电子技术教案——半导体二极管

1、1 I1.1半导体二极管课型新课授课班级授课时数2学目标1 .熟识二极管的外形和符号。2 .掌握二极管的单向导电性。3 .理解二极管的伏安特性、理解二极管的主要参数。制0节重点二极管的单向导电性。制【学难点二极管的反向特性。学声:情分析学效用12数后记.A.引入自然界中的物质， 按导电能力的不同， 可分为导体和绝缘体。 人们新课又发现还有一类物质，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，那就是半导体。B.新授课1.1 半导体二极管1.1.1 什么是半导体(讲解)1 .半导体：导电能力随着掺入杂质、输入电压(电流)、温度和光照条件的不同而发生很大变化，人们把这一类物质称为半导体。2 .载流子：半导体

2、中存在的两种携带电荷参与导电的“粒子”。(1)自由电子：带负电荷。(2)空穴：带正电荷。特性：在外电场的作用下，两种载流子都可以做定向移动，形成电流。3. N型半导体：主要靠电子导电的半导体。即：电子是多数载流子，空穴是少数载流子。4. P型半导体：主要靠空穴导电的半导体。即：空穴是多数载流子，电子是少数载流子。1.1.2 PN 结1 . PN结：经过特殊的工艺加工，将 P型半导体和N型半导体紧密地结合在一起, 则在两种半导体的交界面就会出现一个特殊的接触面，称为PN结。(引入实 验电路，观 察现象)2 .实验演示(1)实验电路(2)现象所加电压的方向不同，电流表指针偏转幅度不同。(3)结论P

3、N结加正向电压时导通， 加反向电压时截止，这种特性称为PN结的单向导电性。3 .反向击穿：PN结两端外加的反向电压增加到一定值时，反向电流急剧增大， 称为PN结的反向击穿。4 .热击穿：若反向电流增大并超过允许值，会使PN结烧坏，称为热击穿。5 .结电容PN结存在着电容，该电容称为 PN结的结电容。1.1.3半导体二极管利用PN结的单向导电性，可以用来制造一种半导体器件一一半导体二极管。1.半导体二极管的结构和符号a）、面接触型（如（1）结构：由于管芯结构不同，二极管又分为点接触型（如图图b）和平面型（如图c)。正极引缝片型再结晶层正极坡耀冗,金属丝 型楮晶片支架接触层正极引线电极结型硅（或锄

4、二氧化硅保护层负极(a)电极'支架负极引线(h)（2）符号：如图所示，箭头表示正向导通电流的方向。Ao(正拗oK(负极)AO（展布各种二极管）P型硅 期结 百型硅负极引线(c)2.二极管的特性二极管的导电性能由加在二极管两端的电压和流过二极管的电流来决定, 间的关系称为二极管的伏安特性。硅二极管的伏安特性曲线如图所示。这两者之（引导分 析伏安特 性）Z/mA30-2010-餐-40 -3。-20 -10 0片反向特性1/gA死区O一24正向 特性（1）正向特性（二极管正极电压大于负极电压） 死区：当正向电压较小时， 正向电流极小，二极管呈现很大的电阻， 如图中OA 段，通常把这个范围称

5、为死区。死区电压：硅二极管 0.5 V左右，错二极管 0.1 V 0.2 V。 正向导通：当外加电压大于死区电压后，电流随电压增大而急剧增大，二极管 导通。导通电压：硅二极管 0.6 V 0.7 V,错二极管 0.2 V0.3 V。(讲解)(2)反向特性(二极管负极电压大于正极电压) 反向饱和电流：当加反向电压时，二极管反向电流很小，而且在很大范围内不 随反向电压的变化而变化，故称为反向饱和电流。 反向击穿：若反向电压不断增大到一定数值时，反向电流就会突然增大，这种 现象称为反向击穿。普通二极管不允许出现此种状态。由二极管的伏安特性可知，二极管属于非线性器件。3.半导体二极管的主要参数(1)最

