二极管也是一种二极管，主要用于电压稳定器中，是一种依靠Zener效应来维持电压稳定的二极管。

当稳压二极管正向电压（即输入电压）小于谷值电压时，稳压二极管表现为半导体二极管的特性，不导电。

当正向电压大于谷值电压时，稳压二极管进入谷值电流区域，稳压二极管上提供了恒定的电压（即稳压电压），进而起到维持电压稳定的作用。

2. 特点半导体二极管具有单向导电特性，在电路中主要用作整流、开关等。

由于不需要加热就能工作，因此被广泛应用于各种电子设备中。

发光二极管主要特点是具有发光效应，可以吸收电子的能量而发出光。

稳压二极管主要特点是它可以抵御电源电压的变化，在输入电压波动时起到维持稳定电压的作用。

3. 应用半导体二极管广泛应用于电路中的整流、开关、逆变等领域。

发光二极管被广泛应用于指示灯、显示屏、光通信、人工光源等领域。

稳压二极管则广泛应用于稳压器、电源为以及仪器仪表中的输出稳定电压的调节和涟漪的滤波。

其在各自的应用领域都具有不可替代的作用。

直流稳压电源实验报告实验课程：姓名：集成直流稳压电源——半导体器件设计及其应用一、实验目的（1）掌握集成稳压电源的实验方法（2）掌握用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器来设计直流稳压电源（3）掌握直流稳压电源的主要性能参数及测试方法（4）进一步培养工艺素质和提高基本技能二、实验要求（1）设计一个双路直流稳压电源（2）输出电压V o=±12V，+5V最大输出电流Iomax=1A（3）输出纹波电压ΔV op-p≤5mV, 稳压系数Sv≤5×10-3三、实验原理直流稳压电源一般有电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路所组成，基本框图和波形变换如下：（1）电源变压器：将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需的低电压。

（2）整流电路：一般由具有单向导电性的二极管构成，经常采用单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。

应用最为广泛的是桥式整流电路，4个二极管轮流导通，无论正半周还是负半周，流过负载的电流方向是一致的，形成全波整流，将变压器输出的交流电压变成了脉动的直流电压。

输出波形：（2）滤波电路：加入电容滤波电路后，由于电容是储能元件，利用其充放电特性，使输出波形平滑，减小直流电中的脉动成分，以达到滤波的目的。

为了使滤波效果更好，可选用大电容的电容为滤波电容。

因为电容的放电时间常数越大，放电过程越慢，脉动成分越少，同时使得电压更高。

输出波形：（3） 稳压电路：稳定输出电压。

稳压电路种类很多，包括稳压管，串联稳压，集成稳压器等。

该实验中我们选用的是三端式固定输出稳压器7805，7812和7912。

四、元件参数计算 （1）整流电路参数 输出电压平均值：222)(09.022)(sin 221U U wt td U U AV ≈==⎰πωππ输出电流平均值：LLAV AV R U R U I 2)(0)(09.0≈=平均整流电流：LLAV AV AV D R U R U I I 2)(0)(0)(45.022≈==最大反向电压：22U U RM =整流二极管的选择（考虑电网10±%波动）：⎪⎩⎪⎨⎧>>2221.11.145.0UU R U I RL F（2）滤波电路参数滤波电容的选择：2)(02.1,2)5~3(U U TC R AV L ≈= 一般选择几十至几千微法的电解电容，耐压值应大于2256.121.1U U =。

