电子技术公开课教案小学教育小学学案_高等教育-大学课件.pdf

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1、第一章 半导体的基础知识 第一节 半导体二极管 授课者：林泽宏 教学目的：1、了解半导体材料 2、知道 PN结的特性 3、了解晶体二极管的结构和工作原理 4、掌握基本二极管电路的分析方法 教学重点：1、PN结导电特性 2、二极管的导电特性及主要参数 教学难点：1、PN结导电特性 2、二极管伏安特性 教学方法与手段：1、教师讲授与学生练习、实验实训相结合。2、板书与多媒体课件相结合。课时计划：4 课时 一、本征半导体 纯净的半导体称为本征半导体。1）半导体的特性 按导电能力物质划分为:导体、绝缘体、半导体。半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。半导体的导电特性：有热敏性、光敏性和掺杂性。本征激发

2、：我们把在热或光的作用下,本征半导体中产生电子空穴对的现象,称为本征激 发,又称为热激发。本征激发产生了电子空穴对。二、杂质半导体 1）N型半导体 在纯净的半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素（如磷）后,就可成为 N 型半导体,在这种半导体中,自由电子数远大于空穴数,导电以电子为主,故此类半导体亦称电子型半导体。自由电子-多数载流子（简称多子）,空穴-少数载流子（简称少子）P 型半导体 N 型半导体 2）P型半导体 在硅（或锗）的晶体内掺入少量三价元素杂质,如硼（或铟）等，就构成了 P型半导体，在这种半导体中，自由电子数远小于空穴数，导电以空穴为主，故此类半导体亦称为空穴型半导体。三、PN 结

3、1）PN 结的形成 在一块完整的晶片上,通过一定的掺杂工艺,一边形成 P 型半导体,另一边形成 N型半导体。在交界面两侧形成一个带异性电荷的离子层,称为空间电荷区,并产生内电场,其方向是从 N区指向 P区,内电场的建立阻碍了多数载流子的扩散运动,随着内电场的加强,多子的扩散运动逐步减弱,直至停止,使交界面形成一个稳定的特殊的薄层,即 PN结。因为在空间电荷区内多数载流子已扩散到对方并复合掉了,或者说消耗尽了,因此空间电荷区又称为耗尽层。P 区 N 区 载流子的扩散运动 P 区 空间电荷区 N 区 PN 结及其内电场 内电场方向 2）PN 结的单向导电特性 偏置电压：在 PN结两端外加电压,称为

4、给 PN结以偏置电压。（1)PN 结正向偏置 正向偏置：给 PN结加正向偏置电压,即 P 区接电源正极,N 区接电源负极,此时称 PN结为正向偏置(简称正偏),此时 PN结处于正向导通状态。空间电荷区变窄 E R 内电场 外电场 P N I 如上图所示。由于外加电场与内电场的方向相反,因而削弱了内电场,使PN结变窄,促进了多子的扩散运动。形成了较大的正向电流。（2)PN 结反向偏置 反向偏置：给 PN结加反向偏置电压,即 N区接电源正极,P 区接电源负极,称 PN结反向偏置(简称反偏)。只有少数载流子形成的很微弱的电流,称为反向电流。因多子浓度差 形成内电场 多子的扩散 空间电荷区 阻止多子扩

5、散，促使少子漂移。PN 结合 管的结构和工作原理掌握基本二极管电路的分析方法教学重点结导电特性二极管的导电特性及主要参数教学难点结导电特性二极管伏安特性教学方法与手段教师讲授与学生练习实验实训相结合板书与多媒体课件相结合课时计划课时力介于导体和绝缘体之间半导体的导电特性有热敏性光敏性和掺杂性本征激发我们把在热或光的作用下本征半导体中产生电子空穴对的现象称为本征激发又称为热激发本征激发产生了电子空穴对二杂质半导体型半导体在纯净的半导此类半导体亦称电子型半导体自由电子多数载流子简称多子空穴少数载流子简称少子型半导体型半导体型半导体在硅或锗的晶体内掺入少量三元素杂质如硼或铟等就构成了型半导体在这种半

6、导体中自由电子数远小于空穴数导电以空 E R 内电场 外电场 空间电荷区变宽 P N I 如上图所示。由于外加电场与内电场的方向一致,因而加强了内电场,使PN结加宽,阻碍了多子的扩散运动。在外电场的作用下,应当指出,少数载流子是由于热激发产生的,因而 PN结的反向电流受温度影响很大。结论：PN结具有单向导电性。即加正向电压时导通,加反向电压时截止。四、半导体二极管 一)、二极管的结构 二极管的结构外形及在电路中的文字符号如图 4.7 所示,(a)结构；(b)符号；(c)外形 在图所示电路符号中,箭头指向为正向导通电流方向。类型：(1)按材料分:有硅、锗二极管和砷化镓二极管等。(2）按结构分:有

