半導體二極管

1、課題1.1半導體二極管課型新課授課班級授課時數(shù)2教學目標1熟識二極管的外形和符號。2掌握二極管的單向?qū)щ娦浴?理解二極管的伏安特性、理解二極管的主要參數(shù)。教學重點二極管的單向?qū)щ娦浴＝虒W難點二極管的反向特性。學情分析教學效果教后記新課A引入自然界中的物質(zhì)，按導電能力的不同，可分為導體和絕緣體。人們又發(fā)現(xiàn)還有一類物質(zhì)，它們的導電能力介于導體和絕緣體之間，那就是半導體。B新授課1.1半導體二極管什么是半導體1半導體：導電能力隨著摻入雜質(zhì)、輸入電壓（電流）、溫度和光照條件的不同而發(fā)生很大變化，人們把這一類物質(zhì)稱為半導體。2載流子：半導體中存在的兩種攜帶電荷參與導電的“粒子”。（1）自由電子：帶負電荷

2、。（2）空穴：帶正電荷。特性：在外電場的作用下，兩種載流子都可以做定向移動，形成電流。3N型半導體：主要靠電子導電的半導體。即：電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。4P型半導體：主要靠空穴導電的半導體。即：空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。PN結(jié)1PN結(jié)：經(jīng)過特殊的工藝加工，將P型半導體和N型半導體緊密地結(jié)合在一起，則在兩種半導體的交界面就會出現(xiàn)一個特殊的接觸面，稱為PN結(jié)。2實驗演示（1）實驗電路（2）現(xiàn)象所加電壓的方向不同，電流表指針偏轉(zhuǎn)幅度不同。（3）結(jié)論PN結(jié)加正向電壓時導通，加反向電壓時截止，這種特性稱為PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?反向擊穿：PN結(jié)兩端外加的反向電壓增加到一定值時，反向電

3、流急劇增大，稱為PN結(jié)的反向擊穿。4熱擊穿：若反向電流增大并超過允許值，會使PN結(jié)燒壞，稱為熱擊穿。5結(jié)電容PN結(jié)存在著電容，該電容稱為PN結(jié)的結(jié)電容。半導體二極管利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，可以用來制造一種半導體器件半導體二極管。1半導體二極管的結(jié)構(gòu)和符號（1）結(jié)構(gòu)：由于管芯結(jié)構(gòu)不同，二極管又分為點接觸型（如圖a）、面接觸型（如圖b）和平面型（如圖c）。（2）符號：如圖所示，箭頭表示正向?qū)娏鞯姆较颉?二極管的特性二極管的導電性能由加在二極管兩端的電壓和流過二極管的電流來決定，這兩者之間的關(guān)系稱為二極管的伏安特性。硅二極管的伏安特性曲線如圖所示。（1）正向特性（二極管正極電壓大于負極電壓） 死

4、區(qū)：當正向電壓較小時，正向電流極小，二極管呈現(xiàn)很大的電阻，如圖中OA段，通常把這個范圍稱為死區(qū)。死區(qū)電壓：硅二極管0.5 V左右，鍺二極管0.1 V 0.2 V。 正向?qū)ǎ寒斖饧与妷捍笥谒绤^(qū)電壓后，電流隨電壓增大而急劇增大，二極管導通。導通電壓：硅二極管0.6 V 0.7 V，鍺二極管0.2 V 0.3 V。（2）反向特性（二極管負極電壓大于正極電壓） 反向飽和電流：當加反向電壓時，二極管反向電流很小，而且在很大范圍內(nèi)不隨反向電壓的變化而變化，故稱為反向飽和電流。 反向擊穿：若反向電壓不斷增大到一定數(shù)值時，反向電流就會突然增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。普通二極管不允許出現(xiàn)此種狀態(tài)。由二極管的伏

5、安特性可知，二極管屬于非線性器件。3半導體二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流：二極管長時間工作時允許通過的最大直流電流。（2）最高反向工作電壓：二極管正常使用時允許加的最高反向電壓。（講解）（引入實驗電路，觀察現(xiàn)象）（展示各種二極管）（引導分析伏安特性）（講解）練習1晶體二極管加一定的_電壓時導通，加_電壓時_，這一導電特性稱為二極管的_特性。2二極管導通后，正向電流與正向電壓呈_關(guān)系，正向電流變化較大時，二極管兩端正向壓降近似于_，硅管的正向壓降為_V，鍺管約為_V。小結(jié)1PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?用PN結(jié)可制成二極管。符號如圖所示。3二極管的伏安特性分正向特性和反向特性兩部分。布置作業(yè)P22

