半導(dǎo)體二極管電子教案

1、第一章半導(dǎo)體二極管內(nèi)容簡介本章首先介紹半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能和特點(diǎn)，進(jìn)而從原子結(jié)構(gòu)給與解釋。先討論P(yáng)N結(jié)的形成和PN結(jié)的特性，然后介紹半導(dǎo)體二極管特性曲線和主要參數(shù)。分析這些管子組成的幾種簡單的應(yīng)用電路，最后列出常 用二極管參數(shù)及技能訓(xùn)練項(xiàng)目。 知識(shí)教學(xué)目標(biāo)1. 了解半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)，掌握PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦裕?. 熟悉二極管的基本結(jié)構(gòu)、伏安特性和主要參數(shù)；3. 掌握二極管電路的分析方法；4. 了解特殊二極管及其應(yīng)用。 技能教學(xué)目標(biāo)能夠識(shí)別和檢測二極管，會(huì)測定二極管簡單應(yīng)用電路參數(shù)。本章重點(diǎn)1. 要求掌握器件外特性，以便能正確使用和合理選擇這些器件。如：半導(dǎo)體二極管：伏安特性，主要參數(shù)，單向?qū)щ娦浴?

2、. 二極管電路的分析與應(yīng)用。 本章難點(diǎn)1. 半導(dǎo)體二極管的伏安特性，主要參數(shù)，單向?qū)щ娦浴?. 二極管電路分析方法。課時(shí) 4 課時(shí)題目：半導(dǎo)體、PN結(jié)教學(xué)目標(biāo)：了解本征半導(dǎo)體，雜質(zhì)半導(dǎo)體的區(qū)別，從而得出半導(dǎo)體特性。記住半導(dǎo)體PN結(jié)的特性。教學(xué)重點(diǎn)：1 、半導(dǎo)體特性；2、半導(dǎo)體PN結(jié)的特性；教學(xué)難點(diǎn)：1 、半導(dǎo)體單向?qū)щ娦浴?、半導(dǎo)體PN結(jié)分別加正反向電壓導(dǎo)通與截止的特性。教學(xué)方法：講授教具： 色粉筆新課導(dǎo)入：電子技術(shù)基礎(chǔ)是我們這學(xué)期新開的一門專業(yè)課，它包含各個(gè)基本小型電路的介紹及使用分析，這次課我們來學(xué)習(xí)一種材質(zhì)：半導(dǎo)體。為以后的電路分析打下基礎(chǔ)。新授：從導(dǎo)電性能上看，通常可將物質(zhì)為三大類：導(dǎo)

3、體： 電阻率，緣體：電阻率，半導(dǎo)體：電阻率 p介 于前兩者之間。目前制造半導(dǎo)體器件材料用得最多的有：單一元素的半導(dǎo)體 硅 (Si) 和鍺 (Ge) ;化合物半導(dǎo)體 砷化鎵 (GaAs) 。圖1.1.1 半導(dǎo)體示例1.1.1 本征半導(dǎo)體了解：純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。用于制造半導(dǎo)體器件的純硅和錯(cuò)都是四價(jià)元素，其最外層原子軌道上 有四個(gè)電子（稱為價(jià)電子）。在單晶結(jié)構(gòu)中，由于原子排列的有序性，價(jià)電子為相鄰的原子所共有，形成 圖1.1.2所示的共價(jià)健結(jié)構(gòu)，圖中+4代表四價(jià)元素原子核和內(nèi)層電子所具有的凈電荷。共價(jià)鍵中的一些價(jià)電子由于熱運(yùn)動(dòng)獲得一些能量，從而擺脫共價(jià)鍵的約束成為自由電子，同時(shí)在共價(jià)鍵上留

4、下空位，我們稱 這些空位為空穴，它帶正電。在外電場作用下，自由電子產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電子電流；同時(shí)價(jià)電子也按 一定的方向一次填補(bǔ)空穴，從而使空穴產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成空穴電流。因此，半導(dǎo)體中有自由電子和空穴兩種載流參與導(dǎo)電，分別形成電子電流和空穴電流，這一點(diǎn)與金屬 導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同。1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半 導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。一、N型半導(dǎo)體若在四價(jià)的硅或錯(cuò)的晶體中摻入少量的五價(jià)元素（如磷、睇、神等），則晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵

