電子技術(shù)教案——半導(dǎo)體二極管

1、1 I1.1半導(dǎo)體二極管課型新課授課班級授課時數(shù)2學(xué)目標(biāo)1 .熟識二極管的外形和符號。2 .掌握二極管的單向?qū)щ娦浴? .理解二極管的伏安特性、理解二極管的主要參數(shù)。制0節(jié)重點二極管的單向?qū)щ娦浴Ｖ啤緦W(xué)難點二極管的反向特性。學(xué)聲:情分析學(xué)效用12數(shù)后記.A.引入自然界中的物質(zhì)， 按導(dǎo)電能力的不同， 可分為導(dǎo)體和絕緣體。 人們新課又發(fā)現(xiàn)還有一類物質(zhì)，它們的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，那就是半導(dǎo)體。B.新授課1.1 半導(dǎo)體二極管1.1.1 什么是半導(dǎo)體(講解)1 .半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力隨著摻入雜質(zhì)、輸入電壓(電流)、溫度和光照條件的不同而發(fā)生很大變化，人們把這一類物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。2 .載流子：半導(dǎo)體

2、中存在的兩種攜帶電荷參與導(dǎo)電的“粒子”。(1)自由電子：帶負(fù)電荷。(2)空穴：帶正電荷。特性：在外電場的作用下，兩種載流子都可以做定向移動，形成電流。3. N型半導(dǎo)體：主要靠電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體。即：電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。4. P型半導(dǎo)體：主要靠空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體。即：空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。1.1.2 PN 結(jié)1 . PN結(jié)：經(jīng)過特殊的工藝加工，將 P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體緊密地結(jié)合在一起, 則在兩種半導(dǎo)體的交界面就會出現(xiàn)一個特殊的接觸面，稱為PN結(jié)。(引入實 驗電路，觀 察現(xiàn)象)2 .實驗演示(1)實驗電路(2)現(xiàn)象所加電壓的方向不同，電流表指針偏轉(zhuǎn)幅度不同。(3)結(jié)論P(yáng)

3、N結(jié)加正向電壓時導(dǎo)通， 加反向電壓時截止，這種特性稱為PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴? .反向擊穿：PN結(jié)兩端外加的反向電壓增加到一定值時，反向電流急劇增大， 稱為PN結(jié)的反向擊穿。4 .熱擊穿：若反向電流增大并超過允許值，會使PN結(jié)燒壞，稱為熱擊穿。5 .結(jié)電容PN結(jié)存在著電容，該電容稱為 PN結(jié)的結(jié)電容。1.1.3半導(dǎo)體二極管利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，可以用來制造一種半導(dǎo)體器件一一半導(dǎo)體二極管。1.半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號a）、面接觸型（如（1）結(jié)構(gòu)：由于管芯結(jié)構(gòu)不同，二極管又分為點接觸型（如圖圖b）和平面型（如圖c)。正極引縫片型再結(jié)晶層正極坡耀冗,金屬絲 型楮晶片支架接觸層正極引線電極結(jié)型硅（或鋤

4、二氧化硅保護(hù)層負(fù)極(a)電極'支架負(fù)極引線(h)（2）符號：如圖所示，箭頭表示正向?qū)娏鞯姆较?。Ao(正拗oK(負(fù)極)AO（展布各種二極管）P型硅 期結(jié) 百型硅負(fù)極引線(c)2.二極管的特性二極管的導(dǎo)電性能由加在二極管兩端的電壓和流過二極管的電流來決定, 間的關(guān)系稱為二極管的伏安特性。硅二極管的伏安特性曲線如圖所示。這兩者之（引導(dǎo)分 析伏安特 性）Z/mA30-2010-餐-40 -3。-20 -10 0片反向特性1/gA死區(qū)O一24正向 特性（1）正向特性（二極管正極電壓大于負(fù)極電壓） 死區(qū)：當(dāng)正向電壓較小時， 正向電流極小，二極管呈現(xiàn)很大的電阻， 如圖中OA 段，通常把這個范圍稱

