电工电子技术教案第一章 半导体二极管1-1 半导体的基本知识 教学目的：1、了解半导体导电性及特点。2、初步掌握PN结的基本特性及非线性的实质。3、熟悉二极管外形和电路符号，伏安特性和主要参数。4、了解特殊功能的二极管及应用。教学重点、难点：教学重点：1）半导体导电性及特点。2）PN结的基本特性及非线性的实质3）二极管外形和电路符号，伏安特性和主要参数。教学难点：二极管外形和电路符号，伏安特性和主要参数一、半导体的基本概念人们按照物质导电性能，通常将各种材料分为导体、绝缘体和半导体三大类。导电性能良好的物质称为导体，例如金、银、铜、铝等金属材料。另一类是几乎不导电的物质称为绝缘体，例如陶瓷、橡胶、塑料等材料。再一类是导电性能介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，例如硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓等都是半导体。纯净半导体也叫本征半导体，这种半导体只含有一种原子，且原子按一定规律整齐排列。如常用半导体材料硅（Si）和锗（Ge）。在常温下，其导电能力很弱；在环境温度升高或有光照时，其导电能力随之增强。常常在本征半导体中掺入杂质，其目的不单纯是为了提高半导体的导电能力，而是想通过控制杂质掺入量的多少，来控制半导体的导电能力的强弱。在硅本征半导体中，掺入微量的五价元素(磷或砷)，就形成N型半导体。在硅本征半导体中，掺入微量的三价元素(铟或硼)，就形成P型半导体。 二、PN结及单向导电性 1、当把一块P型半导体和一块N型半导体用特殊工艺紧密结合时，在二者的交界面上会形成一个具有特殊现象的薄层，这个薄层被称为PN结。2、PN结的单向导电性1）PN结加正向电压正向导通正极接区，负极接区，称“正向偏置”或正偏。）PN结加反向电压反向截止电源负极接区，正极接区，称“反向电压”或反偏。结加正向电压导通，加反向电压截止，即结的单向导电性1- 半导体二极管一、二极管的结构、符号和分类1. 二极管的结构、符号晶体二极管是由一个PN结构成的，从P区引出的电极为二极管正极， N区引出的电极为二极管负极，用管壳封装起来即成二极管。二极管的符号用表示、二极管的分类讲述书本上的表二极管的命名方法由五部分组成，见书本讲解我国半导体器件的型号是按照它的材料、性能、类别来命名的，一般半导体器件的型号由五部分组成。第一部分用阿拉伯数字表示器件的电极数目；第二部分用汉语拼音字母表示器件的材料和极性；第三部分用汉语拼音字母表示器件的类型；第四部分用阿拉伯数字表示器件序号；第五部分用汉语拼音字母表示规格号。二、二极管的伏安特性(1) 正向特性（图中OAB段） 当二极管两端所加的正向电压由零开始增大时，在正向电压比较小的范围内，正向电流很小，二极管呈现很大的电阻，如图中OA段，通常把这个范围称为死区，相应的电压叫死区电压。硅二极管的死区电压为0.5V左右，锗二极管的死区电压约为0.10.2V。 外加电压超过死区电压以后，二极管呈现很小的电阻，正向电流ID迅速增加，这时二极管处于正向导通状态，如图中AB段为导通区，此时管子两端电压降变化不大，该电压值称为正向压降(或管压降)，常温下硅管约为0.60.7V，锗管约为0.20.3V。 (2) 反向特性 （图中OCD段） 当给二极管加反向电压时，所形成的反向电流是很小的，而且在很大范围内基本不随反向电压的变化而变化，即保持恒定。如曲线OC段称为反向截止区，此处的IR称为反向饱和电流。 当反向电压大到一定数值UBR时，反向电流会急剧增大，如图中CD段，这种现象称为反向击穿，相应的电压叫反向击穿电压。正常使用二极管时（稳压二极管除外），是不允许出现这种现象的，因为击穿后电流过大将会使管子损坏。三、二极管的主要参数选择二极管时主要考虑以下三个参数；最大整流电流、最高反向工作电压、反向电流。1、最大整流电流IFM是二极管允许通过的最大正向工作电流的平均值。如实际工作时的正向电流平均值超过此值，二极管内的PN结可能会过分发热而损坏。2、最高反向工作电压URM是二极管允许承受的反向工作电压的峰值。为了留有余量，通常标定的最高反向工作电压是反向击穿电压的一半或三分之一。3、反向漏电流IR是在规定的反向电压和环境温度下测得的二极管反向电流值。这个电流值越小，二极管单向导电性能越好。硅是非金属，其反向漏电流较小，在纳安数量级，而锗是金属，其反向漏电流较大，在微安数量级。讲述书上例题四、二极管的识别与检测、识别可根据其外部标志来识别管脚极性、二极管的检测用指针式万用表判别二极管的极性和好坏。如图5.5所示，将万用表拔至电阻档的R100或R1K档。此时，万用表的红表笔接的是表内电池的负极，黑表笔接的是表内电池的正极。具体的测量方法是：将万用表的红、黑笔分别接在二极管的两端，测量此时的电阻值。正常时，图（a）测得的正向电阻比较小（几K以下）；图（b）测得的反向电阻比较大（几百K）。测得电阻值小的那一次，黑表笔接的是二极管的正极。如果测得二极管的正、反向电阻都很小，甚至于为零，表明管子内部已短路。如果测得二极管的正、反向电阻都很大，则表明管子内部已断路。五、其他二极管1.发光二极管 发光二极管(简称LED)的PN结工作在正向偏置状态。它是利用电信号变成光信号的一种半导体器件，它具有功耗低、体积小、工作可靠等特点。2.光敏二极管光敏二极管又称光电二极管，其PN结工作在反向偏置状态。目前使用最多的是硅（Si）光电二极管。3、变容二极管变容二极管的特性曲线及符号工作原理应用变容二极管的结电容主要由耗尽层引起。耗尽层内无载流子，相当于平行板电容器两个极板间的介质，当PN结的面积一定时，结电容Cj与耗尽层的宽度成反比；当外加反向电压减小时，耗尽层变窄，Cj增大，反之,Cj减小。所以，变容二极管相当于用电压来控制容量的可变电容，即压控电容。课堂小结：1. 半导体中有两种载流子：电子和空穴。半导体的导电性是靠本征激发产生的电子-空穴对来实现的。常温下导电性很弱，但是它具有热敏特性、光照特性和掺杂特性，因而被广泛应用。2. 杂质半导体有两类：N型半导体和P型半导体，N型半导体中电子是多数载流子，空穴是少子；P型半导体中空穴是多数载流子，电子是少子。PN结的基本特性是单向导电性。3. 二极管是由一个PN结组成，所以具有单向导电性。二极管的伏安特性是非线性的，故称它是非线性器件。二极管的门坎电压（也称死区电压），硅管约0.5V，锗管约0.2V；正向压降硅管约0.7V，锗管约0.3V。4. 特殊二极管主要有稳压二极管、变容二极管、发光二极管、光电二极管等。稳压二极管是利用它的反向击穿时电压基本恒定不变，电流变化很大的特性，来实现稳压的。变容二极管是利用PN结电容随反向电压变化而变化来实现变容的,多用于调谐电路选取信号。发光二极管功能是将电信号转换为光信号。而光电二极管则是将光信号转换为电信号。作业：习题册第1、2、3、4、5页。6