授课计划授课时数: 2 授课教师:赵启学授课时间:课题:半导体二极管教学目的:1、理解PN结及其单向导电性2、了解半导体二极管的构成与类型教学重点:1、PN结及其单向导电性2、二极管结的构成教学难点:PN结及其单向导电性教学类型:理论课教学方法:讲授法、启发式教学教学过程:引入新课:模拟电子技术基础是一门入门性质的技术基础课,没有哪一门课程像电子技术的发展可以用飞速发展,日新月异。
从1947年,贝尔实验室制成第一只晶体管;1958年,集成电路;1969年,大规模集成电路;1975年,超大规模集成电路,一开始集成电路有4只晶体管,1997年,一片集成电路有40亿个晶体管。
不管怎么变化,但是万变不离其宗,这门课我们所讲的就是这个“宗”。
(10分钟)讲授新课:一:PN结(30分钟)1、什么是半导体,什么是本证半导体?(10分钟)半导体:导电性介于导体和绝缘体之间的物质本征半导体:纯净(无杂质)的晶体结构(稳定结构)的半导体,所有半导体器件的基本材料。
常见的四价元素硅和锗。
2、杂质半导体(20分钟)N型半导体:在本征半导体中参入微量5价元素,使自由电子浓度增大,成为多数载流子(多子),空穴成为少数载流子(少子)。
如图(a)P型半导体:在本证半导体中参入微量3价元素,使空穴浓度增大,成为多子,电子成为少子,以空穴导电为主的杂志半导体称为P型半导体。
如图(b)3、PN结P型与N型半导体之间交界面形成的薄层为PN结。
二:PN结的单项导电性(20分钟)PN结加正向电压时,可以有较大的正向扩散电流,即呈现低电阻,我们称PN 结导通;PN结加反向电压时,只有很小的反向漂移电流,呈现高电阻,我们称PN 结截止。
这就是PN结的单向导电性。
1、正偏加正向电压(正偏)——电源正极接P区,负极接N区外电场的方向与内电场方向相反。
外电场削弱内电场→耗尽层变窄→扩散运动>>漂移运动→多子扩散形成正向电流(与外电场方向一致)I F2、反偏加反向电压(反偏)——电源正极接N区,负极接P区外电场的方向与内电场方向相同。
外电场加强内电场→耗尽层变宽→漂移运动>>扩散运动→少子漂移形成反向电流I R三:半导体二极管的构成与类型(20分钟)1、半导体二极管的构成一个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。
2、半导体二极管的类型(1)二极管按半导体材料的不同可分为:硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等。
(2)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。
本课小结:1、N型半导体,自由电子为多数载流子,热激发形成的空穴为少数载流子。
P型半导体,空穴为多数载流子,热激发形成的自由电子是少数载流子2、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。
3、半导体二极管的构成:一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来。
作业布置: P22 1、2、3题板书设计:PN结及其单项导电性N型半导体:自由电子为多数载流子空穴为少数载流子P型半导体:空穴为多数载流子自由电子为少数载流子单项导电性:PN结外加正向电压时处于导通状态作业:P22 1、2、3 外加反向电压时处于截止状态教学反思:授课计划授课时数: 2 授课教师:赵启学授课时间:课题:半导体二极管教学目的:1、掌握半导体二极管的伏安特性与主要参数2、了解半导体二极管的使用常识教学重点:1、二极管的符号及主要参数2、二极管的伏安特性教学难点:二极管的伏安特性教学类型:理论课教学方法:讲授法、启发式教学、观察法教学过程:引入新课:回顾上节课所学内容,1、N型半导体,自由电子为多数载流子,热激发形成的空穴为少数载流子。
P型半导体,空穴为多数载流子,热激发形成的自由电子是少数载流子2、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。
3、半导体二极管的构成:一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来。
(10分钟)讲授新课:一:半导体二极管的伏安特性(30分钟)1、PN结的伏安特性方程PN结两端的电压U和和流过PN结的电流I的关系:I=I S(eUU T−1)I S为PN结的反向饱和电流U T为温度的电压当量,U T≈26mV正偏时U与I为正值,反偏时U与I为负值{正偏:U≫U T;I=I S eUU TU=0反偏:|U|≫U T;I=−I S2、二极管的伏安特性曲线(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(2)反向特性二极管电压时,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结论:(1)二极管是非线性原件(2)二极管具有单项导电性(3)反向击穿特性从图1.1.7可见,当反向电压的值增大到UBR时,反向电压外加反向电压时,电流和电压的关系称为二极管的反向特性。