二极管的整流及稳压原理二极管是一种常见的电子元件，常用于电路中的整流和稳压功能。

本文将详细介绍二极管的整流和稳压原理，以及其在实际应用中的重要性。

一、整流原理整流是将交流电转换为直流电的过程。

而二极管作为一种半导体器件，具有单向导电性质，能够实现电流在一个方向上的流动。

在整流电路中，二极管起到了关键的作用。

当二极管的正向电压大于0.7V时，二极管处于导通状态，电流可以流过。

而当正向电压小于0.7V时，二极管处于截止状态，电流无法通过。

这种单向导电性质使得二极管可以将交流信号的负半周去除，从而实现整流的功能。

在半波整流电路中，二极管只能让正半周通过，负半周被截断。

而在全波整流电路中，通过使用两个二极管和中心点连接的电阻，可以让交流信号的两个半周都能够通过，从而得到更平滑的直流输出。

二、稳压原理稳压是指在电路中通过某种手段，保持电压在一定范围内的稳定性。

二极管也可以用于实现稳压的功能。

在稳压电路中，二极管通常与其他元件（如电阻、电容等）组合使用。

通过调整电路参数，使得二极管在一定电压范围内具有稳定的电流特性。

当输入电压发生变化时，二极管能够自动调整电流，使输出电压保持稳定。

常见的稳压电路有Zener二极管稳压电路和三端稳压器电路。

Zener 二极管稳压电路通过反向击穿特性，实现对电压的稳定控制。

而三端稳压器电路则通过内部反馈电路，使输出电压保持在一个稳定的水平。

三、整流和稳压的应用整流和稳压是电子设备中常见的功能需求，广泛应用于各个领域。

在电源适配器中，整流和稳压电路能够将交流电转换为直流电，并保持输出电压的稳定性，为电子设备提供稳定可靠的电源。

在电子设备中，整流和稳压电路也常用于保护其他电子元件的正常工作。

通过将交流信号转换为直流信号，并保持恒定的输出电压，能够有效防止电路过载、漏电等问题。

整流和稳压电路还广泛应用于光伏发电、电动车充电桩等领域。

通过对太阳能、电动车电池等能源的整流和稳压，可以有效提高能源利用效率，延长电池寿命。

《电路与模拟电子技术基础 习题及实验指导答案 第二版》第1章 直流电路一、填 空 题1.4.1 与之联接的外电路；1.4.2 1-n ，)1(--n b ；1.4.3 不变；1.4.4 21W ，负载；1.4.5 Ω1.65A ，　；1.4.6 1A 3A ，　； 1.4.7 3213212)(3)23(R R R R R R R +++=； 1.4.8 1A ；1.4.9 Ω4.0，A 5.12；1.4.10 电压控制电压源、电压控制电流源、电流控制电压源、电流控制电流源；1.4.11 3A ；1.4.12 3A ；1.4.13 Ω2；1.4.14 15V ，Ω5.4；1.4.15 V 6S =U 。

二、单 项 选 择 题1.4.16 C ； 1.4.17 B ； 1.4.18 D ； 1.4.19 A ；1.4.20 A ； 1.4.21 C ； 1.4.22 B ； 1.4.23 D 。

第2章一阶动态电路的暂态分析一、填 空 题2.4.1 短路，开路；2.4.2 零输入响应；2.4.3 短路，开路；2.4.4 电容电压，电感电流；2.4.5 越慢；2.4.6 换路瞬间；2.4.7 三角波；2.4.8 s 05.0，k Ω25； 2.4.9 C R R R R 3232+； 2.4.10 mA 1,V 2。

二、单 项 选 择 题2.4.11 B ； 2.4.12 D ； 2.4.13 B ；2.4.14 D ； 2.4.15 B ； 2.4.16 C 。

第3章 正弦稳态电路的分析一、填 空 题3.4.1 ︒300.02s A 10，　，　； 3.4.2 V )13.532sin(25)(︒+=t t u ；3.4.3 容性， A 44；3.4.4 10V ，2V3.4.5 相同；3.4.6 V 30，20V ；3.4.7 A 44，W 7744；3.4.8 A 5；3.4.9 减小、不变、提高；3.4.10 F 7.87μ；3.4.11 20kVA ，12kvar -；3.4.12 不变、增加、减少；3.4.13 电阻性，电容性； 3.4.14 LC π21，阻抗，电流；3.4.15 1rad/s ，4；3.4.16 Ω10；3.4.17 P L U U =，P L 3I I =，︒-30； 3.4.18 P L 3U U =，P L I I =，超前。

二极管是用半导体材料 (硅、硒、锗等)制成的一种电子器件。

它具有单向导电性能，即给二极管阳极和阴极加上正向电压时，二极管导通。

当给阳极和阴极加上反向电压时，二极管截止。

因此，二极管的导通和截止，则相当于开关的接通与断开。

二极管是最早诞生的半导体器件之一，其应用非常广泛。

特别是在各种电子电路中，利用二极管和电阻、电感、电容等元器件进行合理的连接，构成不同功能的电路，可以实现对交流电整流、对调制信号检波、限幅和嵌位以及对电源电压的稳压等多种功能。

无论是在常见的收音机电路还是在其他的家用电器产品或工业控制电路中，都可以找到二极管的踪迹。

结构组成二极管就是由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。

采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结。

由P区引出的电极称为阳极，N区引出的电极称为阴极。

因为PN结的单向导电性，二极管导通时电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。

二极管的电路符号如图所示。

二极管有两个电极，由P区引出的电极是正极，又叫阳极；由N区引出的电极是负极，又叫阴极。

三角箭头方向表示正向电流的方向，二极管的文字符号用VD表示。

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。