6、大整流电流IF :二极管长时间工作时允许通过的最大直流电流。(2)最高反向工作电压 Vrm :二极管正常使用时允许加的最高反向电压。练习1 .晶体二极管加一定的 电压时导通，力口 电压时,这一导电特 性称为二极管的 特性。2 .二极管导通后，正向电流与正向电压呈 关系，正向电流变化较大时， 二极管两端正向压降近似于 ,硅管的正向压降为 V,错管约为 V。1 . PN结具有单向导电性。2 .用PN结可制成二极管。符号如图所示。Ao（正圜小结3 .二极管的伏安特性分正向特性和反向特性两部分。P22习题一布置作业1-1 , 1-2, 1-3, 1-4, 1-5。11心1.2半导体三极管课型新课授课班

7、级授课时数2学目标1 .掌握三极管的结构、分类和符号。2 .理解三极管的电流放大作用。3 .掌握三极管的基本连接方式。夕 Jr"!-节重点三极管的结构、分类、电流放大作用。【学难点三极管的电流放大作用。学 P:情分析而,学效用J-教后记A.引入在半导体器件中，有一种广泛应用于各种电子电路的重要器件, 新课就是半导体三极管，通常也称为晶体管。B.新授课1.2半导体三极管1.2.1 半导体三极管的基本结构与分类1 .结构及符号PNP型及NPN型三极管的内部结构及符号如图所示。c?集电极（介绍，参 考教材）P集电区，集电结N集电区N更区号ZZ成射结发射区基区N发射区发射板发射极三区：发射区

8、、 三极：发射极 两结：发射结、基区、集电区。E、基极B、集电极 集电结。Co实际上发射极箭头方向就是发射结正向电流方向。2.分类：(1)(2)(3)(4)(5)(6)按半导体基片材料不同：NPN型和PNP型。按功率分：小功率管和大功率管。按工作频率分：低频管和高频管。按管芯所用半导体材料分：错管和硅管。按结构工艺分：合金管和平面管。按用途分：放大管和开关管。3.外形及封装形式三极管常采用金属、玻璃或塑料封装。常用的外形及封装形式如图所示。3AGI 3AX31 3DGI2 3AG43 3AX8I 3AX6 3CG23 3M13A 3DIG463取热18 2057HEW描 303DAJ 3ADI

9、AD JDP153心11（展布各种二极管）1.2.2 三极管的电流放大作用1.三极管各电极上的电流分配 (1)实验电路(讲解实验电路，分析数据)(2)实验数据IB / mA00.010.020.030.040.05Ic / mA0.010.561.141.742.332.91IE /mA0.010.571.161.772.372.96表1-1三极管三个电极上的电流分配(3)结论：IE =IB IC E B C三极管的电流分配规律：发射极电流等于基极电流和集电极电流之和。(学生讨 论完成)2 .三极管的电流放大作用由上述实验可得结论：基极电流Ib的微小变化控制了集电极电流较大的变化，这就是三极管

10、的电流放大 原理。注意：(讲解)(1)三极管的电流放大作用，实质上是用较小的基极电流信号控制集电极的大电 流信号，是“以小控大”的作用。(2)要使三极管起放大作用，必须保证发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏 置电压。1.2.3三极管的基本连接方式利用三极管的电流放大作用，可以用来构成放大器，其方框图如图所示。负ft£ 输出端口输入端信号三极管在构成放大器时，有三种基本连接方式：1.共发射极电路（CE）:把三极管的发射极作为公共端子。3 .共集电极电路（CC）:把三极管的集电极作为公共端子。（引导学 生阅读教 材）1 .三极管的放大作用的实质是 电流对 电流的控制作用。2 .三极管的

11、电流分配关系是怎样的？3 .如何理解三极管的电流放大作用？1 .三极管是一种有三个电极、两个PN结和两种结构形式（NPN和PNP）的半导体器件。2 .三极管内电流分配关系为：Ie=Ib+Ic。3 .三极管实现放大作用的条件是：三极管的发射结要加正向电压，集电结要 加反向电压。4 .三极管有三种基本连接方式：共发射极电路、共基极电路和共集电极电路。/ H内作业P23习题一1-6。课岳 11.2半导体三极管.课型新课授课班级授课时数2教乡 *学目标1 .掌握三极管的特性曲线和主要参数。2 .掌握三极管的测试方法。3 . 了解片状三极管。教e学重点1 .三极管的特性曲线和主要参数。2 .三极管的测试

