第一章晶体二极管

1珙县职业高级中学（教案）《电子技术基础》授课教师：电子专业部2课题半导体二极管教学目标知识目标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。4．掌握稳压二极管的特性及其主要参数；发光二极管及光电二极管的主要特性及电路符号。5．掌握二极管的具体应用。技能目标1．会测量二极管。2．会组装整流电路。3．会组装节能灯。情感目标1．提高学生学习电子技术的兴趣。2．培养学生积极参与，主动请教的态度。3．创设各种合作学习的活动，促使学生互相学习、互相帮助、发展合作精神。4．鼓励学生在学习中的尝试，保护他们的自尊心和积极性。5．尊重每个学生，关注性格内向或学习有困难的学生，尽可能多地给他们实践的机会。教材重、难点重点1．二极管的单向导电性。2．稳压二极管的特性与参数。3．发光二极管的特性。难点1．二极管反向特性。2．稳压二极管的特性与参数。3．二极管的具体应用。教学组织与过程第一步：每次上课果，检查出勤、教具、学具、多媒体设施等，营造企业化管理的学习情景。3第二步：每次上课时，通过设问、复习、情景创设等方法营造学习氛围。第三步：提出学习任务，让学生明确学习目的，明白应知、应会要求。第四步：让学生自己根据学习任务，制定学习方法与步骤。第五步：组织学生交流、讨论、各抒己见、取长补短，确定学习方法与步骤。第六步：组织学生进行理论学习与操作。第七步：学生自评、互评。第八步：学生互动相互交流，指出不足。第九步：教师总结。已具备知识具备初中相关电学知识，但不具有电子技术相关知识。教学方法教法任务驱动法学法自学、讨论、交流、总结。教学媒体及辅件1．多媒体、各种二级管、万用表、彩色粉笔。2．充电器套件、节能灯套件（实习课）一、教学方法与实施过程环节教师活动学生活动备注任务准备1.检查出勤、教具、学具、多媒体2.总结上节课完成情况，提出改进措施进行工作准备；渐入工作角色。组织课堂，营造企业化管理的学习情景；任务引入与任务引出通过设问、启发，复习上次课内容或视具体情况结合生活实例引入新课，为本节课作准备：1.引入新课：通过电子产品在现实生思考回答问题创设教学情境4活中的应用引入新课。2.电子技术的核心是什么？3.半导体的特性有哪些？4.P、N型半导体中电子、空穴数量有何关系？5.二极管有什么特性？6.二极管有哪些主要参数？各自的含义是什么？7.整流电路的作用是什么？整流电路输出电压波形怎样？8.半波整流电路负载电压、电流是多少？9.有哪些滤波电路？各自对输出电压有什么影响？任务研究教师带领学生分析本节课任务、目标，讨论学习方法学生讨论本节课的学习方法各抒己见、明确分工方案交流组织学生介绍各自的学习方法与完成任务方法各学生说明自己完成任务的方法使各组可以取长补短任务实施引导、巡视、帮助、启发、协调；1.各自完成自己的任务；2.学生交流，汇聚成果做中学，做中教，教师巡视指导协调任务交流组织学生讨论、展示、交流、总结学生就自己的学习心得或成果向全班同学呈现解说展示成果，学生互动任务评价组织学生对本节课的完成过程进行评价分别对自己、对他人进行评自评、互评、师评，肯定5价成绩，指出不足取长补短，共同进步课业总结1.电子技术的核心2.半导体的特性3.P、N型半导体中电子、空穴数量4.二极管特性5.二极管主要参数、各自的含义6.整流电路的作用7.整流电路输出电压波形8.半波整流电路负载电压、电流9.滤波电路种类、各自对输出电压的影响学生根据自己学习与完成任务的过程对所用到知识进行整理完成自评，写出总结二、教学内容6新课第一章晶体二极管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。1.1.2PN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。2．实验演示（1）实验电路（讲解）（引入实验电路，观察现7（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PN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——半导体二极管。1．半导体二极管的结构和符号（1）结构：由于管芯结构不同，二极管又分为点接触型（如图a）、面接触型（如图b）和平面型（如图c）。象）（展示各种二极管）8（2）符号：如图所示，箭头表示正向导通电流的方向。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，这两者之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。（1）正向特性（二极管正极电压大于负极电压）①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，通常把这个范围称为死区。死区电压：硅二极管0.5V左右，锗二极管0.1V0.2V。②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0.6V0.7V，锗二极管0.2V0.3V。（2）反向特性（二极管负极电压大于正极电压）①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。②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。