2022年电工学教案.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 优秀教案授课题目: 半导体的导电特性、二极管、稳压二极管授课方式理论课争论课试验课习题课课时2 (请打)其他支配教学大纲要求:半导体的导电特性:PN 结、半导体二极管、半导体稳压管;教学目的、要求(分把握、熟识、明白三个层次):懂得 PN 结的单向导电性,明白二极管、稳压管的基本结构、工作原理及主要特性曲线,懂得其主要参数的意义;教学重点及难点:重点: PN 结的单向导电性;作业、争论题、摸索题:课后总结分析:教 学内 容 备注PN 结半导体器件是用半导体材料制成的电子器件;常用的半导体器件有二极管、三极管、场效应晶体管等;半导体器件
2、是构成各种电子电路最基本的元件;半导体的导电特点半导体 :导电性能介于导体和绝缘体之间的物质,如硅 锗是 4 价元素,原子的最外层轨道上有 4 个价电子;1激发产生自由电子和空穴Si、锗 Ge;硅和每个原子四周有四个相邻的原子,原子之间通过 共价键 紧密结合在一起;两个相邻原子共用一对电子;室温下,由于热运动少数价电子摆脱共价键的 束缚成为自由电子,同时在共价键中留下一个空位这个空位称为 空穴 ;失去 价电子的原子成为正离子,就好象空穴带正电荷一样;在电子技术中,将空 穴看成带正电荷的载流子;2空穴的运动(与自由电子的运动不同)有了空穴,邻近共价键中的价电子很简单过来填补这个空穴,这样空穴 便
3、转移到邻近共价键中;新的空穴又会被邻近的价电子填补;带负电荷的价 电子依次填补空穴的运动,从成效上看,相当于带正电荷的空穴作相反方向 的运动;本征半导体中有两种载流子:带负电荷的自由电子和带正电荷的空 穴热激发产生的自由电子和空穴是成对显现的,电子和空穴又可能重新结合 而成对消逝,称为 复合 ;在肯定温度下自由电子和空穴维护肯定的浓度;3.在纯洁半导体中掺入某些微量杂质,其导电才能将大大增强(1)N 型半导体在纯洁半导体硅或锗中掺入磷、砷等5 价元素, 由于这类元素的原子最外层名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师
4、精编 优秀教案有 5 个价电子,故在构成的共价键结构中,由于存在余外的价电子而产生大量自由电子,这种半导体主要靠自由电子导电,称为电子半导体或 N 型半导体,其中自由电子为多数载流子,热激发形成的空穴为少数载流子;自由电子 多数载流子(简称多子)空 穴 少数载流子(简称少子)(2)P 型半导体在纯洁半导体硅或锗中掺入硼、铝等3 价元素,由于这类元素的原子最外层只有 3 个价电子,故在构成的共价键结构中,由于缺少价电子而形成大量空穴,这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动,称为空穴半导体或 P 型半导体,其中空穴为多数载流子,热激发形成的自由电子是少数载流子;空 穴 多数载流子(简称多子)自
5、由电子 少数载流子(简称少子)N 型半导体 P 型半导体无论是 P 型半导体仍是 N 型半导体都是中性的,对外不显电性;掺入的杂质元素的浓度越高,多数载流子的数量越多;少数载流子是热激发而产生的,其数量的多少打算于温度;PN 结及其单向导电性1PN 结的形成半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式;载流子在电场作用下的定向运动称为 漂移运动 ;在半导体中,假如载流子浓度分布不匀称,由于浓度差,载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动,这种运动称为 扩散运动 ;将一块半导体的一侧掺杂成 P 型半导体,另一侧掺杂成 N 型半导体,在两种半导体的交界面处将形成一个特别的薄层PN 结;P 区
6、N 区 P 区 空间电荷区 N 区载流子的扩散运动内电场方向PN 结及其内电场2PN 结的单向导电性外加正向电压(也叫正向偏置)名师归纳总结 外加电场与内电场方向相反,内电场减弱,扩散运动大大超过漂移运动,N 区第 2 页,共 23 页电子不断扩散到P 区, P 区空穴不断扩散到N 区,形成较大的正向电流,这时- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 优秀教案称 PN 结处于 导通 状态;空间电荷区 变窄IPN外电场内电场ER外加反向电压(也叫反向偏置)外加电场与内电场方向相同,增强了内电场,多子扩散难以进行,少子在电场 作用下形成反向电流,由于是少
