教案項(xiàng)目1半導(dǎo)體二極管認(rèn)知及應(yīng)用

1、項(xiàng)目1半導(dǎo)體二極管認(rèn)知及應(yīng)用電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能任務(wù)1、半導(dǎo)體二極管認(rèn)知及應(yīng)用授課班級(jí)課時(shí)2上課地點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)能力(技能)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、二極管的識(shí)別檢查；2、一極菅參數(shù)查閱與選擇。1、半導(dǎo)體材料基礎(chǔ)知識(shí)；2、PN結(jié)形成過(guò)程及單向?qū)щ娦裕?、二極管結(jié)構(gòu)、符號(hào)、分類、伏安特 性、主要參數(shù)。教學(xué)重點(diǎn)二極管結(jié)構(gòu)、符號(hào)、分類、伏安特性、主要參數(shù)教學(xué)難點(diǎn)PN結(jié)形成過(guò)程及單向?qū)щ娦越虒W(xué)步驟教學(xué)內(nèi)容任務(wù)導(dǎo)入根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。 典型的半導(dǎo)體是硅Si和錯(cuò)Ge,它們都是+4價(jià)元素。純凈晶體結(jié)構(gòu) 的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。如硅、錯(cuò)單晶體。如果對(duì)其進(jìn)行參雜， 對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能有什么樣的

2、影響？任務(wù)講解一、半導(dǎo)體材料認(rèn)知1、本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：純凈晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。如硅、錯(cuò)單晶體(Si 和GR。它彳門(mén)都是+4價(jià)元素2、雜質(zhì)半導(dǎo)體(1)P型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中，摻入 3價(jià)元素。自由電子是少數(shù)載流子，空穴是多數(shù)載流子。如圖1-1-1 (a)(2)N型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中，摻入 5價(jià)元素。自由電子-多數(shù)載流子，空穴-少數(shù)載流子。如圖1-1-1 (b)圖1-1-1 P型半導(dǎo)體(a)圖1-1-1 N型半導(dǎo)體(b)、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦哉J(rèn)知1、PN結(jié)形成擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：電子從N區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散；空穴從P去向N區(qū)擴(kuò)散,形成了空間電荷區(qū)，也就是形成了內(nèi)電場(chǎng)。如圖 1-1-2 (a)漂移運(yùn)動(dòng)：在電場(chǎng)

3、的作用下，少數(shù)載流子作漂移運(yùn)動(dòng)如圖 1-1-2 (b)。運(yùn)動(dòng)平衡：當(dāng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)相等時(shí)，通過(guò)界面的載流 子為0。此時(shí)，PN結(jié)的交界區(qū)就形成一個(gè)缺少載流子的高阻區(qū)，我 們又把它稱為阻擋層或耗盡層。11口0 © Oo0* 0啟© .©©多數(shù)載流子的擴(kuò)救運(yùn)動(dòng)(1)圖 1-1-2 (a)p : 空間電荷區(qū) ： n口;&©。； 1& °1口!©:©© I©©.® 1© '圖 1-1-2 (b)2、PN結(jié)單向?qū)щ娦?外電場(chǎng)自建場(chǎng)圖 1-1-3 (a

4、)PN結(jié)外加正向電壓：P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電源的負(fù)極。如圖所示(1)這時(shí)的PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài).PN結(jié)外加反向電壓：P區(qū)接電源的負(fù)極，N區(qū)接電源的正 極。形成漂移反向電流。反向電流很小，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。如圖 1-1-3 (b)所示外電場(chǎng)P。N自建場(chǎng),|11圖 1-1-3 (b)三、二極管及其伏安特性認(rèn)知1、二極管的構(gòu)成對(duì)PN結(jié)，從P區(qū)引出陽(yáng)極引線，從N區(qū)引出陰極引線。符號(hào) 如圖所示P堊-1陽(yáng)極一陰概-陰極用一c1-1-4二極管分類2、二極管分類按材料分類：硅二極管和錯(cuò)二極管按結(jié)構(gòu)分類：(1)點(diǎn)接觸：結(jié)電容小，通過(guò)的電流小，頻率高，使用于高頻 小功率整流。如圖圖1-1-4 (a)(2)面接