12、方法。教*学难点三极管的特性曲线和主要参数。学守:情分析教学效柒1教后记A.新授课1.2.4三极管的特性曲线Vbe和它产生(引导观 察电路)新课1.输入特性曲线输入特性：在Vce 一定条件下，加在三极管基极与发射极之间的电压 的基极电流IB之间的关系。(1)实验电路(引导观 察电路)改变Rp2可改变Vce , Vce一定后，改变 Rpi可得到不同的I b和Vbe。(2)输入特性曲线150120100502010 520三极管的输入特性曲线与二极管的十分相似，当VBE大于导通电压时，三极管才出现明显的基极电流。导通电压：硅管 0.7 V,铸管0.2 V。2 .输出特性曲线输出特性：在Ib一定条件

13、下，集电极与发射极之间的电压Vce与集电极电流 之间的关系。（1）实验电路（分析，讲 解）先调节Rpi,使Ib为一定值，再调节Rp2得到不同的Vce和Ic值。截止区：Ib= 0以下的区域。a.发射结和集电结均反向偏置，三极管截止。（分析，讲 解）b. Ib =0, Ic W0,即为 I CEO , 穿透电流。C.三极管发射结反偏或两端电压为零时，为截止。放大区：指输出特性曲线之间间距接近相等，且互相平行的区域。a. Ic与Ib成正比增长关系，具有电流放大作用。b.恒流特性：Vce大于1 V左右以后，Ib 一定，Ic不随Vce变化，Ic恒定。C.发射结正偏，集电结反偏，三极管处于放大状态。d.电

14、流放大倍数=：ICI B饱和区：指输出特性曲线靠近左边陡直且互相重合的曲线与纵轴之间的区域。a. Ic不随I b的增大而变化，这就是所谓的饱和。（学生讨 论完成）b.饱和时的Vce值为饱和压降Vces, Vces ：硅管为0.3 V,铸管为0.1 V。C.发射结、集电结都正偏，三极管处于饱和状态。总结：截止区：发射结和集电结均反偏。放大区：发射结正偏，集电结反偏。饱和区：发射结和集电结均正偏。3 .三极管的主要参数(1)共射极电流放大系数用P表示，选用管子时，值应恰当，一般说来，值太大的管子工作稳定性差。(2)极间反向饱和电流(讲解) 集电极-基极反向饱和电流I CBO。集电极-发射极反向饱和

15、电流I CEO oCEO两者关系：1 CEO = ( 1+) I CBO(3)极限参数 集电极最大允许电流1cM当Ic过大时，电流放大系数P将下降。在技术上规定，P下降到正常值的2/3时的集电极电流称集电极最大允许电流。反向击穿电压当基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反向电压一一V(BR)cEo。当发射极开路时，集电极与基极之间所能承受的最高反向电压一一V(幽CBO。当集电极开路时，发射极与基极之间所能承受的最向反向电压一一V(幽EBO。集电极最大允许耗散功率 PcmCIVI在三极管因温度升高而引起的参数变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率称集电极最大允许耗散功率。三极管应工作

16、在三极管最大损耗曲线图中的安全工作区。三极管最大损耗曲线如图所示。(实物演 示)1 .2.5三极管的简易测试2 .用万用表判别三极管的管型和管脚(1)万用表置于“ R1 k”挡或“ R 100”挡。(2)方法：黑表笔和三极管任一管脚相连，红表笔分别和另外两个管脚相连测其阻值，若阻值一大一小，则将黑表笔所接的管脚调换重新测量，直至两个阻值接近。 如果阻值都很小，则黑表笔所接的为 NPN型三极管的基极。若测得的阻值都很大，则黑表笔所接 的是PNP型三极管的基极。 若为NPN型三极管，将黑红表笔分别接另两个引脚，用手指捏住基极和假设的集电极，观察表针摆动。再将假设的集电极和发射极互换，按上述方法重测