7、子漂移运动产生的,反向电流很小,这时称 PN 结处于 截止 状态;空间电荷区 变宽PENI内电场外电场R半导体二极管 半导体二极管的结构一个 PN 结加上相应的电极引线并用管壳封装起来,就构成了半导体二极管,简称二极管;半导体二极管按其结构不同可分为点接触型和面接触型两类;点接触型二极管 PN 结面积很小, 结电容很小, 多用于高频检波及脉冲数字电路 中的开关元件;面接触型二极管PN 结面积大,结电容也小,多用在低频整流电路中;正向特性0.8 U /V阳极阴极I /mA半导体二极管的伏安特性- 60 -40 - 2040 30 20 10(1)正向特性外加正向电压较小时,外电场不足以克服内电;
8、反向特性00.4 场对多子扩散的阻力,PN 结仍处于截止状态正向电压大于死区电压后,正向电流随着正向电压增大快速上升;通常死区电压硅管约为0.5V ,锗管约为0.2V;(2)反向特性外加反向电压时,PN 结处于截止状态,反向电流很小;反向电压大于击穿电压时,反向电流急剧增加;半导体二极管的主要参数名师归纳总结 (1)最大整流电流I OM:指管子长期运行时,答应通过的最大正向平均电流;第 3 页,共 23 页(2)反向击穿电压U B:指管子反向击穿时的电压值;(3)最大反向工作电压UDRM :二极管运行时答应承担的最大反向电压(约为- - - - - - -精选学习资料 - - - - - -
9、- - - 名师精编 优秀教案U B 的一半);(4)最大反向电流 I RM :指管子未击穿时的反向电流,其值越小,就管子的单向导电性越好;(5)最高工作频率f m:主要取决于PN 结结电容的大小;抱负二极管 :正向电阻为零,正向导通时为短路特性,正向压降忽视不计;反向电阻为无穷大,反向截止时为开路特性,反向漏电流忽视不计;特别二极管阳极阴极稳压管稳压管是一种用特别工艺制造的半导体二极管,稳压管的稳固电压就是反向击穿电压;稳压管的稳压作用在于:电流增量很大,只引起很小的电压变化;稳压管的主要参数:(1)稳固电压 UZ;反向击穿后稳固工作的电压;(2)稳固电流 IZ;工作电压等于稳固电压时的电流
10、;(3)动态电阻 rZ;稳固工作范畴内,管子两端电压的变化量与相应电流的变化量之比;即: rZ= U Z/ IZ(4)额定功率 PZ 和最大稳固电流IZM ;额定功率 PZ 是在稳压管答应结温下的最大功率损耗;最大稳固电流 IZM 是指稳压管答应通过的最大电流;它们之间的关系是:PZ=UZIZM发光二极管当发光二极管的 PN 结加上正向电压时, 电子与空穴复合过程以光的形式放出能量;不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光;发光二极管具有亮度高、清楚度高、电压低(1.53V)、反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点,是一种很有用的半导体器件,常用于信号指示、数字和字符显示;LED 阳极阴极阳
11、极LED 阴极R b E 光电二极管a 光电二极管的又称为光敏二极管,其工作原理恰好与发光二极管相反;当光线照耀到光电二极管的 PN 结时,能激发更多的电子, 使之产生更多的电子空穴对,从而提高了少数载流子的浓度;在 PN 结两端加反向电压时反向电流会增加,所产生反向电流的大小与光的照度成正比,所以光电二极管正常工作时所加的电压为反向电压; 为使光线能照耀到 的通光窗口;PN 结上,在光电二极管的管壳上设有一个小名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 优秀教案授课题目: 晶体管、光电器件授课方式理论课争论课试验