5、，必定多出一個(gè)5電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣，在該半導(dǎo)體中就存在大量的自由電子載流子，空穴是少數(shù)載流子，這種半導(dǎo)體就是N型半導(dǎo)體圖1.1.3 N 型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)二、P型半導(dǎo)體若在四價(jià)的硅或錯(cuò)的晶體中少量的三價(jià)元素，如硼，晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原 子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電 子來填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子，因而在該半導(dǎo)體中就存在大量的空穴載流子，當(dāng)然,其中還有少數(shù)由于本征激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子，如圖1.1.4所示。需要指出的是，無論是N型還是P型半導(dǎo)體，都是呈電中性的。

6、*綜上所述，半導(dǎo)體特性：*1、半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。2、在一定溫度下，本征半導(dǎo)體因本征激發(fā)而產(chǎn)生自由電子和空穴對(duì)，故其有一定的導(dǎo)電能力。*3、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由溫度決定；雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由所摻雜質(zhì)的濃度決定。4、P型半導(dǎo)體中空穴是多子，自由電子是少子。N型半導(dǎo)體中自由電子是多子，空穴是少子。*5、半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與溫度、光強(qiáng)、雜質(zhì)濃度和材料性質(zhì)有關(guān)。1.1.3 PN 結(jié)一、PN結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了 PN結(jié)。PN結(jié)是多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)相較量，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡

7、的必然結(jié)果，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體G°唱9° 9° ©c，二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的偏置PN結(jié)加上正向電壓（正向偏置）的意思都是:PN結(jié)加上反向電壓（反向偏置）的意思都是:P區(qū)加正、N區(qū)加負(fù)電壓。P區(qū)加負(fù)、N區(qū)加正電壓。p r型彼卜n號(hào)貫u i旦；能;一n t啟：,電r. Kh內(nèi)噂的-電一l*hP 變一 M電子.：£）0：邈 二啰工空穴._ _ 峪；®豆"電場2、PN結(jié)正偏國E.L7FW結(jié)反向偏就如上圖1.1.6所示，當(dāng)PN結(jié)正偏時(shí)，外加電源形成的電場加強(qiáng)了載流子

8、的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，削弱了內(nèi)電場，耗盡層變薄，因而多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成了較大的擴(kuò)散電流。用流程圖表述如下：PN結(jié)正偏,外電場削弱內(nèi)電場 ，耗盡層變薄, 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),漂移運(yùn)動(dòng),多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成正向電流。3、PN結(jié)的反偏在PN結(jié)加反向偏置時(shí)，如圖1.1.7所示，外加電源形成的外電場加強(qiáng)了內(nèi)電場，多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 受到阻礙，耗盡層變厚；少子的漂移運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，形成較小的漂移電流。其過程表述如下： PN結(jié)反偏,外電場加強(qiáng)內(nèi)電場，耗盡層變厚,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),漂移運(yùn)動(dòng) ，少子漂移運(yùn)動(dòng)形成反向電流。綜上所述：1） PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻，PN結(jié)導(dǎo)通；2） PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，

9、呈現(xiàn)高電阻，PN結(jié)截止。課后總結(jié)：這次課我們認(rèn)識(shí)了半導(dǎo)體材料。對(duì)于半導(dǎo)體的特性，PN結(jié)的特性進(jìn)行對(duì)比記憶，由大家課下熟悉完成記憶。 作業(yè)：練習(xí)冊(cè)1.1 板書設(shè)計(jì)： 一、半導(dǎo)體1、本征半導(dǎo)體2、雜質(zhì)半導(dǎo)體：二、PN 結(jié)題目：1.2二極管的特性及主要參數(shù)教學(xué)目標(biāo)：了解二極管的特性，分析使用二極管時(shí)的主要參數(shù)-伏安特性。教學(xué)重點(diǎn)：二極管結(jié)構(gòu)分析，伏安特性的分析；教學(xué)難點(diǎn)：1、伏安特性分析。2、幾個(gè)參數(shù)的記憶及區(qū)分。教學(xué)方法：講授教具：色粉筆新課導(dǎo)入：上次課我們認(rèn)識(shí)了半導(dǎo)體器件中常用的器件“二極管”，在使用過程中不僅要了解它的參數(shù)也是不行的，這次我們繼續(xù)學(xué)習(xí)它的特性及參數(shù)要求。新授：1.2.1半導(dǎo)體二

10、極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)形成PN結(jié)的P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體上，分別引出兩根金屬引線，并用管殼封裝，就制成二極 管。其中從P區(qū)引出的線為正極，從 N區(qū)引出的線為負(fù)極。二極管的結(jié)構(gòu)外形及在電路中的文字符號(hào)如圖 1.2.1所示。在圖1.2.1(b)所示電路符號(hào)中，箭頭指向?yàn)檎驅(qū)娏鞣较?，二極管常見的封裝形式如圖 1.2.2所示。陽極引線 (a) 陰極弓I線I陽極1(陰級(jí)) + Jr腴咽月強(qiáng)ftd小電品喋沱(b)半導(dǎo)體二極管的核心是 來形象地描述二極管的單向?qū)щ娦?電路圖來測量。若以電壓為橫坐標(biāo),1.2.2 二極管的伏一安特性PN結(jié)，它的特性就是 PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?。常利用伏一安特性曲線O所謂伏安特性，