7、点接触型、面接触型二极管、平面型二极管。(3）按用途分:有整流、稳压、开关、发光、光电等二极管。(4）按封装形式分:有塑封及金属封等二极管。(5)按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管。二)、二极管的伏安特性 二极管伏安特性曲线 若以电压为横坐标,电流为纵坐标,用作图法把电压、电流的对应值用平滑的曲线连接起来,就构成二极管的伏安特性曲线,如上图所示（图中虚线为锗管的伏安特性,实线为硅管的伏安特性）。下面对二极管伏安特性曲线加以说明。正向特性：二极管两端加正向电压时,就产生正向电流,当正向电压较小时,正向电流极小（几乎为零）,这一部分称为死区,相应的 A(A)点的电压称为死区电压或门槛电压(

8、也称阈值电压。如上图中 OA(OA)段。PN(阳极)外壳阴极引线阳极引线(阳极)(阴极)(阴极)(a)(b)V2AP2CP2CZ542CZ132CZ30(c)0.20.40.60.8O51015 30U(B R)CC D DIRA AB B硅锗iV/mAuV/V(A)5管的结构和工作原理掌握基本二极管电路的分析方法教学重点结导电特性二极管的导电特性及主要参数教学难点结导电特性二极管伏安特性教学方法与手段教师讲授与学生练习实验实训相结合板书与多媒体课件相结合课时计划课时力介于导体和绝缘体之间半导体的导电特性有热敏性光敏性和掺杂性本征激发我们把在热或光的作用下本征半导体中产生电子空穴对的现象称为本

9、征激发又称为热激发本征激发产生了电子空穴对二杂质半导体型半导体在纯净的半导此类半导体亦称电子型半导体自由电子多数载流子简称多子空穴少数载流子简称少子型半导体型半导体型半导体在硅或锗的晶体内掺入少量三元素杂质如硼或铟等就构成了型半导体在这种半导体中自由电子数远小于空穴数导电以空死区电压：硅管约为 0.5V,锗管约为 0.1V 当正向电压超过门槛电压时,正向电流就会急剧地增大,二极管呈现很小电阻而处于导通状态。正向导通压降：硅管的正向导通压降约为 0.60.7V,锗管约为 0.20.3V。如图 4.8 中 AB(A B)段。二极管正向导通时,要特别注意它的正向电流不能超过最大值,否则将烧坏 PN结

10、。2.反向特性：二极管两端加上反向电压时,在开始很大范围内,二极管相当于非常大的电阻,反向电流很小,且不随反向电压而变化。此时的电流称之为反向饱和电流 IR,见上图中 OC（OC）段。3、二极管的击穿特性 反向击穿：二极管反向电压加到一定数值时,反向电流急剧增大,这种现象称为反向击穿。此时对应的电压称为反向击穿电压,用 UBR表示,如 CD)段。三)、二极管的主要参数 1.最大整流电流 IF 2.最大反向工作电压 URM 本课小结：1.PN 结是组成半导体二极管和其他有源器件的重要环节。2.当 PN结加正向电压时正向偏置时的情况，加反向电压时反向偏置的情况。3PN结具有单向导电性。4、二极管的

11、重要特性是单向导电性。5、二极管的主要参数有最大整流电流、最大反向电压和最大反向电流。练习题与作业题：1、思考题：PN结在什么情况下正偏？什么情况下反偏？2、作业题：PN结为什么具有单向导电性？3、电子技术基础教材 P20 1-5。管的结构和工作原理掌握基本二极管电路的分析方法教学重点结导电特性二极管的导电特性及主要参数教学难点结导电特性二极管伏安特性教学方法与手段教师讲授与学生练习实验实训相结合板书与多媒体课件相结合课时计划课时力介于导体和绝缘体之间半导体的导电特性有热敏性光敏性和掺杂性本征激发我们把在热或光的作用下本征半导体中产生电子空穴对的现象称为本征激发又称为热激发本征激发产生了电子空穴对二杂质半导体型半导体在纯净的半导此类半导体亦称电子型半导体自由电子多数载流子简称多子空穴少数载流子简称少子型半导体型半导体型半导体在硅或锗的晶体内掺入少量三元素杂质如硼或铟等就构成了型半导体在这种半导体中自由电子数远小于空穴数导电以空