《电子技术基础》正式教案

电子技术基础教案1§1-1半导体的基础知识目的与要求1.了解半导体的导电本质，2.理解N型半导体和P型半导体的概念3.掌握PN结的单向导电性重点与难点重点1.N型半导体和P型半导体2.PN结的单向导电性难点1.半导体的导电本质2.PN结的形成教学方法讲授法,列举法,启发法教具二极管,三角尺小结半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动PN结的单向导电性是指PN结外加正向电压时处于导通状态，外加反向电压时处于截止状态。布置作业1.什么叫N型半导体和P型半导体第一章常用半导体器件§1-1半导体的基础知识2自然界中的物质，按其导电能力可分为三大类：导体、半导体和绝缘体。半导体的特点：①热敏性②光敏性③掺杂性导体和绝缘体的导电原理：了解简介。一、半导体的导电特性半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅(Si)、锗(Ge)。硅和锗是4价元素，原子的最外层轨道上有4个价电子。1．热激发产生自由电子和空穴每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通过共价键紧密结合在一起。两个相邻原子共用一对电子。室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位这个空位称为空穴。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。在电子技术中，将空穴看成带正电荷的载流子。2．空穴的运动（与自由电子的运动不同）有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中。新的空穴又会被邻近的价电子填补。带负电荷的价电子依次填补空穴的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运动。3.结论（1）半导体中存在两种载流子，一种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴，它们都可以运载电荷形成电流。（2）本征半导体中，自由电子和空穴相伴产生，数目相同。（3）一定温度下，本征半导体中电子空穴对的产生与复合相对平衡，电子空穴对的数目相对稳定。（4）温度升高，激发的电子空穴对数目增加，半导体的导电能力增强。空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。二、N型半导体和P型半导体本征半导体3完全纯净的、结构完整的半导体材料称为本征半导体。杂质半导体在本征半导体中加入微量杂质，可使其导电性能显著改变。根据掺入杂质的性质不同，杂质半导体分为两类：电子型（N型）半导体和空穴型（P型）半导体。1.N型半导体在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的五价元素，如磷（P）、砷（As）等，则构成N型半导体。在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等5价元素，由于这类元素的原子最外层有5个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子导电，称为电子半导体或N型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形成的空穴为少数载流子。2.P型半导体在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的三价元素，如硼（B）、铟（In）等，则构成P型半导体。在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝等3价元素，由于这类元素的原子最外层只有3个价电子，故在构成的共价键结构中，由于缺少价电子而形成大量空穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动，称为空穴半导体或P型半导体，其中空穴为多数载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子。三、PN结及其单向导电性1．PN结的形成半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。P型半导体N型半导体＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋4多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动，如图1.6所示。图1.7PN结的形成（1）由于空穴和自由电子均是带电的粒子，所以扩散的结果使P区和N区原来的电中性被破坏，在交界面的两侧形成一个不能移动的带异性电荷的离子层，称此离子层为空间电荷区，这就是所谓的PN结，如图1.7所示。在空间电荷区，多数载流子已经扩散到对方并复合掉了，或者说消耗尽了，因此又称空间电荷区为耗尽层。空间电荷区出现后，因为正负电荷的作用，将产生一个从N区指向P区的内电场。内电场的方向，会对多数载流子的扩散运动起阻碍作用。同时，内电场则可推动少数载流子（P区的自由电子和N区的空穴）越过空间电荷区，进入对方。少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动。漂移运动和扩散运动的方向相反。无外加电场时，通过PN结的扩散电流等于漂移电流，PN结中无电流流过，PN结的宽度保持一定而处于稳定状态。图1.8PN结的形成（2）2.PN结的单向导电性如果在PN结两端加上不同极性的电压，PN结会呈现出不同的导电性能。5（1）PN结外加正向电压PN结P端接高电位，N端接低电位，称PN结外加正向电压，又称PN结正向偏置，简称为正偏，图1.9PN结外加正向电压（2）PN结外加反向电压PN结P端接低电位，N端接高电位，称PN结外加反向电压，又称PN结反向偏置，简称为反偏，图1.20PN结外加反向电压小结：PN结的单向导电性是指PN结外加正向电压时处于导通状态，外加反向电压时处于截止状态。6§1-2二极管目的与要求1.了解半导体二极管的结构2.掌握半导体二极管的符号3.理解半导体二极管的伏安特性4.知道二极管的主要参数重点与难点重点1.二极管的符号2.二极管的伏安特性难点二极管的伏安特性教学方法讲授法,列举法,启发法教具二极管,三角尺小结外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN结仍处于截止状态。