电子技术公开课教案

第一章半导体的基础知识第一节半导体二极管授课者：林泽宏教学目的：1、了解半导体材料2、知道PN结的特性3、了解晶体二极管的结构和工作原理4、掌握基本二极管电路的分析方法教学重点：1、PN结导电特性2、二极管的导电特性及主要参数教学难点：1、PN结导电特性2、二极管伏安特性教学方法与手段：1、教师讲授与学生练习、实验实训相结合。2、板书与多媒体课件相结合。课时计划：4课时一、本征半导体纯净的半导体称为本征半导体。1）半导体的特性按导电能力物质划分为:导体、绝缘体、半导体。半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。半导体的导电特性：有热敏性、光敏性和掺杂性。本征激发：我们把在热或光的作用下,本征半导体中产生电子空穴对的现象,称为本征激发,又称为热激发。本征激发产生了电子－空穴对。二、杂质半导体1）N型半导体在纯净的半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素（如磷）后,就可成为N型半导体,在这种半导体中,自由电子数远大于空穴数,导电以电子为主,故此类半导体亦称电子型半导体。自由电子--多数载流子（简称多子）,空穴--少数载流子（简称少子）P型半导体N型半导体＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋2）P型半导体在硅（或锗）的晶体内掺入少量三价元素杂质,如硼（或铟）等，就构成了P型半导体，在这种半导体中，自由电子数远小于空穴数，导电以空穴为主，故此类半导体亦称为空穴型半导体。三、PN结1）PN结的形成在一块完整的晶片上,通过一定的掺杂工艺,一边形成P型半导体,另一边形成N型半导体。在交界面两侧形成一个带异性电荷的离子层,称为空间电荷区,并产生内电场,其方向是从N区指向P区,内电场的建立阻碍了多数载流子的扩散运动,随着内电场的加强,多子的扩散运动逐步减弱,直至停止,使交界面形成一个稳定的特殊的薄层,即PN结。因为在空间电荷区内多数载流子已扩散到对方并复合掉了,或者说消耗尽了,因此空间电荷区又称为耗尽层。P区N区载流子的扩散运动＋＋＋＋＋＋＋＋＋P区空间电荷区N区PN结及其内电场内电场方向＋＋＋＋＋＋＋＋＋2）PN结的单向导电特性偏置电压：在PN结两端外加电压,称为给PN结以偏置电压。（1)PN结正向偏置正向偏置：给PN结加正向偏置电压,即P区接电源正极,N区接电源负极,此时称PN结为正向偏置(简称正偏),此时PN结处于正向导通状态。空间电荷区变窄ER内电场外电场PNI＋＋＋如上图所示。由于外加电场与内电场的方向相反,因而削弱了内电场,使PN结变窄,促进了多子的扩散运动。形成了较大的正向电流。（2)PN结反向偏置反向偏置：给PN结加反向偏置电压,即N区接电源正极,P区接电源负极,称PN结反向偏置(简称反偏)。只有少数载流子形成的很微弱的电流,称为反向电流。因多子浓度差形成内电场多子的扩散空间电荷区阻止多子扩散，促使少子漂移。PN结合ER内电场外电场空间电荷区变宽PNI＋＋＋＋＋＋＋＋＋如上图所示。由于外加电场与内电场的方向一致,因而加强了内电场,使PN结加宽,阻碍了多子的扩散运动。在外电场的作用下,应当指出,少数载流子是由于热激发产生的,因而PN结的反向电流受温度影响很大。结论：PN结具有单向导电性。即加正向电压时导通,加反向电压时截止。四、半导体二极管一)、二极管的结构二极管的结构外形及在电路中的文字符号如图4.7所示,(a)结构；(b)符号；(c)外形在图所示电路符号中,箭头指向为正向导通电流方向。类型：(1)按材料分:有硅、锗二极管和砷化镓二极管等。(2）按结构分:有点接触型、面接触型二极管、平面型二极管。(3）按用途分:有整流、稳压、开关、发光、光电等二极管。(4）按封装形式分:有塑封及金属封等二极管。(5)按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管。二)、二极管的伏安特性二极管伏安特性曲线若以电压为横坐标,电流为纵坐标,用作图法把电压、电流的对应值用平滑的曲线连接起来,就构成二极管的伏安特性曲线,如上图所示（图中虚线为锗管的伏安特性,实线为硅管的伏安特性）。下面对二极管伏安特性曲线加以说明。正向特性：二极管两端加正向电压时,就产生正向电流,当正向电压较小时,正向电流极小（几乎为零）,这一部分称为死区,相应的A(A′)点的电压称为死区电压或门槛电压(也称阈值电压。如上图中OA(OA′)段。PN(阳极)外壳阴极引线阳极引线＋－＋－(阳极)(阴极)(阴极)(a)(b)V2AP2CP2CZ542CZ132CZ30(c)0.20.40.60.8O51015－30－U(BR)CC′D′DIRA′AB′B硅锗iV/mAuV/V(A)－5死区电压：硅管约为0.5V,锗管约为0.1V当正向电压超过门槛电压时,正向电流就会急剧地增大,二极管呈现很小电阻而处于导通状态。正向导通压降：硅管的正向导通压降约为0.6~0.7V,锗管约为0.2~0.3V。如图4.8中AB(A′B′)段。二极管正向导通时,要特别注意它的正向电流不能超过最大值,否则将烧坏PN结。2.反向特性：二极管两端加上反向电压时,在开始很大范围内,二极管相当于非常大的电阻,反向电流很小,且不随反向电压而变化。此时的电流称之为反向饱和电流IR,见上图中OC（OC′）段。3、二极管的击穿特性反向击穿：二极管反向电压加到一定数值时,反向电流急剧增大,这种现象称为反向击穿。此时对应的电压称为反向击穿电压,用UBR表示,如C′D′)段。三)、二极管的主要参数1.最大整流电流IF2.最大反向工作电压URM本课小结：1.PN结是组成半导体二极管和其他有源器件的重要环节。2.当PN结加正向电压时正向偏置时的情况，加反向电压时反向偏置的情况。3．PN结具有单向导电性。4、二极管的重要特性是单向导电性。5、二极管的主要参数有最大整流电流、最大反向电压和最大反向电流。练习题与作业题：1、思考题：PN结在什么情况下正偏？什么情况下反偏？2、作业题：PN结为什么具有单向导电性？3、《电子技术基础》教材P201-5。