5、為死區(qū)。死區(qū)電壓：硅二極管 0.5 V左右，錯二極管 0.1 V 0.2 V。 正向?qū)ǎ寒?dāng)外加電壓大于死區(qū)電壓后，電流隨電壓增大而急劇增大，二極管 導(dǎo)通。導(dǎo)通電壓：硅二極管 0.6 V 0.7 V,錯二極管 0.2 V0.3 V。(講解)(2)反向特性(二極管負(fù)極電壓大于正極電壓) 反向飽和電流：當(dāng)加反向電壓時，二極管反向電流很小，而且在很大范圍內(nèi)不 隨反向電壓的變化而變化，故稱為反向飽和電流。 反向擊穿：若反向電壓不斷增大到一定數(shù)值時，反向電流就會突然增大，這種 現(xiàn)象稱為反向擊穿。普通二極管不允許出現(xiàn)此種狀態(tài)。由二極管的伏安特性可知，二極管屬于非線性器件。3.半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)(1)最

6、大整流電流IF :二極管長時間工作時允許通過的最大直流電流。(2)最高反向工作電壓 Vrm :二極管正常使用時允許加的最高反向電壓。練習(xí)1 .晶體二極管加一定的 電壓時導(dǎo)通，力口 電壓時,這一導(dǎo)電特 性稱為二極管的 特性。2 .二極管導(dǎo)通后，正向電流與正向電壓呈 關(guān)系，正向電流變化較大時， 二極管兩端正向壓降近似于 ,硅管的正向壓降為 V,錯管約為 V。1 . PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴? .用PN結(jié)可制成二極管。符號如圖所示。Ao（正圜小結(jié)3 .二極管的伏安特性分正向特性和反向特性兩部分。P22習(xí)題一布置作業(yè)1-1 , 1-2, 1-3, 1-4, 1-5。11心1.2半導(dǎo)體三極管課型新課授課班

7、級授課時數(shù)2學(xué)目標(biāo)1 .掌握三極管的結(jié)構(gòu)、分類和符號。2 .理解三極管的電流放大作用。3 .掌握三極管的基本連接方式。夕 Jr"!-節(jié)重點三極管的結(jié)構(gòu)、分類、電流放大作用。【學(xué)難點三極管的電流放大作用。學(xué) P:情分析而,學(xué)效用J-教后記A.引入在半導(dǎo)體器件中，有一種廣泛應(yīng)用于各種電子電路的重要器件, 新課就是半導(dǎo)體三極管，通常也稱為晶體管。B.新授課1.2半導(dǎo)體三極管1.2.1 半導(dǎo)體三極管的基本結(jié)構(gòu)與分類1 .結(jié)構(gòu)及符號PNP型及NPN型三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及符號如圖所示。c?集電極（介紹，參 考教材）P集電區(qū)，集電結(jié)N集電區(qū)N更區(qū)號ZZ成射結(jié)發(fā)射區(qū)基區(qū)N發(fā)射區(qū)發(fā)射板發(fā)射極三區(qū)：發(fā)射區(qū)

8、、 三極：發(fā)射極 兩結(jié)：發(fā)射結(jié)、基區(qū)、集電區(qū)。E、基極B、集電極 集電結(jié)。Co實際上發(fā)射極箭頭方向就是發(fā)射結(jié)正向電流方向。2.分類：(1)(2)(3)(4)(5)(6)按半導(dǎo)體基片材料不同：NPN型和PNP型。按功率分：小功率管和大功率管。按工作頻率分：低頻管和高頻管。按管芯所用半導(dǎo)體材料分：錯管和硅管。按結(jié)構(gòu)工藝分：合金管和平面管。按用途分：放大管和開關(guān)管。3.外形及封裝形式三極管常采用金屬、玻璃或塑料封裝。常用的外形及封裝形式如圖所示。3AGI 3AX31 3DGI2 3AG43 3AX8I 3AX6 3CG23 3M13A 3DIG463取熱18 2057HEW描 303DAJ 3ADI

