半導體二極管電子教案

1、第一章 半導體二極管容簡介本章首先介紹半導體的導電性能和特點，進而從原子結構給與解釋。先討論PN結的形成和PN結的特性，然后介紹半導體二極管特性曲線和主要參數。分析這些管子組成的幾種簡單的應用電路，最后列出常 用二極管參數及技能訓練項目。知識教學目標1.了解半導體基礎知識，掌握PN結的單向導電特性；2.熟悉二極管的基本結構、伏安特性和主要參數；3.掌握二極管電路的分析方法；4.了解特殊二極管及其應用。 技能教學目標能夠識別和檢測二極管，會測定二極管簡單應用電路參數。本章重點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：半導體二極管：伏安特性，主要 參數，單向導電性。2.二極管電

2、路的分析與應用。本章難點1.半導體二極管的伏安特性，主要參數，單向導電性。2.二極管電路分析方法。課時4課時題目：半導體、PN結教學目標：了解本征半導體，雜質半導體的區(qū)別，從而得出半導體特性。記住半導體PN結的特性。教學重點：1、半導體特性；2、半導體PN結的特性；教學難點：1、半導體單向導電性。2教學方法：、半導體PN結分別加正反向電壓導通與截止的特性。 講授教具： 色粉筆新課導入：電子技術基礎是我們這學期新開的一門專業(yè)課，它包含各個基本小型電路的介紹及使用分析，這次課我們來學習一種材質：半導體。為以后的電路分析打下基礎。 新授：從導電性能上看，通常可將物質為三大類：導體：電阻率，緣體：電阻

3、率，半導體：電阻率p介于前兩者之間。目前制造半導體器件材料用得最多的有：單一元素的半導體一一硅(Si)和鍺(Ge);化合物半導體 砷化鎵(GaAs)。圖1.1.1半導體示例1.1.1本征半導體了解：純凈的半導體稱為本征半導體。用于制造半導體器件的純硅和鍺都是四價元素，其最外層原子軌道上 有四個電子（稱為價電子）。在單晶結構中，由于原子排列的有序性，價電子為相鄰的原子所共有，形成 圖1.1.2所示的共價健結構，圖中+4代表四價元素原子核和層電子所具有的凈電荷。共價鍵中的一些價電子由于熱運動獲得一些能量，從而擺脫共價鍵的約束成為自由電子，同時在共價鍵上留下空位，我們稱這 些空位為空穴，它帶正電。在

4、外電場作用下，自由電子產生定向移動，形成電子電流；同時價電子也按一 定的方向一次填補空穴，從而使空穴產生定向移動，形成空穴電流。* 團1.12本征舉導強箱購因此，半導體中有自由電子和空穴兩種載流參與導電，分別形成電子電流和空穴電流，這一點與金屬 導體的導電機理不同。1.1.2雜質半導體在本征半導體中摻入某些微量的雜質，就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半 導體的某種載流子濃度大大增加。一、N型半導體若在四價的硅或鍺的晶體中摻入少量的五價元素（如磷、銻、砷等），則晶體點陣中的某些半導體原子被雜質取代，磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相鄰的半導體原子形成共價鍵，必定多出一個電子

5、，這個電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣，在該半導體中就存在大量的自由電 子載流子，空穴是少數載流子，這種半導體就是N型半導體圖1.1.3 N型半導體結構二、P型半導體若在四價的硅或鍺的晶體中少量的三價元素，如硼，晶體點陣中的某些半導體原子被雜質取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的半導體原子形成共價鍵時，產生一個空穴。這個空穴可能吸引束縛電 子來填補，使得硼原子成為不能移動的帶負電的離子，因而在該半導體中就存在大量的空穴載流子，當然,其中還有少數由于本征激發(fā)而產生的自由電子，如圖1.1.4所示。需要指出的是，無論是N型還是P型半導體，都是呈電中性的。*綜上所述，半導體特性

6、：*1、半導體的導電能力介于導體與絕緣體之間。2、在一定溫度下，本征半導體因本征激發(fā)而產生自由電子和空穴對，故其有一定的導電能力。*3、本征半導體的導電能力主要由溫度決定；雜質半導體的導電能力主要由所摻雜質的濃度決定。_4、P型半導體中空穴是多子，自由電子是少子。N型半導體中自由電子是多子，空穴是少子。*5、半導體的導電能力與溫度、光強、雜質濃度和材料性質有關。1.1.3 PN結一、PN結的形成在同一片半導體基片上，分別制造P型半導體和N型半導體，經過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了PN結。PN結是多數載流子的擴散運動和少數載流子的漂移運動相較量，最終達到動態(tài)平衡的必然結果，相當于兩個區(qū)