17、。比较两次 表针摆幅，摆幅较大的一次黑表笔所接的管脚为集电极，红表笔所接的管脚为发射极。若为PNP型三极管，只要将红表笔和黑表笔对换再按上述方法测试即可。判断三极管C脚和E脚示意图如图所示。2 .判断三极管的好坏(1)万用表：“R 1 k”挡或“ R 100”挡。(2)方法：(引导学 生阅读教 材)分别测量三极管集电结与发射结的正向电阻和反向电阻，只要有一个 PN结的正、 反向电阻异常，就可判断三极管已损坏。3 .判断三极管P的大小将两个NPN管接入判断三极管 C脚和E脚的测试电路，万用表显示阻值小的，则 该管的P大。4 .判断三极管Iceo的大小以NPN型为例，用万用表测试 C、E间的阻值，

18、阻值越大，表示 Iceo越小。5 .2.6 片状三极管1.片状三极管的封装(1)小功率三极管：额定功率在100 mW 200 mW的小功率三极管，一般采用SOT-23形式封装，如图所示。1基极，2发射极，3集电极。(2)大功率三极管：额定功率在1 W 1.5 W的大功率三极管，一般采用 SOT-89形式封装。1基极，3发射极，2、4 (内部连接在一起)一集电极。2.带阻片状三极管在三极管的管芯内加入一只或两只偏置电阻的片状三极管称带阻片状三极管。(1)带阻片状三极管内部电路(2)型号及极性13232 I456456456SOT 36SOT-25UM 6表1-2部分带阻片状三极管型号和极性型号极

19、性R1/R2型号极性R/R2DTA114YP10 k /47 kDTC114EN10 k /10 kDTA114EP100 k /100 kDTC124EN22 k /22 kDTA123YP2.2 k /2.2 kDTC114N47 k /47 kDTA143XP4.7 k /22 kDTC114WKN47 k /22 kDTC143XN4.7 k /10 kDTC114TNR1=10 kDTC363EN6.8 k /6.8 kDTC124TNRi=22 k3.复合双三极管在一个封装内包含两只三极管的新型器件。 常见外型封装形式如图所示。练习布置作业1 .晶体三极管集电极电流过大，过小都会使

20、其P彳1。2 .三极管输出特性曲线常用一族曲线表示，其中每一条曲线对应一个特定的3 .三极管的输出特性曲线是如何绘制的?1 .三极管的特性曲线表示管子各极电流与各极间的电压的关系。包括输入和 输出特性曲线。2 .三极管的输入特性曲线与普通二极管的伏安特性曲线相似。3 .三极管的输出特性曲线，分为饱和区、放大区和截止区。P23习题一1-7, 1-8, 1-9, 1-10。讲1 11.3场效晶体管L课型新课授课班级授课时数21学目标1 . 了解场效晶体管结构特点和类型。2 .理解场效晶体管电压放大原理。爹0学重点1 场效晶体管类型、结构特点和工作原理。2.场效晶体管与三极管的比较。爹学难点场效晶体

21、管电压放大原理。学. ?，情分析爹N学效用2r1rli数后记A.引入半导体三极管是利用输入电流控制输出电流的半导体器件，称为电新课流控制型器件。场效晶体管是利用输入电压产生电场效应来控制输出电流的器件，称为电压控制型器件。B.新授课1.3场效晶体管1.3.1 结型场效晶体管1 .符号和分类（1）电路符号和外形三个电极：漏极（D）、源极（S）、栅极（G）, D和S可交换使用，电路符号和外 形如图所示。oDoD3DJ6（2）分类结型场效晶体管可分为2.电压放大作用（1）放大电路GN沟:F沟蚤结型场效晶体管P沟道和N沟道两种。（引导观 察电路）5.1 ml%., D?_G-4 S于看O（2）总结：场效晶体管共源极电路中，漏极电流Id受栅源电压Vgs控制。场效晶体管是电压（讲解）控制器件，具有电压放大作用。1.3.2绝缘栅场效晶体管栅极与漏、源极完全绝缘的场效晶体管，称绝缘栅场效晶体管。1.电路符号和分类四种场效晶体管的电路符号如图所示。N沟道一箭头指向内。沟道用虚线为增强型,P沟道一箭头指向外。沟道用虚线为增强型,2.结构和工作原理以N沟道增强型 MOSFET为例。用实线为耗尽型，N沟道称NMOS用实线为耗尽型，P沟道称PMOS（1）结构源极栅极漏极（分析工 作原理）加）（b）N型区引出两个电极：漏极（D）、源极（S）。在源区和漏区