9、AD JDP153心11（展布各種二極管）1.2.2 三極管的電流放大作用1.三極管各電極上的電流分配 (1)實驗電路(講解實驗電路，分析數(shù)據(jù))(2)實驗數(shù)據(jù)IB / mA00.010.020.030.040.05Ic / mA0.010.561.141.742.332.91IE /mA0.010.571.161.772.372.96表1-1三極管三個電極上的電流分配(3)結(jié)論：IE =IB IC E B C三極管的電流分配規(guī)律：發(fā)射極電流等于基極電流和集電極電流之和。(學(xué)生討 論完成)2 .三極管的電流放大作用由上述實驗可得結(jié)論：基極電流Ib的微小變化控制了集電極電流較大的變化，這就是三極管

10、的電流放大 原理。注意：(講解)(1)三極管的電流放大作用，實質(zhì)上是用較小的基極電流信號控制集電極的大電 流信號，是“以小控大”的作用。(2)要使三極管起放大作用，必須保證發(fā)射結(jié)加正向偏置電壓，集電結(jié)加反向偏 置電壓。1.2.3三極管的基本連接方式利用三極管的電流放大作用，可以用來構(gòu)成放大器，其方框圖如圖所示。負(fù)ft£ 輸出端口輸入端信號三極管在構(gòu)成放大器時，有三種基本連接方式：1.共發(fā)射極電路（CE）:把三極管的發(fā)射極作為公共端子。3 .共集電極電路（CC）:把三極管的集電極作為公共端子。（引導(dǎo)學(xué) 生閱讀教 材）1 .三極管的放大作用的實質(zhì)是 電流對 電流的控制作用。2 .三極管的

11、電流分配關(guān)系是怎樣的？3 .如何理解三極管的電流放大作用？1 .三極管是一種有三個電極、兩個PN結(jié)和兩種結(jié)構(gòu)形式（NPN和PNP）的半導(dǎo)體器件。2 .三極管內(nèi)電流分配關(guān)系為：Ie=Ib+Ic。3 .三極管實現(xiàn)放大作用的條件是：三極管的發(fā)射結(jié)要加正向電壓，集電結(jié)要 加反向電壓。4 .三極管有三種基本連接方式：共發(fā)射極電路、共基極電路和共集電極電路。/ H內(nèi)作業(yè)P23習(xí)題一1-6。課岳 11.2半導(dǎo)體三極管.課型新課授課班級授課時數(shù)2教鄉(xiāng) *學(xué)目標(biāo)1 .掌握三極管的特性曲線和主要參數(shù)。2 .掌握三極管的測試方法。3 . 了解片狀三極管。教e學(xué)重點1 .三極管的特性曲線和主要參數(shù)。2 .三極管的測試

12、方法。教*學(xué)難點三極管的特性曲線和主要參數(shù)。學(xué)守:情分析教學(xué)效柒1教后記A.新授課1.2.4三極管的特性曲線Vbe和它產(chǎn)生(引導(dǎo)觀 察電路)新課1.輸入特性曲線輸入特性：在Vce 一定條件下，加在三極管基極與發(fā)射極之間的電壓 的基極電流IB之間的關(guān)系。(1)實驗電路(引導(dǎo)觀 察電路)改變Rp2可改變Vce , Vce一定后，改變 Rpi可得到不同的I b和Vbe。(2)輸入特性曲線150120100502010 520三極管的輸入特性曲線與二極管的十分相似，當(dāng)VBE大于導(dǎo)通電壓時，三極管才出現(xiàn)明顯的基極電流。導(dǎo)通電壓：硅管 0.7 V,鑄管0.2 V。2 .輸出特性曲線輸出特性：在Ib一定條件

13、下，集電極與發(fā)射極之間的電壓Vce與集電極電流 之間的關(guān)系。（1）實驗電路（分析，講 解）先調(diào)節(jié)Rpi,使Ib為一定值，再調(diào)節(jié)Rp2得到不同的Vce和Ic值。截止區(qū)：Ib= 0以下的區(qū)域。a.發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置，三極管截止。（分析，講 解）b. Ib =0, Ic W0,即為 I CEO , 穿透電流。C.三極管發(fā)射結(jié)反偏或兩端電壓為零時，為截止。放大區(qū)：指輸出特性曲線之間間距接近相等，且互相平行的區(qū)域。a. Ic與Ib成正比增長關(guān)系，具有電流放大作用。b.恒流特性：Vce大于1 V左右以后，Ib 一定，Ic不隨Vce變化，Ic恒定。C.發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，三極管處于放大狀態(tài)。d.電