7、之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。P 型半導體N 型半導體空間電荷區(qū)二二-9 9 c，、PN結的單向導電性1、PN結的偏置PN結加上正向電壓（正向偏置）的意思都是:PN結加上反向電壓（反向偏置）的意思都是:2、PN結正偏國1丄6 PW鐘正旬詢盪國L1.7PN蔚旦向侗匿如上圖1.1.6所示，當PN結正偏時，外加電源形成的電場加強了載流子的擴散運動，削弱了電場，盡層變薄，因而多子的擴散運動形成了較大的擴散電流。用流程圖表述如下：PN結正偏外電場削弱電場耗盡層變薄擴散運動漂移運動多子擴散運動形成正向電流。3、PN結的反偏在PN結加反向偏置時，如圖1.1.7所示，外加電源形成的外電場加強了電

8、場，多子的擴散運動受 到阻礙，耗盡層變厚；少子的漂移運動加強，形成較小的漂移電流。其過程表述如下：PN結反偏外電場加強電場耗盡層變厚擴散運動漂移運動少子漂移運動形成反向電流。綜上所述：1）PN結加正向電壓時，具有較大的正向擴散電流，呈現低電阻，PN結導通；2）PN結加反向電壓時，具有很小的反向漂移電流，呈現高電阻，PN結截止。課后總結：這次課我們認識了半導體材料。對于半導體的特性，PN結的特性進行對比記憶，由大家課下熟悉完成記憶。作業(yè)：練習冊1.1板書設計：一、 半導體1、 本征半導體2、 雜質半導體：二、PN結P區(qū)加正、N區(qū)加負電壓。P區(qū)加負、N區(qū)加正電壓。童僮卜Nex.f $ tk,* Q

9、 j!G r i.也r,_ nh-M1FT婕甲 -N電子二丄宙L拒穴_ 老色畐心如比弋口祐i両- _N-題目：1.2二極管的特性及主要參數教學目標：了解二極管的特性，分析使用二極管時的主要參數-伏安特性。教學重點：二極管結構分析，伏安特性的分析；教學難點：1、伏安特性分析。2、幾個參數的記憶及區(qū)分。教學方法：講授 教具：色粉筆 新課導入：上次課我們認識了半導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也是不行的，這次我們繼續(xù)學習它的特性及參數要求。新授：1.2.1半導體二極管的結構和符號形成PN結的P型半導體和N型半導體上，分別引出兩根金屬引線，并用管殼封裝，就制成二極 管。

10、其中從P區(qū)引出的線為正極，從N區(qū)引出的線為負極。二極管的結構外形及在電路中的文字符號如圖1.2.1所示。在圖1.2.1(b)所示電路符號中，箭頭指向為正向導通電流方向，二極管常見的封裝形式如圖1.2.2所示。1.2.2二極管的伏一安特性半導體二極管的核心是PN結，它的特性就是PN結的單向導電特性。常利用伏一安特性曲線 來形象地描述二極管的單向導電性。所謂伏安特性，是指二極管兩端電壓和流過二極管電流的關系，可用電路圖來測量。若以電壓為橫坐標，電流為縱坐標，用作圖法把電壓、電流的對應值用平滑曲線連接起來， 就構成二極管的伏一安特性曲線，如圖1.2.3所示(圖中虛線為鍺管的伏一安特性，實線為硅管的伏

11、一安特性)，下面以二極管的伏一安特性曲線加以說明。、正向特性當二極管兩端加正向電壓時，就產生正向電流，正向電壓較小時，正向電流極小（幾乎為零）, 2這一部分稱為死區(qū)，相應的A（A）點的電壓命名為死區(qū)電壓。7/niA 1.2.3二悽舀伏一衣特性幽線二極管正向導通時，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。二、反向特性當二極管兩端加上反向電壓時，在開始很大圍，二極管相當于非常大的電阻，反向電流很小， 且不隨反向電壓而變化。此時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值時，反向電流急劇增大，這種現象稱為反向擊穿。此時的