正向电压大于死区电压后，正向电流随着正向电压增大迅速上升。通常死区电压硅管约为0.5V，锗管约为0.2V。当反向电压的值增大到UBR时，反向电压值稍有增大，反向电流会急剧增大，称此现象为反向击穿，UBR为反向击穿电压。布置作业7§1-2二极管一、半导体二极管的结构二极管的定义：一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。二极管按半导体材料的不同可以分为硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等。二极管按其结构不同可分为点接触型、面接触型和平面型二极管三类。点接触型二极管PN结面积很小，结电容很小，多用于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件。面接触型二极管PN结面积大，结电容也小，多用在低频整流电路中。平面型二极管PN结面积有大有小。图1.11二极管的符号简单介绍常见的二极管的外型了解国产二极管的型号的命名方法。二、半导体二极管的伏安特性1、正向特性外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN结仍处于截止状态。正向电压大于死区电压后，正向电流随着正向电压增大迅速上升。通常死区电压硅管约为0.5V，锗管约为0.2V。8图1.13二极管的伏安特性曲线2、反向特性二极管外加反向电压时，电流和电压的关系称为二极管的反向特性。由图1.13可见，二极管外加反向电压时，反向电流很小（I≈-IS），而且在相当宽的反向电压范围内，反向电流几乎不变，因此，称此电流值为二极管的反向饱和电流从图1.13可见，当反向电压的值增大到UBR时，反向电压值稍有增大，反向电流会急剧增大，称此现象为反向击穿，UBR为反向击穿电压。利用二极管的反向击穿特性，可以做成稳压二极管，但一般的二极管不允许工作在反向击穿区。补充：二极管的温度特性二极管是对温度非常敏感的器件。实验表明，随温度升高，二极管的正向压降会减小，正向伏安特性左移，即二极管的正向压降具有负的温度系数（约为-2mV/℃）；温度升高，反向饱和电流会增大，反向伏安特性下移，温度每升高10℃，反向电流大约增加一倍。三、二极管的主要参数（1）最大整流电流IF最大整流电流IF是指二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大正向电流的平均值。（2）反向击穿电压UBR反向击穿电压是指二极管击穿时的电压值。（3）反向饱和电流IS9它是指管子没有击穿时的反向电流值。其值愈小，说明二极管的单向导电性愈好。另外（4）反向击穿电压UB：指管子反向击穿时的电压值。（5）最高工作频率fm：主要取决于PN结结电容的大小。理想二极管：正向电阻为零，正向导通时为短路特性，正向压降忽略不计；反向电阻为无穷大，反向截止时为开路特性，反向漏电流忽略不计。四、二极管极性的判定将红、黑表笔分别接二极管的两个电极，若测得的电阻值很小（几千欧以下），则黑表笔所接电极为二极管正极，红表笔所接电极为二极管的负极；若测得的阻值很大（几百千欧以上），则黑表笔所接电极为二极管负极，红表笔所接电极为二极管的正极。五、二极管好坏的判定（1）若测得的反向电阻很大（几百千欧以上），正向电阻很小（几千欧以下），表明二极管性能良好。（2）若测得的反向电阻和正向电阻都很小，表明二极管短路，已损坏。（3）若测得的反向电阻和正向电阻都很大，表明二极管断路，已损坏。补充：特殊二极管1.稳压二极管2.发光二极管LED3.光电二极管4.变容二极管5.激光二极管10§1-3三极管目的与要求1.了解三极管的结构及类型2.掌握半导体三极管的符号3.理解半导体三极管的伏安特性及电流放大作用4.知道三极管的主要参数和检测方法重点与难点重点1.三极管的符号2.三极管的伏安特性曲线难点三极管的伏安特性曲线教学方法讲授法,列举法,启发法教具二极管,三极管，三角尺小结放大区输出特性曲线近似平坦的区域称为放大区。三极管工作在放大状态时，具有以下特点：（a）三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置；（b）基极电流IB微小的变化会引起集电极电流IC较大的变化，有电流关系式：IC=βIB；（c）对NPN型的三极管，有电位关系：UCUBUE；（d）对NPN型硅三极管，有发射结电压UBE≈0.7V；对NPN型锗三极管，有UBE≈0.2V。布置作业11§1-3三极管一、三极管的结构、符号及类型1.三极管的结构及符号半导体三极管又称晶体三极管（下称三极管），一般简称晶体管，或双极型晶体管。它是通过一定的制作工艺，将两个PN结结合在一起的器件，两个PN结相互作用，使三极管成为一个具有控制电流作用的半导体器件。三极管可以用来放大微弱的信号和作为无触点开关。三极管从结构上来讲分为两类：NPN型三极管和PNP型三极管NPN型PNP型三极管的文字符号为V。三极管的结构特点：三极管制作时，通常它们的基区做得很薄（几微米到几十微米），且掺杂浓度低；发射区的杂质浓度则比较高；集电区的面积则比发射区做得大，这是三极管实现电流放大的内部条件。2．三极管的类型（1）国产三极管的型号，见P10-表1-3（2）三极管的分类：三极管可以是由半导体硅材料制成，称为硅三极管；也可以由锗材料制成，称为锗三极管。三极管从应用的角度讲，种类很多。根据工作频率分为高频管、低频管和开关管；根据工作功率分为大功率管、中功率管和小功率管。常见的三极管外形如图P10-1.13所示。二、三极管的电流放大作用集电结B发射结NPN集电区基区发射区CCEEB集电结B发射结PNPCCEEB集电区基区发射区121、产生放大作用的条件内部：a）发射区杂质浓度基区集电区b）基区很薄外部：发射结正偏，集电结反偏图1.14三极管的工作电压电路2、三极管的电流分配及放大关系IE=IC+IBIE≈ICIC=βIB三、三极管的特性曲线三极管的特性曲线是指三极管的各电极电压与电流之间的关系曲线，它反映出三极管的特性。它可以用专用的图示仪进行显示，也可通过实验测量得到。1、输入特性曲线它是指一定集电极和发射极电压UCE下，三极管的基极电流IB与发射结电压UBE之间的关系曲线。ICIBRBUBBUCCRCVVμAmA+UCE－+UBE－0.40.8UBE/V40302010IB/mA0UCE≥1V测量三极管特性的实验电路三极管的输入特性曲线13简单分析曲线规律。硅管的死区电压约0.5V，锗管的死区电压约0.3V，三极管处于放大状态时，硅管的UBE约0.7V