14、流放大倍數(shù)=：ICI B飽和區(qū)：指輸出特性曲線靠近左邊陡直且互相重合的曲線與縱軸之間的區(qū)域。a. Ic不隨I b的增大而變化，這就是所謂的飽和。（學(xué)生討 論完成）b.飽和時的Vce值為飽和壓降Vces, Vces ：硅管為0.3 V,鑄管為0.1 V。C.發(fā)射結(jié)、集電結(jié)都正偏，三極管處于飽和狀態(tài)?？偨Y(jié)：截止區(qū)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏。放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏。3 .三極管的主要參數(shù)(1)共射極電流放大系數(shù)用P表示，選用管子時，值應(yīng)恰當(dāng)，一般說來，值太大的管子工作穩(wěn)定性差。(2)極間反向飽和電流(講解) 集電極-基極反向飽和電流I CBO。集電極-發(fā)射極反向飽和

15、電流I CEO oCEO兩者關(guān)系：1 CEO = ( 1+) I CBO(3)極限參數(shù) 集電極最大允許電流1cM當(dāng)Ic過大時，電流放大系數(shù)P將下降。在技術(shù)上規(guī)定，P下降到正常值的2/3時的集電極電流稱集電極最大允許電流。反向擊穿電壓當(dāng)基極開路時，集電極與發(fā)射極之間所能承受的最高反向電壓一一V(BR)cEo。當(dāng)發(fā)射極開路時，集電極與基極之間所能承受的最高反向電壓一一V(幽CBO。當(dāng)集電極開路時，發(fā)射極與基極之間所能承受的最向反向電壓一一V(幽EBO。集電極最大允許耗散功率 PcmCIVI在三極管因溫度升高而引起的參數(shù)變化不超過允許值時，集電極所消耗的最大功率稱集電極最大允許耗散功率。三極管應(yīng)工作

16、在三極管最大損耗曲線圖中的安全工作區(qū)。三極管最大損耗曲線如圖所示。(實物演 示)1 .2.5三極管的簡易測試2 .用萬用表判別三極管的管型和管腳(1)萬用表置于“ R1 k”擋或“ R 100”擋。(2)方法：黑表筆和三極管任一管腳相連，紅表筆分別和另外兩個管腳相連測其阻值，若阻值一大一小，則將黑表筆所接的管腳調(diào)換重新測量，直至兩個阻值接近。 如果阻值都很小，則黑表筆所接的為 NPN型三極管的基極。若測得的阻值都很大，則黑表筆所接 的是PNP型三極管的基極。 若為NPN型三極管，將黑紅表筆分別接另兩個引腳，用手指捏住基極和假設(shè)的集電極，觀察表針擺動。再將假設(shè)的集電極和發(fā)射極互換，按上述方法重測

17、。比較兩次 表針擺幅，擺幅較大的一次黑表筆所接的管腳為集電極，紅表筆所接的管腳為發(fā)射極。若為PNP型三極管，只要將紅表筆和黑表筆對換再按上述方法測試即可。判斷三極管C腳和E腳示意圖如圖所示。2 .判斷三極管的好壞(1)萬用表：“R 1 k”擋或“ R 100”擋。(2)方法：(引導(dǎo)學(xué) 生閱讀教 材)分別測量三極管集電結(jié)與發(fā)射結(jié)的正向電阻和反向電阻，只要有一個 PN結(jié)的正、 反向電阻異常，就可判斷三極管已損壞。3 .判斷三極管P的大小將兩個NPN管接入判斷三極管 C腳和E腳的測試電路，萬用表顯示阻值小的，則 該管的P大。4 .判斷三極管Iceo的大小以NPN型為例，用萬用表測試 C、E間的阻值，