6、習題一1-1，1-2，1-3，1-4，1-5。課題1.2半導體三極管課型新課授課班級授課時數(shù)2教學目標1掌握三極管的結(jié)構(gòu)、分類和符號。2理解三極管的電流放大作用。3掌握三極管的基本連接方式。教學重點三極管的結(jié)構(gòu)、分類、電流放大作用。教學難點三極管的電流放大作用。學情分析教學效果教后記新課A引入在半導體器件中，有一種廣泛應用于各種電子電路的重要器件，那就是半導體三極管，通常也稱為晶體管。B新授課1.2半導體三極管1.2.1半導體三極管的基本結(jié)構(gòu)與分類1結(jié)構(gòu)及符號PNP型及NPN型三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及符號如圖所示。三區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)。三極：發(fā)射極E、基極B、集電極C。兩結(jié)：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)。實

7、際上發(fā)射極箭頭方向就是發(fā)射結(jié)正向電流方向。2分類：（1）按半導體基片材料不同：NPN型和PNP型。（2）按功率分：小功率管和大功率管。（3）按工作頻率分：低頻管和高頻管。（4）按管芯所用半導體材料分：鍺管和硅管。（5）按結(jié)構(gòu)工藝分：合金管和平面管。（6）按用途分：放大管和開關(guān)管。3外形及封裝形式三極管常采用金屬、玻璃或塑料封裝。常用的外形及封裝形式如圖所示。1.2.2三極管的電流放大作用1三極管各電極上的電流分配（1）實驗電路（2）實驗數(shù)據(jù)表1-1三極管三個電極上的電流分配00.010.020.030.040.050.010.561.141.742.332.910.010.571.161.77

8、2.372.96（3）結(jié)論：三極管的電流分配規(guī)律：發(fā)射極電流等于基極電流和集電極電流之和。2三極管的電流放大作用由上述實驗可得結(jié)論：基極電流的微小變化控制了集電極電流較大的變化，這就是三極管的電流放大原理。注意：（1）三極管的電流放大作用，實質(zhì)上是用較小的基極電流信號控制集電極的大電流信號，是“以小控大”的作用。（2）要使三極管起放大作用，必須保證發(fā)射結(jié)加正向偏置電壓，集電結(jié)加反向偏置電壓。1.2.3三極管的基本連接方式利用三極管的電流放大作用，可以用來構(gòu)成放大器，其方框圖如圖所示。三極管在構(gòu)成放大器時，有三種基本連接方式：1共發(fā)射極電路（CE）：把三極管的發(fā)射極作為公共端子。2共基極電路（C

9、B）：把三極管的基極作為公共端子。3共集電極電路（CC）：把三極管的集電極作為公共端子。（介紹，參考教材）（展示各種二極管）（講解實驗電路，分析數(shù)據(jù)）（學生討論完成）（講解）（引導學生閱讀教材）練習1三極管的放大作用的實質(zhì)是_電流對_電流的控制作用。2三極管的電流分配關(guān)系是怎樣的？3如何理解三極管的電流放大作用？小結(jié)1三極管是一種有三個電極、兩個PN結(jié)和兩種結(jié)構(gòu)形式（NPN和PNP）的半導體器件。2三極管內(nèi)電流分配關(guān)系為：。3三極管實現(xiàn)放大作用的條件是：三極管的發(fā)射結(jié)要加正向電壓，集電結(jié)要加反向電壓。4三極管有三種基本連接方式：共發(fā)射極電路、共基極電路和共集電極電路。布置作業(yè)P23習題一1-6

10、。課題1.2半導體三極管課型新課授課班級授課時數(shù)2教學目標1掌握三極管的特性曲線和主要參數(shù)。2掌握三極管的測試方法。3了解片狀三極管。教學重點1三極管的特性曲線和主要參數(shù)。2三極管的測試方法。教學難點三極管的特性曲線和主要參數(shù)。學情分析教學效果教后記新課A新授課1.2.4三極管的特性曲線1輸入特性曲線輸入特性：在一定條件下，加在三極管基極與發(fā)射極之間的電壓和它產(chǎn)生的基極電流之間的關(guān)系。（1）實驗電路改變可改變，一定后，改變可得到不同的和。（2）輸入特性曲線三極管的輸入特性曲線與二極管的十分相似，當大于導通電壓時，三極管才出現(xiàn)明顯的基極電流。導通電壓：硅管0.7 V，鍺管0.2 V。2輸出特性曲