12、電壓稱為反向擊穿電壓用表示，如圖1.2.3中CD（或CD ）段所示。四、死區(qū)電壓：鍺0.2V硅0.5V五、導通電壓降：鍺一一0.3V硅0.7V1.2.3半導體二極管的主要參數和分類基本參數：1.最大整流電流最大整流電流是指二極管長期工作時，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常工作時，所承受的最高反向電壓（峰值）。通常手冊上給出 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

13、可達零點幾兆歐以上。4最高工作頻率最高工作頻率是指二極管正常工作時上、下限頻率，它的大小與PN結的結電容有超過此值， 二極管單向導電特性變差。課后總結：這次課的重點：1、二極管結構及其單向導電性2 、死區(qū)電壓：鍺0.2V硅0.5V3、導通電壓降 ： 鍺0.3V硅0.7V4、二極管反向電壓加到定數值時，反向電流急劇增大，這種現象稱為反向擊穿作業(yè)： 練習冊1.2填空1-5題板書設計：一、半導體二極管的結構和符號二、二極管的伏安特性 三、半導體二極管的主要參數和分類題目：1.4特殊二極管、二極管的檢測及應用教學目標：1、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二級管及光電二極管的特點2、學習二極管極性檢測3、學習二極管好壞

14、的檢測教學重點：1、學習二極管極性檢測2、學習二極管好壞的檢測教學難點：1、二極管的檢測2、二極管的應用教學方法：講授 教具：色粉筆 新課導入：二極管大家已經知道是什么電子器件，那么如果拿來一個二極管，如何知道它的正負極？二極 管的好壞該怎樣檢測？這一系列使用前應該做的準備都是必須有的，現在我們就來學習他的檢測方法！ 新授：1.4.1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現穩(wěn)壓。下面簡要介紹穩(wěn)壓二極管基本知識。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，

15、這說明反向電流在較大圍變化時，擊穿電壓基本不變，穩(wěn)壓管正是利用反向擊穿特性來實現穩(wěn)壓的，此時擊穿電壓稱為穩(wěn)定工作電壓，用Uz表示。二、穩(wěn)壓管的主要參數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，手冊中只能給出某一型號的穩(wěn)壓圍。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)時流過的電流。當穩(wěn)壓管穩(wěn)定電流小于最小穩(wěn)定電流時,沒有穩(wěn)定作用；大于最大穩(wěn)定電流時，管子因過流而損壞。穩(wěn)壓管由于受熱而擊穿。142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，由磷化鎵、砷化鎵等半導體材料制成，電路符號見圖143,當給發(fā)光二極管

16、加上偏壓，有一定的電流流過時二極管就會發(fā)光，這是由于PN結的電子和空穴直接復合放出能量的結果。1顏色：發(fā)光二極管的種類按發(fā)光的顏色可分為：紅色、藍色、黃色、綠色和無色2正負極：管腳引線較長者為正極，較短者為負極。3不同顏色發(fā)光二級管工作電壓：發(fā)光二極管工作時導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2mA25mA發(fā)光二極管廣泛應用于各種電子儀器儀表、計算機、電視機的電源指示和信號指示，還可以做成七段譯碼顯示器等。二、 光電

17、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PN結構成，但是它的PN面積較大，通過管殼上的一個玻璃來接收入射光。它是利用PN在施加反向電壓時，在光線照射下反向電阻由大變小來工作的，其工作電路如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。1.5二極管的檢測與應用1、二極管的識別圖】片口荒光二協(xié)石的蒂號科外幣二極管正負極、規(guī)格、功能和制造材料一般可以通過管殼上的標志和查閱手冊(本章容后附有實用資料)來判斷，如IN4001通過殼上的標志可判斷正負極，查閱手冊可知它是整流管，參數是1A/50V;2CW15查閱手冊可知它是N型硅材料穩(wěn)壓管。如果管殼上無符號或標志不清，就需要用萬用表來檢測。2、二極管的檢測二極管的檢測主要是判斷其正負極和質量好壞?；痉椒ǎ篔f5 Lii-50DkQ3 猜正囪電顒Cbi測辰向電阻S1.5.X二憬皆的質性判斷(1)選檔位將萬用表量程調至RX100Q或RX1KQ檔(一般不用RX1Q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電極，測得一