18、阻值越大，表示 Iceo越小。5 .2.6 片狀三極管1.片狀三極管的封裝(1)小功率三極管：額定功率在100 mW 200 mW的小功率三極管，一般采用SOT-23形式封裝，如圖所示。1基極，2發(fā)射極，3集電極。(2)大功率三極管：額定功率在1 W 1.5 W的大功率三極管，一般采用 SOT-89形式封裝。1基極，3發(fā)射極，2、4 (內(nèi)部連接在一起)一集電極。2.帶阻片狀三極管在三極管的管芯內(nèi)加入一只或兩只偏置電阻的片狀三極管稱帶阻片狀三極管。(1)帶阻片狀三極管內(nèi)部電路(2)型號及極性13232 I456456456SOT 36SOT-25UM 6表1-2部分帶阻片狀三極管型號和極性型號極

19、性R1/R2型號極性R/R2DTA114YP10 k /47 kDTC114EN10 k /10 kDTA114EP100 k /100 kDTC124EN22 k /22 kDTA123YP2.2 k /2.2 kDTC114N47 k /47 kDTA143XP4.7 k /22 kDTC114WKN47 k /22 kDTC143XN4.7 k /10 kDTC114TNR1=10 kDTC363EN6.8 k /6.8 kDTC124TNRi=22 k3.復(fù)合雙三極管在一個封裝內(nèi)包含兩只三極管的新型器件。 常見外型封裝形式如圖所示。練習(xí)布置作業(yè)1 .晶體三極管集電極電流過大，過小都會使

20、其P彳1。2 .三極管輸出特性曲線常用一族曲線表示，其中每一條曲線對應(yīng)一個特定的3 .三極管的輸出特性曲線是如何繪制的?1 .三極管的特性曲線表示管子各極電流與各極間的電壓的關(guān)系。包括輸入和 輸出特性曲線。2 .三極管的輸入特性曲線與普通二極管的伏安特性曲線相似。3 .三極管的輸出特性曲線，分為飽和區(qū)、放大區(qū)和截止區(qū)。P23習(xí)題一1-7, 1-8, 1-9, 1-10。講1 11.3場效晶體管L課型新課授課班級授課時數(shù)21學(xué)目標(biāo)1 . 了解場效晶體管結(jié)構(gòu)特點和類型。2 .理解場效晶體管電壓放大原理。爹0學(xué)重點1 場效晶體管類型、結(jié)構(gòu)特點和工作原理。2.場效晶體管與三極管的比較。爹學(xué)難點場效晶體

21、管電壓放大原理。學(xué). ?，情分析爹N學(xué)效用2r1rli數(shù)后記A.引入半導(dǎo)體三極管是利用輸入電流控制輸出電流的半導(dǎo)體器件，稱為電新課流控制型器件。場效晶體管是利用輸入電壓產(chǎn)生電場效應(yīng)來控制輸出電流的器件，稱為電壓控制型器件。B.新授課1.3場效晶體管1.3.1 結(jié)型場效晶體管1 .符號和分類（1）電路符號和外形三個電極：漏極（D）、源極（S）、柵極（G）, D和S可交換使用，電路符號和外 形如圖所示。oDoD3DJ6（2）分類結(jié)型場效晶體管可分為2.電壓放大作用（1）放大電路GN溝:F溝蚤結(jié)型場效晶體管P溝道和N溝道兩種。（引導(dǎo)觀 察電路）5.1 ml%., D?_G-4 S于看O（2）總結(jié)：場效晶體管共源極電路中，漏極電流Id受柵源電壓Vgs控制。場效晶體管是電壓（講解）控制器件，具有電壓放大作用。1.3.2絕緣柵場效晶體管柵極與漏、源極完全絕緣的場效晶體管，稱絕緣柵場效晶體管。1.電路符號和分類四種場效晶體管的電路符號如圖所示。N溝道一箭頭指向內(nèi)。溝道用虛線為增強(qiáng)型,P溝道一箭頭指向外。溝道用虛線為增強(qiáng)型,2.結(jié)構(gòu)和工作原理以N溝道增強(qiáng)型 MOSFET為例。用實線為耗盡型，N溝道稱NMOS用實線為耗盡型，P溝道稱PMOS（1）結(jié)構(gòu)源極柵極漏極（分析工 作原理）加）（b）N型區(qū)引出兩個電極：漏極（D）、源極（S）。在源區(qū)和漏區(qū)