111二极管单向导电特性的测试

模拟电子技术与应用JiangSuCollegeofInformationTechnology本课程简介本课程为《模拟电子技术与应用》，采用项目驱动教学的模式，属职业能力课程，且为学院级精品课程，采用项目式教学方式授课。本课程具有较强的实践性，有广泛的应用领域。学好本课程的要点:做好每一个项目、写好每一份报告、完整做好每一件事，培养解决电路问题的方法及电子线路的相关概念、多练习。•特点（1）非线性元件较多（2）直流与交流同时存在（3）受控源较多（4）抓主要、略次要（5）存在着反馈•学习要求（1）多画图、画好图（2）重认知、会应用电路的基本结构→元器件的作用→电路的特点→电路的估算→电路的应用场合→元器件参数对电路性能的影响→电路的改进（3）重实践、多动手采用企业化管理模式，将项目工程概念引入课堂围绕市场办学校、依托行业设专业、根据岗位定课程、强化素质育人才《模拟电子技术与应用》项目式课程教学特点本课程参考资料1.康华光主编，电子技术基础（模拟部分）高等教育出版社2.童诗白华成英主编，《模拟电子技术基础(第三版)》，高等教育出版社二极管集成器件三极管场效应管单管三组态放大器低频功率放大器集成运算放大电路负反馈放大器直流稳压电源半导体器件单元电路应用电路课程内容数字万用表介绍不管任何时刻，红表笔始终是正、黑表笔始终是负不得用电流档、电阻档测量电压不得用电阻档测量电流、电压不得用直流档测量交流信号的值看一看——实践操作双路直流稳压电源介绍看一看——实践操作显示器控制垂直控制水平控制显示器触发控制看一看——实践操作双踪示波器介绍项目一小信号放大电路模块1.1：二极管的性能测试与应用看一看——二极管实物认识二极管图形符号、文字符号diodeD普通二极管二极管有哪些特性?伏安特性温度特性发光效应光电效应电容效应稳压效应单向导电性做一做项目1-1-1：二极管单向导电性的测试任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告。测试设备：模拟电路综合测试台1台，0～30V直流稳压电源1台，数字万用表1块，mA表1只。测试电路：如图所示，其中二极管VD为1N4148（或其他），R为1k。①按图接好电路。②由直流稳压电源输出10V电压接入输入端，即UI=+10V（此时二极管两端所加的电压为正向电压），测量输出电压和电流的大小，并记录：UO=V，I=mA测量此时二极管两端的电压为UVD=V做一做——二极管单向导电性的测试测试程序：结论：当二极管两端所加的电压为正向电压时，二极管将（导通／截止，截止即不导通）。③保持步骤2，将二极管反接（此时二极管两端所加的电压为反向电压），测量输出电压和电流的大小，并记录：UO=Ｖ，I=mA结论：当二极管两端所加的电压为反向电压时，二极管将（导通／截止）。做一做——二极管单向导电性的测试测试程序：④用模拟万用表直接测量二极管的正、反向电阻，比较大小并记录：正向电阻为k，反向电阻为k。结论：二极管（具有／不具有）单向导电性，且正向导通时，导通电压降约为（零/零点几/几）伏。做一做——二极管单向导电性的测试测试程序：【能力拓展】项目：二极管单向导电性的仿真测试一、半导体材料定义：半导体是指导电性能介于导体（conductor）和绝缘体（insulator）之间的半导体。材料：元素半导体：硅（Si）、锗（Ge）化合物半导体：砷化镓（GaAs）目前最常用的半导体材料是硅和锗。重要特性：热敏特性光敏特性掺杂特性看一看——半导体基础二、本征型半导体Si硅的原子结构及简化模型+4半导体结构硅的原子核的最外层有4个电子，又叫价电子；受原子核的束缚力最小。半导体共价键结构+4+4+4+4+4+4+4+4+4硅单晶的共价键结构共价键：价电子共有化运动，价电子不同于自由电子，不能导电。本征激发+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征激发产生电子空穴对本征激发→价电子得到足够的能量→成为自由电子→同时原来共价键中流下一个空位——空穴。＃本征激发产生自由电子与空穴成对出现；＃自由电子与空穴都是可以移动的载流子；＃自由电子带负电＃空穴带正电本征半导体的共价键结构束缚电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。这一现象称为本征激发，也称热激发。当温度升高或受到光的照射时，束缚电子能量增高，有的电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，称为空穴。可见本征激发同时产生电子空穴对。外加能量越高（温度越高），产生的电子空穴对越多。与本征激发相反的现象——复合在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。常温300K时：电子空穴对的浓度硅：310cm104.1锗：313cm105.2自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴电子空穴对多余电子磷原子硅原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多数载流子——自由电子少数载流子——空穴++++++++++++N型半导体施主离子自由电子电子空穴对三、杂质半导体N型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+5N型半导体A.掺入五价元素（杂质）→杂质电离→形成一个自由电子和不能移动的正离子B.N型半导体：施主杂质C.自由电子——多数载流子D.空穴——少数载流子N-型图P1.18五价元素:P(磷),As(砷),Sb(锑),Li(锂)在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。