第一章-半导体器件教案

第第 1 章章 半导体二极管及其应用半导体二极管及其应用 本章要求 1 了解本证半导体 P 型和 N 型半导体的特征 及 PN 结的形成过程 2 熟悉二极管的伏安特性及其分类 3 掌握直流稳压电源的组成及各部分电路的作用 本章重点 1 PN 结的单向导电性 2 二极管的伏安特性及应用 本章难点 PN 结的形成 教学时数 8 学时 教学方法 自学 多媒体教学 1 1 半导体的特性及其类型 一 半导体的独特特性 导体 半导体和绝缘体 导体 自然界中很容易导电的物质称为导体 金属一般都是导体 绝缘体 有的物质几乎不导电 称为绝缘体 如橡皮 陶瓷 塑 料和石英 半导体 导电特性处于导体和绝缘体之间 称为半导体 如锗 硅 砷化镓和一些硫化物 氧化物等 2 半导体的导电特性 1 热敏性 当环境温度升高时 导电能力显著增强 可做成温度敏感元件 如热敏电阻 2 光敏性 当受到光照时 导电能力明显变化 可做成各种光敏元件 如光敏电阻 光敏二极管 光敏三极管 等 3 掺杂性 往纯净的半导体中掺入某些杂质 导电能力明显改变 可做成各种不同用途的半导体器件 如二极管 三极管和晶闸 管等 3 本征半导体的晶体结构 1 本征半导体 完全纯净的 不 含其他杂质且具有晶体结构的半导体 称为本征半导体 2 本征半导体中的两种载流子 自由电子和空穴使本征半导体具有 导电能力 但很微弱 注意注意 温度愈高 载流子的数 目愈多 半导体的导电性能也就愈好 所以 温度对半导体器件性能影响很大 教学方法说明 通过生产生活 中的电子产品引入 课题 注意说明 本征半导体中 载流子数目极少 其导电性能很差 二 杂质半导体 1 N 型半导体 掺入五价元素如磷 锑 砷等 自由电子是多数载流子 空穴 是少数载流子 2 P 型半导体 掺入三价元素如硼 镓 铟等 空穴是多数载流子 自由电子是 少数载流子 注意注意 1 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度 温度决定少数载流子的浓 度 2 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体 因而其导电能 力大大改善 3 杂质半导体总体上保持电中性 三 PN 结 1 PN 结的形成 利用扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡 使空间电 荷区的厚度固定不变 PN 结 2 PN 结的单向导电性 1 PN 结加正向电压 正向偏置 正向电流较大 正向电阻较小 PN 结处于导通状态 2 PN 结加反向电压 反向偏置 反向电流较小 反向电阻较大 PN 结处于截止状态 综上所述 PN 结正向导通 反向截止 单向导电性 小结 1 半导体的特性及类型 2 N 型半导体和 P 型半导体的特征 3 结的单向导电性 布置作业 看书 借助于多媒体 动画进行比较直观 的展示 帮助学生 知道 PN 结是怎么 形成的 明白将 PN 结封装起来就 是二极管 1 2 半导体二极管 一 基本结构与符号 1 结构 两区 两极 一结 PN 结加上管壳和引线 就成为半导体二极管 2 符号 二 二极管的伏安特性 三 二极管的类型和参数 1 类型 1 以材料分类 有硅二极管和锗二极管等 2 以二极管的构造分类 有点接触型二极管和面接触型二极管等 3 以用途分类 有整流二极管 稳压二极管 发光二极管 光电 二极管等 2 二极管的主要参数 1 最大整流电流 IFM 二极管长期运行时允许通过的最大正向 平均电流 学生举例 在何处曾经 见到过二极管 它 在电路中起什么作 用呢 结合 PN 结的单 向导电性分析 注意 转折点电 压的分析 通过列举二极 管在实际电路中的 应用实例加以理解 二极管的主要参数 例 二极管冒烟了 2 最高反向工作电压 URM 二极管正常工作时所允许外加的最 