5、觸：結(jié)電容大，通過(guò)的電流大，頻率低，用于整流。如圖圖1-1-4 (b)(3)平面接觸：結(jié)電容大，電流大，用于大功率整流。如圖(c)3、二極管的伏安特性JL它的電流和電壓的關(guān)系通式為： 1它被稱為伏安特性方程，如圖所示為伏安特性曲線正向特性當(dāng)正向電壓超過(guò)死區(qū)電壓后（硅二極管為 0.5V左右錯(cuò)二極管為0.1V左右，可以近似認(rèn)為，處于 恒壓降狀態(tài)）， 二極管導(dǎo)通，電流與電壓關(guān)系近似指數(shù)關(guān)系。反向特性反偏時(shí)，反向電流值很小，反向電阻很大，反向電壓超過(guò)UBR則被擊穿。跑 JILf-0PN結(jié)擊穿特性雪崩擊穿：對(duì)于硅材料的PN結(jié)來(lái)說(shuō)，擊穿電壓7v時(shí)為雪崩 擊穿，齊納擊穿：擊穿電壓4v時(shí)為齊納擊穿。說(shuō)明：在4

6、v與7v之間，兩種擊穿都有。這種現(xiàn)象破壞了 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦裕覀冊(cè)谑褂脮r(shí)要避免。擊穿并不意味著 PN結(jié)燒 壞。四、二極管的主要參數(shù)及應(yīng)用1.最大整流電流If：是二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)允許通過(guò)的最大正向平均電流，其值與PN結(jié)面積及外部散熱條件等有關(guān)。2 .最高反向工作電壓 Um是二極管工作時(shí)允許外加的最大反向電壓，超過(guò)此值時(shí)，-極管有可能因反向擊穿而損壞。通常 4。 為擊身電壓U(B母的一小。3 .反向電流Ir：是二極管未擊穿時(shí)的反向電流。Ir愈小，二 極管的單向?qū)щ娦杂茫琁 r對(duì)溫度非常敏感。4 .最高工作頻率fM：是二極管工作的上限頻率。超過(guò)此值時(shí)， 由于結(jié)電容的作用，二極管將不能很好地體

7、現(xiàn)單向?qū)щ娦浴Ｈ蝿?wù)訓(xùn)練例1.1.1硅二極管，R = 2 k C,分別用二極管理想模型和恒壓降模型求出 Vdd= 2 V 和VDd = 10 V 時(shí)Io和UO的值解Tdd=2V理想 1"=dd=2V /0=Idd/A = 2/2 = l(mA) 恒壓降K=g-【K/2-(I,7=L3(V)【DD大，采用理想模型DD 小，采用慟卡降模型1(= 1小 R= 13 / 2 = (L65 (mA) G=iov理想 1。=10/2 = 5 (mA)恒壓降 t0 = 1()-O7 = 93(V)/0= 93/2 = 165 (hlV例1.1.2二極管整流電路已知d=41m畫(huà)，畫(huà)出和皿的波形相時(shí)二極

8、管導(dǎo)通,«0 = «i »D = 0Wi<0時(shí)二極管截止,«D = «i % = 0二極管的開(kāi)關(guān)作用:VD正向偏置，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合.應(yīng)掌握的知識(shí):1、半導(dǎo)體材料：本征半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體認(rèn)知任務(wù)總結(jié)2、PN結(jié)形成的過(guò)程：擴(kuò)散T漂移平衡3、PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通，反偏截止。4、二極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)、分類、參數(shù) 應(yīng)掌握的能力： 1、簡(jiǎn)單二極管電路分析;2、二極管的檢測(cè)與基本應(yīng)用。課外練習(xí)任務(wù)二特殊二極管認(rèn)知及應(yīng)用授課班級(jí)課時(shí)2上課地點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)項(xiàng)目1半導(dǎo)體二極管認(rèn)知及應(yīng)用1、穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用；1 .穩(wěn)壓二極