12、课习题课课时2 (请打)其他支配教学大纲要求:半导体三极管教学目的、要求(分把握、熟识、明白三个层次):明白半导体三极管和场效应管的基本结构、工作原理及主要特性曲线,懂得其主要参数的意义,懂得晶体管的电流安排和放大作用;教学重点及难点:重点:半导体三极管电流安排和放大作用;难点:半导体三极管电流安排和放大作用,工作原理和主要特性曲线;作业、争论题、摸索题:课后总结分析:教 学内 容 备注半导体三极管 三极管的结构及类型半导体三极管是由两个背靠背的PN 结构成的;在工作过程中,两种载流子(电子和空穴)都参加导电,故又称为 双极型晶体管 ,简称晶体管或三极管;两个 PN 结,把半导体分成三个区域;
13、这三个区域的排列, 可以是 N-P-N ,也可以是 P-N-P;因此,三极管有两种类型:NPN 型和 PNP 型;CENPN 型C集电结N集电区BP基区B发射结N发射区EPNP 型集电结PC集电区BCBN基区E发射结P发射区E名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 优秀教案电流安排和电流放大作用(1)产生放大作用的条件内部: a)发射区杂质浓度 基区 集电区 b)基区很薄 外部:发射结正偏,集电结反偏(2)三极管内部载流子的传输过程a)发射区向基区注入电子,形成发射极电流i EiBiCIEICNRCIBb)电子
14、在基区中的扩散与复合,形成基极电流c)集电区收集扩散过来的电子,形成集电极电流(3)电流安排关系:i E = i C + i B试验说明 I C 比 IB 大数十至数百倍, 因而有; IB 虽然很小,但对IC 有掌握作用, IC 随P的转变而转变,即基极电流较小的变化可以I B引起集电极电流较大的变化,说明基极电流 对集电极具有小量掌握大量的作用,这就是RBU CCN三极管的电流放大作用;U BB三极管的特性曲线1输入特性曲线 与二极管类似IBI CmA40 30IB /mAUCE1V A+RCU CERBV+VU CC20 10U BEU BB00.4 0.8 U BE /V测量三极管特性的
15、试验电路三极管的输入特性曲线2输出特性曲线(1)放大区:发射极正向偏置,集电结反向偏置iCiB(2)截止区:发射结反向偏置,集电结反向偏置iB0,i C0(3)饱和区:发射结正向偏置,集电结正向偏置名师归纳总结 iB0,u BE0,u CEu BE截止区4IC /mA放饱和区100 A第 6 页,共 23 页80 A此时:i CiB33 大60 A40 A2区20 A16 IB=09 012 U CE /V- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 优秀教案授课题目: 基本放大电路授课方式理论课争论课试验课习题课课时6 (请打)其他支配教学大纲要求:基
16、本放大电路的组成和静态分析、动态分析,共发射极放大电路、射极输出器,放大电路中的负反馈,放大电路的频率特性,多级放大电路及其级间耦合方式,差动放大电路,互补对称功率放大电路,场效应管及其放大电路;教学目的、要求(分把握、熟识、明白三个层次):懂得共发射极单管放大电路的基本结构和工作原理,把握静态工作点的估算,把握微 变等效电路的分析方法,明白输入、输出电阻的概念,把握射极输出器的基本特点;教学重点及难点:重点:共发射极单管放大电路的基本结构和工作原理,静态工作点的估算,微变等效 电路的分析法,输入电阻、输出电阻的概念,射极输出器的特点,反馈的概念,负反馈对 放大电路性能的影响,多级放大电路的概
17、念,差模信号和共模信号的概念,互补对称功率 放大电路的工作原理;难点:输入电阻、输出电阻,负反馈类型的判定,放大电路的频率特性,差动放大电 路的工作原理,互补对称功率放大电路,共源极放大电路的工作原理;作业、争论题、摸索题:课后总结分析:教 学内 容 备注 三极管单管放大电路放大的实质: 用较小的信号去掌握较大的信号;组成及工作原理;共发射极基本放大电路的RsC1RBRCV+C2+U CCRsC1RC+C2+V+RL+U CCRBRLuououiuius+us+UBBiC;i B 掌握集电极电流(1)晶体管 V ;放大元件,用基极电流(2)电源 UCC 和 UBB;使晶体管的发射结正偏,集电结
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