11、是指二極管兩端電壓和流過二極管電流的關(guān)系，可用 電流為縱坐標(biāo)，用作圖法把電壓、電流的對(duì)應(yīng)值用平滑曲線連接起來， 就構(gòu)成二極管的伏一安特性曲線，如圖 1.2.3所示（圖中虛線為錯(cuò)管的伏一安特性，實(shí)線為硅管的伏一安 特性），下面以二極管的伏一安特性曲線加以說明。一、正向特性當(dāng)二極管兩端加正向電壓時(shí)，就產(chǎn)生正向電流，正向電壓較小時(shí)，正向電流極小（幾乎為零），這一部分稱為死區(qū)，相應(yīng)的 A（A'）點(diǎn)的電壓命名為死區(qū)電壓。a 1.2.3二極百伏一支特在的戰(zhàn)二極管正向?qū)〞r(shí)，要特別注意它的正向電流不能超過最大值，否則將燒壞PN結(jié)。二、反向特性當(dāng)二極管兩端加上反向電壓時(shí)，在開始很大范圍內(nèi)，二極管相當(dāng)于

12、非常大的電阻，反向電流 很小，且不隨反向電壓而變化。此時(shí)的電流稱之為反向飽和電流，如圖 1.2.3中0C（或O' C'）段所 示。三、反向擊穿特性二極管反向電壓加到定數(shù)值時(shí)，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。此時(shí)的電壓稱為反向擊穿電壓用表示，如圖 1.2.3中CD（或C' D'）段所示。四、死區(qū)電壓：錯(cuò)0.2V硅0.5V五、導(dǎo)通電壓降：:一一0.3V硅0.7V1.2.3 半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)和分類基本參數(shù)：最大整流電流是指二極管長期工作時(shí)，允許通過的最大平均電流使用正向平均電流能超過此值，否則二極管會(huì)擊穿。2 最大反向工作電壓最大反向工作電壓是指二極管正

13、常工作時(shí)，所承受的最高反向電壓（ 峰值 ） 。通常手冊(cè)上給出的最大反向工作電壓是擊穿電壓的一半左右。3二極管的直流電阻二極管的直流電阻指加在二極管兩端的直流電壓與流過二極管的直流電流的比值。二極管的正向電阻較小，約為幾歐到幾千歐；反向電阻很大，一般可達(dá)零點(diǎn)幾兆歐以上。4 最高工作頻率最高工作頻率是指二極管正常工作時(shí)上、下限頻率，它的大小與PN結(jié)的結(jié)電容有超過此值,二極管單向?qū)щ娞匦宰儾?。課后總結(jié)：這次課的重點(diǎn)：1、二極管結(jié)構(gòu)及其單向?qū)щ娦?、死區(qū)電壓：鍺 0.2V硅 0.5V3、導(dǎo)通電壓降： 鍺 0.3V硅 0.7V反向擊穿4、二極管反向電壓加到定數(shù)值時(shí)，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為作業(yè)：

14、練習(xí)冊(cè) 1.2 填空 1-5 題板書設(shè)計(jì)：一、半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)二、二極管的伏安特性三、半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)和分類11題目：1.4特殊二極管、二極管的檢測及應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)：1、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二級(jí)管及光電二極管的特點(diǎn)2 、學(xué)習(xí)二極管極性檢測3 、學(xué)習(xí)二極管好壞的檢測教學(xué)重點(diǎn)：1、學(xué)習(xí)二極管極性檢測4 、學(xué)習(xí)二極管好壞的檢測教學(xué)難點(diǎn)：1、二極管的檢測2、二極管的應(yīng)用教學(xué)方法：講授教具：色粉筆新課導(dǎo)入：二極管大家已經(jīng)知道是什么電子器件，那么如果拿來一個(gè)二極管，如何知道它的正負(fù)極？二極 管的好壞該怎樣檢測？這一系列使用前應(yīng)該做的準(zhǔn)備都是必須有的，現(xiàn)在我們就來學(xué)習(xí)他的檢測方法！ 新授：1.4.1