高反向电压 3 反向电流 IR 在规定的反向电压 UBR 和环境温度下的反 向电流 四 特殊二极管 1 稳压二极管 利用二极管反向电击穿时两端电压保持稳定的特性稳定电路两 端电压 主要参数 1 稳定电压 UZ 稳压管正常工作 反向击穿 时管子两端的电压 2 稳定电流 IZ 稳压管工作在稳定电压时的电流值 最大稳定电流 IZM 稳压管正常工作时允许通过的最大反向电流 4 动态电阻 rZ愈小 曲线愈陡 稳压性能愈好 2 发光二极管 采用磷化镓或者磷砷化镓等制成 直接将电能变为光能 发光管正常工作时应正向偏置 因发光管属于功率型器件 因此 死区电压较普通二极管高 其正偏工作电压至少要在 1 3V 以上 发光 管常用作数字电路的数码及图形显示的七段式或阵列器件 3 光电二极管 能将光照强弱的变化转变成电信号 光电二极管的正常工作状态是反向偏置 在反向电压下 无光照 时 反向电流很小 称为暗电流 有光照射时 携带能量的光子进入 PN 结 把能量传给共价键上的束缚电子 使部分价电子挣脱共价键的 束缚 产生电子 空穴对 称光生载流子 光生载流子在反向电压作 用下形成反向光电流 其强度与光照强度成正比 小结 1 二极管的结构 类型与符号 2 二极管的单向导电性能及伏安特性 3 稳压二极管 发光二极管及光电二极管的特征 布置作业 让学生来解释这个 现象 半导体二极管应用电路 一 二极管并联型稳压电路 1 直流稳压电源的组成 电源变压器 将 220V 交流电压变换为整流电路所要求的交流电 压值 整流电路 将交流电压变换为脉动直流电压 滤波电路 将脉动的直流电变换为平滑的直流电 稳压电路 使直流电源的输出电压稳定 基本不受电网电压或 负载变动的影响 2 单相整流电路 1 单相半波整流电路 1 电路图及原理分析 u2 0 V 导通 uo u2 u2 0 V 截止 uo 0 2 参数计算 2 单相桥式整流电路 1 电路图及原理分析 学生思考 单相半波整流 电路的输出波形有 什么特点 与输入 波形比较为何会发 生变化呢 重点放在波形 分析上 启发 引导学 生在分析半波整流 滤波电路的基础上 分析 在分析工作 原理时采用作图的 方法 先画出输入 电压波形 然后根 据二极管的特点 判断分析其工作区 域和工作特点 2o 45 0UU L o L R U I u2 0 V2 V3 导通 V1 V4 截止 uo u2 u2 0 V2 V3 截止 V1 V4 导通 uo u2 2 参数计算 3 滤波电路 1 电容滤波电路 1 电路图及原理分析 V2 V3 或者 V1 V4 导通时给 C 充电 它们都截止时 C 向 RL放电 滤波后 uo 的波形变得平缓 平均值提高 2 结论 滤波电容与负载并联 由于滤波电容的充放电作用 输出电压的 脉动程度大为减弱 波形相对平滑 输出电压平均值也得到提高 RC 越大 Uo越大 单相桥式整流电容滤波电路电压和电流的估算 例 在桥式整流电容滤波电路中 要求输出直流电压为 6V 负载 电流为 60mA 试选择合适的整流二极管 2 电感滤波 3 复合滤波 学生自己分析 老师总结归纳 2o 9 0UU L o L R U I 4 稳压电路 使直流电源的输出电压稳定 基本不受电网电压或负载变动 的影响 1 并联硅稳压管稳压电路 1 电路组成 注意 稳压管 VZ反向并联在负载 RL两端 2 稳压原理 当输入电压变化时 当负载电流变化时 2 集成稳压电路 1 三端固定集成稳压器 1 固定式三端稳压器的基本知识 2 固定式三端稳压器的基本应用原理 输入端电容 C1 用 于减小输入电压的脉动 和防止过电压 输出端电容 C2 用 于削弱电路的高频干扰 并具有消振作用 自学内容 注意 分析实 际电路时为简单化 通常把二极管进行 理想化处理 即正 偏时视其为 短路 2 三端可调集成稳压器 产品序号为三位数 前一位的含义 1 军工 2 工业和半军工 3 民用 后两位的含