（引导分析伏安特性）9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）最大整流电流FI：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RMV：二极管正常使用时允许加的最高反向电压。4.二极管的应用举例(1)二极管的开关作用注意：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”，截止时视其为“开路”。(2)二极管的整流作用将交流电变成单方向脉动直流电的过程称为整流。利用二极管的单向导电性能就可获得各种形式的整流电路。（讲解）10(3)二极管的限幅作用图示为一限幅电路。电源uS是一个周期性的矩形脉冲，高电平幅值为+5V，低电平幅值为-5V。试分析电路的输出电压为多少。分析：当输入电压ui=－5V时，二极管反偏截止，此时电路可视为开路，输出电压u0=0V；当输入电压ui=+5V时，二极管正偏导通，导通时二极管管压降近似为零，故输出电压u0≈+5V。显然输出电压u0限幅在0~+5V之间。本节小结1.二极管的伏安特性2.二极管的主要参数3.二极管的应用1.3特殊二极管引言前面主要讨论了普通二极管,另外还有一些特殊用途的二极管,如稳压二11极管、发光二极管、光电二极管和变容二极管等,现介绍如下。1.稳压管稳压管是由硅材料制成的特殊面接触型二极管，与普通二极管不同的是，稳压管的正常工作区域是PN结的反向齐纳击穿区，故而也称为齐纳二极管。（1）稳压管的工作特性稳压二极管简称稳压管,它的特性曲线和符号如图所示。显然稳压管的伏安特性曲线比普通二极管的更加陡峭。稳压二极管的反向电压几乎不随反向电流的变化而变化、这就是稳压二极管的显著特性。（2）稳压二极管的主要参数1）稳定电压UZ。稳定电压是稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。由于稳定电压随着工作电流的不同而略有变化,因而测试Uz时应使稳压管的电流为规定值。稳定电压Ｕｚ是根据要求挑选稳压管的主要依据之一。不同型号的稳(a)UZUZUBUAU/VOIZIZIA(IZmin)IB(IZmax)ABI/mAV稳压二极管的特性曲线和符号(a)伏安特性曲线(b)符号12压管,其稳定电压值不同。同一型号的管子,由于制造工艺的分散性,各个管子的Ｕｚ值也有差别。例如稳压管２DW7C,其Ｕｚ＝６.1～６.５V,表明均为合格产品,其稳定值有的管子是６.１V,有的可能是６.５V等等,但这并不意味着同一个管子的稳定电压的变化范围有如此大。2）稳定电流IZ。,低于此值时稳压效果较差。工作时应使流过稳压管的电流大于此值。一般情况是,工作电流较大时,稳压性能较好。但电流要受管子功耗的限制,即Izmax=Pz/Uz。3）耗散功率Pzm由于稳压管两端的电压值为Ｕｚ,而管子中又流过一定的电流,因此要消耗一定的功率。这部分功耗转化为热能,会使稳压管发热。Ｐｚ取决于稳压管允许的温升。4）动态电阻rZrZ是稳压二极管在击穿状态下，两端电压变化量与其电流变化量的比值。反映在特性曲线上，是工作点处切线斜率的倒数。rZ随工作电流增大而减小。rZ的数值一般为几欧姆到几十欧姆。2．发光二极管发光二极管与普通二极管一样,也是由PN结构成的,同样具有单向导电性,但在正向导通时能发光,所以它是一种把电能转换成光能的半导体器件。当发光二极管正偏时，注入到N区和P区的载流子被复合时，会发出可见光和不可见光。单个发光二极管常作为电子设备通断指示灯或快速光源及光电耦合器中的发光元件等。发光二极管一般使用砷化镓、磷化镓等材料制成。现有的发光二极管能发出红黄绿等颜色的光。发光管正常工作时应正向偏置，因死区电压较普通二极管高，因此其正偏工作电压一般在1.3V以上。发光管属功率控制器件，常用来作为数字电路的数码及图形显示的七段13式或阵列器件。3.光电二极管光电二极管也称光敏二极管，是将光信号变成电信号的半导体器件，其核心部分也是一个PN结。光电二极管PN结的结面积较小、结深很浅，一般小于一个微米。光电二极管工作在反偏状态,它的管壳上有一个玻璃窗口，以便接受光照。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结后，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，称为光生载流子。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。光电二极管的检测方法和普通二极管的一样,通常正向电阻为几千欧,反向电阻为无穷大。否则光电二极管质量变差或损坏。当受到光线照射时,反向电阻显著变化,正向电阻不变。本节小结本节主要介绍了几种特殊二极管，需掌握的内容是：稳压二极管的特性及其主要参数；发光二极管及光电二极管的主要特性及电路符号。练习1．晶体二极管加一定的_____电压时导通，加_____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，锗管约为_____V。小结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。3．二极管的伏安特性分正向特性和反向特性两部分。14布置作业