11、線輸出特性：在一定條件下，集電極與發(fā)射極之間的電壓與集電極電流之間的關(guān)系。（1）實驗電路先調(diào)節(jié)，使為一定值，再調(diào)節(jié)得到不同的和值。（2）輸出特性曲線 截止區(qū)：= 0以下的區(qū)域。a發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置，三極管截止。b = 0，0，即為，穿透電流。c三極管發(fā)射結(jié)反偏或兩端電壓為零時，為截止。 放大區(qū)：指輸出特性曲線之間間距接近相等，且互相平行的區(qū)域。a與成正比增長關(guān)系，具有電流放大作用。b恒流特性：大于1 V左右以后，一定，不隨變化，恒定。c發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，三極管處于放大狀態(tài)。d電流放大倍數(shù) 飽和區(qū)：指輸出特性曲線靠近左邊陡直且互相重合的曲線與縱軸之間的區(qū)域。a不隨的增大而變化，這就是

12、所謂的飽和。b飽和時的值為飽和壓降，：硅管為0.3 V，鍺管為0.1 V。c發(fā)射結(jié)、集電結(jié)都正偏，三極管處于飽和狀態(tài)。 總結(jié)：截止區(qū)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏。放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏。3三極管的主要參數(shù)（1）共射極電流放大系數(shù) 用 b 表示，選用管子時，b 值應恰當，一般說來，b 值太大的管子工作穩(wěn)定性差。（2）極間反向飽和電流 集電極-基極反向飽和電流。 集電極-發(fā)射極反向飽和電流。兩者關(guān)系：=（1+b）（3）極限參數(shù) 集電極最大允許電流當過大時，電流放大系數(shù) b 將下降。在技術(shù)上規(guī)定，b 下降到正常值的2/3時的集電極電流稱集電極最大允許電流。 反向擊穿電

13、壓當基極開路時，集電極與發(fā)射極之間所能承受的最高反向電壓。當發(fā)射極開路時，集電極與基極之間所能承受的最高反向電壓。當集電極開路時，發(fā)射極與基極之間所能承受的最向反向電壓。 集電極最大允許耗散功率在三極管因溫度升高而引起的參數(shù)變化不超過允許值時，集電極所消耗的最大功率稱集電極最大允許耗散功率。三極管應工作在三極管最大損耗曲線圖中的安全工作區(qū)。三極管最大損耗曲線如圖所示。1.2.5三極管的簡易測試1用萬用表判別三極管的管型和管腳（1）萬用表置于“R 1 k”擋或“R 100”擋。（2）方法： 黑表筆和三極管任一管腳相連，紅表筆分別和另外兩個管腳相連測其阻值，若阻值一大一小，則將黑表筆所接的管腳調(diào)換

14、重新測量，直至兩個阻值接近。如果阻值都很小，則黑表筆所接的為NPN型三極管的基極。若測得的阻值都很大，則黑表筆所接的是PNP型三極管的基極。 若為NPN型三極管，將黑紅表筆分別接另兩個引腳，用手指捏住基極和假設的集電極，觀察表針擺動。再將假設的集電極和發(fā)射極互換，按上述方法重測。比較兩次表針擺幅，擺幅較大的一次黑表筆所接的管腳為集電極，紅表筆所接的管腳為發(fā)射極。 若為PNP型三極管，只要將紅表筆和黑表筆對換再按上述方法測試即可。判斷三極管C腳和E腳示意圖如圖所示。2判斷三極管的好壞（1）萬用表：“R 1 k”擋或“R 100”擋。（2）方法：分別測量三極管集電結(jié)與發(fā)射結(jié)的正向電阻和反向電阻，只