9、管的認(rèn)知2 .變?nèi)荻O管的認(rèn)知；3、發(fā)光二極管的認(rèn)知；4、光電二極管的認(rèn)知教學(xué)重點(diǎn)穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)穩(wěn)壓二極管的認(rèn)知教學(xué)步驟教學(xué)內(nèi)容任務(wù)導(dǎo)入一些二極管由于結(jié)構(gòu)、工藝的特殊之處而具備一些特殊性能：如穩(wěn)壓管、發(fā)光二極管、光電二極管等。卜面了解、認(rèn)知、學(xué)習(xí)這 些二極管的知識(shí)，并通過(guò)實(shí)踐加以應(yīng)用任務(wù)講解一、穩(wěn)壓二極管認(rèn)知1 .結(jié)構(gòu)、分類、外形按封裝/、同分類：可分為玻璃外殼、塑料封裝、金屬穩(wěn)壓二極 管等；按功率不同分類：可分為小功率（1W以下）和大功率穩(wěn)壓二 極管。2 .硅穩(wěn)壓管伏安特性硅穩(wěn)壓管的伏安特性如圖1-2-1所示，它的正面特性和普通二 極管一樣，它的反向特性的擊穿電壓值較低，特性較陡。

10、穩(wěn)壓二極 管正是利用反向擊穿區(qū)內(nèi)電流在很大范圍內(nèi)變化，個(gè)而管子兩端的電壓卻變化很小。圖1-2-1中BC段小心o J項(xiàng)目1半導(dǎo)體二極管認(rèn)知及應(yīng)用為硅穩(wěn)壓管的工作區(qū)域。3.硅穩(wěn)壓管的主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓u指硅穩(wěn)壓管正常工作時(shí)管子的端電壓，每個(gè)穩(wěn)壓管只能有一個(gè)穩(wěn) 壓值UZ,但由于制造工藝方面的原因，對(duì)于同一型號(hào)的穩(wěn)壓管參數(shù) 的差別較大，在手冊(cè)中只能給出某特定值。(2)穩(wěn)定電流Iz指穩(wěn)壓管在穩(wěn)定電壓UZ下工作時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電 流。(3)最大穩(wěn)定電流IzMAX I ZMA；是指穩(wěn)壓管的最大允許工作電流。 穩(wěn)壓管工作時(shí)，它的工作電流超過(guò)Izmax穩(wěn)壓管將會(huì)燒壞。(4)最大耗數(shù)功率PZm P ZM指穩(wěn)壓管不

11、致因過(guò)熱而損壞的最大耗數(shù)功率,一般來(lái)說(shuō):PZM 'UzIZ(5)動(dòng)態(tài)電阻是指穩(wěn)壓管在正常反向擊穿區(qū)內(nèi)，電壓變化量 與電流變化量的比值，即. UzZIzrz是衡量穩(wěn)壓性能好壞的指標(biāo)。擊穿區(qū)越陡，rz越小，穩(wěn)壓管 的穩(wěn)壓性能就越好。(6)溫度系數(shù)溫度系數(shù)是反映穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓 UZ受溫度變化影響的參數(shù)。二、變?nèi)荻O管1、工作原理：變?nèi)荻O管是利用 PN結(jié)的電容隨外加偏壓而變 化這一特性制成的非線性電容元件。2、電路符號(hào)：圖1-2-2變?nèi)荻O管符號(hào)和特性3、電容電壓特性:圖1-2-2變?nèi)荻O管符號(hào)和特性三、發(fā)光二極管認(rèn)知 LED (Light Emitting Diode )正向?qū)妷捍笥?V,同時(shí)發(fā)光的亮度隨通過(guò)的正向電 流增大而增強(qiáng)，工作電流為幾個(gè)毫安到幾十毫安，典型工作電流為 10mA£ 右。L符號(hào)和特性工作條件為正向偏置，工作電流一般為幾十品，導(dǎo)通電 壓為2%2 .功能將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)3 .主要參數(shù)光學(xué)參數(shù)：亮度L,峰值波長(zhǎng)九P,光通量電學(xué)參數(shù)工Ifm，U(br) . Ir四、光電二極管認(rèn)知1 .電路符號(hào)：如圖1-2-3所示2 .功能：將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)193.單向?qū)щ娦裕豪肞N吉的光敏特性,無(wú)光照時(shí)為普通二極管,有光照時(shí)工作在反向偏置，反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升（在不同工作區(qū)域內(nèi)有不同特性）.4.用于光電式傳感器，光電輸入機(jī)，光電