15、 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路利用穩(wěn)壓二極管在反向擊穿特性來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。下面簡要介紹穩(wěn)壓二極管基本知識(shí)。一、穩(wěn)壓二極管的工作特性穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管，它的伏一安特性曲線和在電路中的符號(hào)如圖1.4.1所示。穩(wěn)壓管和普通二極管正向特性相同，不同的是反向擊穿電壓較低，且擊穿特性陡峭，這說明反向電流在較大范圍內(nèi)變化 時(shí)，擊穿電壓基本不變，穩(wěn)壓管正是利用反向擊穿特性來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的，此時(shí)擊穿電壓稱為穩(wěn)定工作電壓， 用Uz表不。圖1,4.1聘正旨供安侍隹曲線幫拜號(hào) 圖L43蛤壓二損皆玄物圖二、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1 .穩(wěn)定電壓UZ穩(wěn)定電壓UZ即反向擊穿電壓。由于擊穿電壓與制造工藝、環(huán)境溫度和工作電流有關(guān)，手冊(cè)中只能給 出某一

16、型號(hào)的穩(wěn)壓范圍。2 .穩(wěn)定電流Iz穩(wěn)定電流Iz是指穩(wěn)壓管工作至穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)流過的電流。當(dāng)穩(wěn)壓管穩(wěn)定電流小于最小穩(wěn)定電流時(shí),沒有穩(wěn)定作用；大于最大穩(wěn)定電流時(shí)，管子因過流而損壞。穩(wěn)壓管由于受熱而擊穿。國發(fā)進(jìn)二憧鏟的許號(hào)和外拶1.4.2發(fā)光二極管與光電二極管一、發(fā)光二極管發(fā)光二極管是一種把電能變成光能的器件，由磷化錢、神化錢等半導(dǎo)體材料制成，電路符號(hào)見圖1.4.3,當(dāng)給發(fā)光二極管加上偏壓，有一定的電流流過時(shí)二極管就會(huì)發(fā)光，這是由于PN結(jié)的電子和空穴直接復(fù)合放出能量的結(jié)果。顏色：發(fā)光二極管的種類按發(fā)光的顏色可分為：紅色、藍(lán)色、黃色、綠色和無色 正負(fù)極：管腳引線較長者為正極，較短者為負(fù)極。 不同顏色發(fā)光二

17、級(jí)管工作電壓：發(fā)光二極管工作時(shí)導(dǎo)通電壓比普通二極管大，其工作電壓隨材料不同而不同，一般為1.7v2.4v 。 普通綠、紅、黃二極管工作電壓約為2v,白色發(fā)光二極管電壓通常高于2.4v ;藍(lán)色發(fā)光二極管工作電壓一般高于3.3v。發(fā)光二極管的工作電流一般為2mA-25mA發(fā)光二極管廣泛應(yīng)用于各種電子儀器儀表、計(jì)算機(jī)、電視機(jī)的電源指示和信號(hào)指示，還可以做成七段譯碼顯示器等。二、光電二極管光電二極管又叫光敏二極管，外形如圖 1.4.5 。光電二極管也是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，但是它的 PN面積較大，通過管殼上的一個(gè)玻璃來接收入射光。它是利用PN在施加反向電壓時(shí)，在光線照射下反向電阻由大變小來工作的，其工作電

18、路如1.4.4。光電二極管可用于光測量、光電控制等方面，如遙控接收器、光纖通訊、激光頭中都用到光電二極管。圖1.45汽電:出售外形圖圖1.4.4加電二梭皆應(yīng)用蜜洛圖1.5 二極管的檢測與應(yīng)用1、二極管的識(shí)別二極管正負(fù)極、規(guī)格、功能和制造材料一般可以通過管殼上的標(biāo)志和查閱手冊(cè)(本章內(nèi)容后附有實(shí)用資料)來判斷，如IN4001通過殼上的標(biāo)志可判斷正負(fù)極，查閱手冊(cè)可知它是整流管，參數(shù)是1A/50V;2CW15查閱手冊(cè)可知它是 N型硅材料穩(wěn)壓管。如果管殼上無符號(hào)或標(biāo)志不清，就需要用萬用表來檢測。 2、二極管的檢測Jf<5 UIft -50DkQ瀏正囪電限(bi翻反向電陰二極管的檢測主要是判斷其正負(fù)極和質(zhì)量好壞。 基本方法：K 1.5.1二快替的慷性割斷(1)選檔位將萬用表量程調(diào)至RX100Q或 RX1K檔(一般不用RX 1 檔，因其電流較大，而RX10K檔電壓過高管子易擊穿)(2)測電阻將兩表筆分別接觸二極管兩個(gè)電極，測得一個(gè)電