由图1.1.7可见,二极管外加反向值稍有增大,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3、温度对二极管特性的影响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二:半导体二极管的使用常识(30分钟)1、二极管的型号国产二极管型号由五部分组成,符号意义见表1.1.1.表1.1.12、二极管的主要参数(1)最大整流电流I FM最大整流电流I FM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)最高反向电压U RM允许加在二极管上的反向电压的最大值。
(3)反向饱和电流I S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)最高工作频率f M: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。
3、二极管管脚级性及质量的判断(1)二极管的管脚级性将红、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。
(2)质量判断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。
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。
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。
本课小结:(10分钟)1、半导体二极管的伏安特性:通常死区电压硅管约为0.5V,锗管约为0.2V2、二极管的主要参数:最大整流电流I FM最高反向电压U RM最高工作频率f M反向饱和电流I S3、半导体二极管的测量(1)反向电阻很大,正向电阻很小,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。
(10分钟)作业布置: P22 1、2、3题板书设计:二极管的伏安特性及使用常识伏安特性:I=I S(eUU T−1)硅管:0.5V,锗管:0.2V主要参数:最大整流电流I FM最高反向电压U RM最高工作频率f M反向饱和电流I S作业:教学反思:授课计划授课时数: 2 授课教师:赵启学授课时间:课题:半导体二极管的基本应用教学目的:1、掌握半导体二极管的电路模型2、掌握单项桥式整流滤波电路工作原理3、了解硅整流组合管教学重点:1、二极管的电路模型2、单相桥式整流滤波电路原理教学难点:单相桥式整流滤波电路原理教学类型:理论课教学方法:讲授法教学过程:引入新课:复习上节课所讲内容,二极管的单项导电性,二极管的伏安特性,二极管的测量及参数,根据二极管的伏安特性图,引出二极管的电路模型图(10分钟)讲授新课:一:半导体二极管的电路模型(30分钟)1、理想模型:相当一个开关2、恒压降模型U F不随电流而变,硅管U F取0.7,锗管U F取0.2。
更接近实际二极管。
3、实际应用[例1.2.1]二极管电路图如图1.2.3所示,试分别用二极管的理想模型,恒压降模型计算回路中的电流I D和输出电压U0。
设二极管为硅管。
解:首先要判断二极管是出于导通状态还是截止状态,可以通过计算(或观察)二极管未导通时的阳极和阴极间的点位差,若该电位差大于二极管所需要的导通电压,则说明二极管出于正向偏置而导通,如果该电位差小于二极管的导通电压,则该二极管处于反向偏置而截至。
本例题中,由图1.2.3可知,二极管D未导通时阳极电位U a=−12V,阴极电位U b=−16V,则阴极和阳极的电位差为4V,导通。
U ab=U a−U b=−12V−(−16)V=4V>U F=0.7V1、用理想模型二极管D导通,其管压降为0所以I D=U RR =−U S1+U S2R=(−12+16)Vv2KΩ=2mAU0=−U S1=−12V二:用恒压降模型由于二极管D 导通,U F =0.7V ,故:I D =U RR=−U S1+U S2−U FR=U 0=I D R 0−U S2=1.65mA ×2K Ω−12V =−12.7V练习:二极管电路图如图所示,试分别用二极管的理想模型,恒压降模型计算回路中的电流I D 和输出电压U 0。
设二极管为锗管。
二:单项桥式整流滤波电路(30分钟)1、单项桥式整流电路(1)简单介绍二极管的单向导电性,然后画出桥式整流电路的原理图(2)讲解整流电路的作用:把交流电转变成直流电。
接着讲交流电的特点:电流(或电压)大小和方向随时间不断变化 (3)讲交流转变成直流的过程。
为了简化讨论,先不考虑电压的大小,只考虑方向,那么可以将交流电分成正负两个半周:正半周(下正下负)和负半周(下正上负)。
正半周:上正下负,此时会产生一个下图中红色线条所示电流。
负载电流方向:从上到下;电压方向:上正下负负半周:即下正上负。
此时会产生下图中绿色线条所示的电流。
负载电流方向:从上到下;电压方向:上正下负设电源变压器二次绕组的电压u2=√2U2sinωt负载电流和电压值:U0=2√2πU2=0.9U2I0=U0R L=0.9U2R LI D=12I0=0.45U2R LU DRM=U2M=√2U2例1.3.1有一单项桥式整流电路,要输出40V 的直流电压和2A的直流电流,交流电源电压为220V。