空穴硼原子硅原子+4+4+4+4+4+4+3+4+4多数载流子——空穴少数载流子——自由电子－－－－－－－－－－－－P型半导体受主离子空穴电子空穴对P型半导体P型半导体A.掺入三价元素（杂质）→杂质电离→形成一个空穴和不能移动的负离子B.P型半导体：C.空穴——多数载流子D.自由电子——少数载流子+4+4+4+4+4+4+4+4+3P型半导体P-型图P1.19三价元素:B(硼),Al(铝),Ga(镓),In(铟).杂质半导体的示意图++++++++++++N型半导体多子—电子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半导体多子—空穴少子—电子少子浓度——与温度有关多子浓度——与温度无关PN结的形成的动态演示++++----++++++++++++------------空间电荷区内电场空间电荷区耗尽层阻挡层R势垒层内电场E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－－－－－－－++++－+++－+P型半导体－－++N型半导体+－+空间电荷区多子扩散电流少子漂移电流耗尽层PN结正向偏置的动态演示PN结反向偏置的动态演示•PN结正偏时，耗尽层变窄具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻；PN结导通（仍有由本征激发引起的很小的反向漂移电流）。•PN结反偏时，耗尽层加宽仅有很小的反向漂移电流，呈现高电阻。PN结截止结论∴PN结具有单向导电性。二极管是单个PN结构成的器件,也具有单向导电性。阳极阴极akPN阴极引线阳极引线PN小结1.半导体基础知识1）本征半导体2）杂质半导体：N型P型2.PN结的形成3.PN结的单向导电性做一做项目1-1-2：二极管伏安特性的测试（逐点法）任务要求：按测试程序要求完成测试内容，并撰写测试报告。测试设备：模拟电路综合测试台1台，0～30V直流稳压电源1台，数字万用表1块，mA表1只，A表1只。测试电路：如图所示，其中二极管VD为1N4148（或其他），R为1k。①按图（a）接好电路（此时读出的电压和电流值应视为正值）。②按下表的要求测量各点电压和电流值，并填入表中，表中U为二极管两端电压。U/V00.5U/V-1-10-20I/mA0.5123510I/A做一做——二极管伏安特性的测试（逐点法）测试程序：③按图（b）接好电路（此时读出的电压和电流值应视为负值）④按下表的要求测量各点电压和电流值，并填入表中，表中U为二极管两端电压。U/V00.5U/V-1-10-20I/mA0.5123510I/A做一做——二极管伏安特性的测试（逐点法）测试程序：1.正向特性死区二极管两端加正向电压时二极管未必导通，如图on0UU——这部分称为死区门坎电压Uon正向电压超过某一数值后，电流才显著增大，这个电压值称为门坎电压读一读——二极管伏安特性曲线PN结的正向特性★二极管的正极电位比负极电位高，称二极管处于正偏状态。1.正向特性读一读——二极管伏安特性曲线管压降UVD当正向电流稍大时，正向特性几乎与横轴垂直，说明在电流在较大范围变化时，二极管两端电压变化很小。——这个电压称为管压降通常，硅管的管压降约为0.6～0.8V，锗管的管压降约为0.1～0.3V。1.正向特性读一读——二极管伏安特性曲线•高电阻•很小的反向漂移电流-U（BR）105U（V）（μA）I（mA）IsatPN结的反向伏安特性2.反向特性在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。★二极管的负极电位比正极电位高，称二极管处于反偏状态读一读——二极管伏安特性曲线二极管外加反向电压时，反向电流很小，管子处于反向截止状态，呈现出很大的电阻，而且反向电流几乎不随反向电压的增大而变化。小功率硅管的反向电流一般小于0.1A，而锗管通常为几A。二极管的反向特性受温度的影响较大。2.反向特性读一读——二极管伏安特性曲线二极管正偏电压超过门坎电压时，二极管处于导通状态。注意：二极管反偏电压超过一定电压时，二极管并非处于截止状态，而处于击穿状态。显然，二极管的单向导电性是有前提条件的！！读一读——二极管伏安特性曲线运用数字万用表判别二极管的好坏打开数字万用表电源量程拨至二极管档两表笔分别插入相应孔测试结果两表笔对调位置测量，都有嘟嘟响声二极管正反向均击穿，即已经损坏一次测量值为500～700，另一次测量值为1测量值为500～700的一次黑表笔接的是二极管负极，红表笔接的是正极读一读——二极管的测量与判别测量过程中数字万用表显示的500～700，是指二极管的正向导通压降运用数字万用表判别二极管须知读一读——二极管的测量与判别16v10v3K+-uAO(a)VD+_例1:试判断图中的二极管是否导通,还是截止,并求出两端电压uAOUAO=-10V16v18v3K+-uAO(a)VD+_UAO=-16V例2试判断图中的二极管是否导通,还是截止,并求出两端电压uAO15v12v3K+-uAO(b)VD6v12v3K+-uAO(a)VD+_UD=-6-（-12）=6VD通UAO=-6VUD=-15-（-12）=-3VD不通UAO=-12V6v12v3K+-uAO(d)VD1VD215v12v3K+-uAO(c)VD1VD2VD1=12vVD2=-15+12=-3vD1通,D2截止UAO=0VVD1=-12vVD2=-12+6=-6vD1,D2截止UAO=-12V5v12v3K+-uAO(c)VD1VD2结论：两个二极管都通哪个电压差大优先导通uAO=？小测验：小结1.半导体伏安特性1）正向特性2）反向特性2.二极管的温度特性3.二极管的主要参数