15、要有一個PN結(jié)的正、反向電阻異常，就可判斷三極管已損壞。3判斷三極管 b 的大小將兩個NPN管接入判斷三極管C腳和E腳的測試電路，萬用表顯示阻值小的，則該管的 b 大。4判斷三極管的大小以NPN型為例，用萬用表測試C、E間的阻值，阻值越大，表示越小。1.2.6片狀三極管1片狀三極管的封裝（1）小功率三極管：額定功率在100 mW 200 mW的小功率三極管，一般采用SOT-23形式封裝，如圖所示。1基極，2發(fā)射極，3集電極。（2）大功率三極管：額定功率在1 W 1.5 W的大功率三極管，一般采用SOT-89形式封裝。1基極，3發(fā)射極，2、4（內(nèi)部連接在一起）集電極。2帶阻片狀三極管在三極管的管

16、芯內(nèi)加入一只或兩只偏置電阻的片狀三極管稱帶阻片狀三極管。（1）帶阻片狀三極管內(nèi)部電路（2）型號及極性表1-2部分帶阻片狀三極管型號和極性型號極性/型號極性/DTA114YP10 kW/47 kWDTC114EN10 kW/10 kWDTA114EP100 kW/100 kWDTC124EN22 kW/22 kWDTA123YP2.2 kW/2.2 kWDTC114N47 kW/47 kWDTA143XP4.7 kW/22 kWDTC114WKN47 kW/22 kWDTC143XN4.7 kW/10 kWDTC114TN=10 kWDTC363EN6.8 kW/6.8 kWDTC124TN=2

17、2 kW3復合雙三極管在一個封裝內(nèi)包含兩只三極管的新型器件。常見外型封裝形式如圖所示。SOT36SOT25UM6（引導觀察電路）（引導觀察電路）（分析，講解）（分析，講解）（學生討論完成）（講解）（實物演示）（引導學生閱讀教材）練習1晶體三極管集電極電流過大，過小都會使其 b 值_。2三極管輸出特性曲線常用一族曲線表示，其中每一條曲線對應一個特定的_。3三極管的輸出特性曲線是如何繪制的？小結(jié)1三極管的特性曲線表示管子各極電流與各極間的電壓的關(guān)系。包括輸入和輸出特性曲線。2三極管的輸入特性曲線與普通二極管的伏安特性曲線相似。3三極管的輸出特性曲線，分為飽和區(qū)、放大區(qū)和截止區(qū)。布置作業(yè)P23習題一

18、1-7，1-8，1-9，1-10。課題1.3場效晶體管課型新課授課班級授課時數(shù)2教學目標1了解場效晶體管結(jié)構(gòu)特點和類型。2理解場效晶體管電壓放大原理。教學重點1場效晶體管類型、結(jié)構(gòu)特點和工作原理。2場效晶體管與三極管的比較。教學難點場效晶體管電壓放大原理。學情分析教學效果教后記新課A引入半導體三極管是利用輸入電流控制輸出電流的半導體器件，稱為電流控制型器件。場效晶體管是利用輸入電壓產(chǎn)生電場效應來控制輸出電流的器件，稱為電壓控制型器件。B新授課1.3場效晶體管1.3.1結(jié)型場效晶體管1符號和分類（1）電路符號和外形三個電極：漏極（D）、源極（S）、柵極（G），D和S可交換使用，電路符號和外形如圖

19、所示。（2）分類結(jié)型場效晶體管可分為P溝道和N溝道兩種。2電壓放大作用（1）放大電路（2）總結(jié)：場效晶體管共源極電路中，漏極電流受柵源電壓控制。場效晶體管是電壓控制器件，具有電壓放大作用。1.3.2絕緣柵場效晶體管柵極與漏、源極完全絕緣的場效晶體管，稱絕緣柵場效晶體管。1電路符號和分類四種場效晶體管的電路符號如圖所示。N溝道增強型P溝道增強型N溝道耗盡型 P溝道耗盡型 N溝道箭頭指向內(nèi)。溝道用虛線為增強型，用實線為耗盡型，N溝道稱NMOS管。 P溝道箭頭指向外。溝道用虛線為增強型，用實線為耗盡型，P溝道稱PMOS管。2結(jié)構(gòu)和工作原理以N溝道增強型MOSFET為例。（1）結(jié)構(gòu) N型區(qū)引出兩個電極：漏極（D）、源極（S）。 在源區(qū)和漏區(qū)之間的襯底表面覆蓋一層很薄的絕緣層，再在絕緣層上覆蓋