半导体二极管教案.doc

半导体二极管授课名称电子基础授课类型讲授授课时数1课题 半导体二极管学情分析认知特征：中专生的学习方法由模仿转向领会，思维方式由形象转向抽象。学习状态：中专面临着基础知识薄弱、自信不足、学习能力不强等学习困境，电子课程入门难，而且枯燥乏味。但是如果能引发学生兴趣，老师在平时的课上课下注意引导和鼓励，学生一定能学好电子基础。知识储备：之前学生已初步掌握了基本的电学知识，为本节的学习作好了知识储备。教学目标1、认识半导体 2、了解PN结的原理及结构 3、掌握二极管伏安特性4、掌握用万用表判别二极管好坏的方法 5、掌握二极管基本分析方法教学重点二极管伏安特性教学难点二极管伏安特性学法分析1、由于电子课程入门难，这节课作为入门课，在绪论中给出整个课程的大框架，使学生对于课程的认识更加清晰2、老师在讲解伏安特性后，再讲解二极管的判别，让学生参与进来，使学生对单向导电性认识更清晰教学方法内容和过程教学准备1、万用表2、不同规格、类型的半导体二极管若干保证课堂教学顺利实施。绪论和导入（5分钟）从生活中的实例说明电子重要性，电脑、手机、白板、饮水机，本课会带领我们从物理走入电子世界。展现课程框架，认识本节在课程中的地位，从自然界一步步抽象到应用层面，理顺知识架构，突出本课程特点，跨度大（知识点多，抽象），突出入门难的特点，鼓励学生学好前几章，打好基础，后面的学习越来越容易。从集总电路层面引出半导体器件。讲解，应用日常生活中的例子，引起学生兴趣 新 课 讲 授学生各小组之间讨论1、 半导体部分（8分钟） 1.半导体概述半导体是个熟悉的名词，但是什么是半导体呢？自然界的物质按导电能力的强弱可分为如下几类：一类是导电能力特别强的物质叫导体（如银、铜、铝等），导体的电阻率通常在。另一类是导电能力非常差，几乎可以看成不能导电的物质，叫绝缘体（如塑料、橡胶、陶瓷等），绝缘体的电阻率通常在。还有一类是半导体，其导电能力介于导体和绝缘体之间（如锗、硅、砷化镓等）叫半导体，半导体的电阻率通常在。 2.半导体特性半导体除了在导电能力方面与导体和绝缘体不同外，它还具有不同于其它物质的特点，例如，当半导体受到外界光和热的照射时，或掺入某些杂质时其导电能力将发生显著的变化。这个特点说明，半导体的导电机构必然不同于其它物质。为了理解这个特点，我们必须先从了解半导体的结构入手，来了解半导体的基本知识。3.半导体结构在电子学中，用得最多的半导体是硅和锗，硅和锗的外层电子都是4个，都是四价元素。与相邻四个原子分别用四个共价键相连，形成原子有规律地整齐排列的结构，称为晶体结构，这就是晶体管的来由。本来外层电子受共价键束缚，但是少数电子获得一定的动能才能挣脱共价键的束缚成为自由电子。在电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后，共价键中就留下一个空位，这个空位叫做空穴。于是半导体可以导电，但是在常温下只有极少电子能称为自由电子，所以导电能力较弱。完全纯净的、结构完整的半导体晶体称为本征半导体。但是本征半导体易受温度的影响，而且导电能力差，不能直接使用在电子线路中，必须利用掺杂特性制作杂质半导体。在硅（或锗）晶体中掺入微量的五价元素P，磷原子的5个价电子中有4个电子和硅原子组成共价键，多出一个电子很容易脱离原子核的束缚而成为自由电子，同时磷原子也就成为带正电的离子。这样，由于磷元素的掺入，使硅晶体中自由电子的数目大大增加。当然硅原子由于热激发也产生少量的电子空穴对。这种半导体的导电主要是靠电子，所以称它为电子半导体，简称N型半导体。本征半导体中空穴和自由电子成对出现，但是在杂质半导体中不同，略讲多子和少子概念。在硅（或锗）晶体中掺入微量的三价元素B，硼原子有3个价电子，它与硅原子组成共价键时缺少一个价电子而形成一个空穴，空穴的浓度比电子的浓度大得多。这种半导体的导电主要是靠空穴，所以称它为空穴半导体，简称P型半导体。3.PN结原理当N型半导体和P型半导体用特殊工艺结合在一起时，由于P型半导体中空穴浓度高、电子浓度低，而N型半导体中电子浓度高、空穴浓度低，因此在交界面附近电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。P区的空穴要扩散到N区，且与N区的电子复合，在P区一侧就留下了不能移动的负离子空间电荷区。同样，N区的电子要扩散到P区，且与P区的空穴复合，在N区一侧就留下了不能移动的正离子空间电荷区。空间电荷区形成了一个方向由N区指向P区的内电场，内电场的作用是阻碍多数载流子的继续扩散。这种动态稳定的结构称之为PN结。当加入外电场时动态平衡被打破，略讲PN结单向导电性，即正偏(P接“”，N接“”)时，正向电流大；反偏(P接“”，N接“”)时，反向电流小。2、 半导体二极管（20分钟） 1.二极管概述利用PN结的单向导电性，可以用来制造一种半导体器件半导体二极管。半导体二极管又称晶体二极管。几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管。结构半导体二极管是由一个PN结加上电极引线和外壳封装而成。P区引出的电极称为阳极，或叫正极，用A表示；N区引出的电极称为阴极,或叫负极,用K表示。半导体二极管的外形与符号符号半导体二极管在电路中的符号如上图所示，箭头指向表示二极管正向导通时电流的方向。分类按结构的不同来分，可分为点接触型和面接触型；若按应用场合的不同来分，可分为整流二极管、稳压二极管、检波二极管、限幅二极管、开关二极管、发光二极管等；若按功率的不同可分为小功率、中功率和大功率；若按制作材料的不同，可分为锗二极管和硅二极管等。为学生展示几种常见二极管2.二极管伏安特性 我们已经知道了PN结具有单向导电性，但是二极管具体的外部特性是怎样的呢？下面给出二极管的伏安特性曲线。二极管的伏安特性就是二极管两端的电压U与流过二极管的电流I的关系。 半导体二极管伏安特性正向特性当二极管所加的正向电压（又称正向偏置）较小时，正向电流IF很小，二极管呈现较大的电阻，称这个区域为死区。通常硅二极管的死区电压UT（又叫门限电压）约为0.5V，锗二极管的死区电压约为0.2V。当正向电压超过死区电压后，正向电流显著增加，并且随着正向电压加大，电流迅速增长，二极管的正向电阻变得很小，当二极管充分导通后，二极管的正向压降基本维持不变，称为正向导通压降，硅二极管约为0.6V0.8V，锗二极管约0.2V0.3V。这一区段，称为正向导通区。反向特性当二极管加反向电压（又称反向偏置）时，形成的电流称反向漏电流IR，其值很小，这一区段，称为反向截止区。正常情况下，硅二极管的反向漏电流IR一般在几微安以下，锗二极管的IR较大，一般在几十微安至几百微安。我们可以视为无电流通过，即反向截止。反向电流的大小与反相电压无关，与温度有关。当反向电压增加到一定大小的UBR时，反向电流突然急剧增加，这种现象称为二极管反向击穿。使二极管发生反向击穿时的反向电压UBR称为反向击穿电压。特别注意一点，当反向击穿时，如果没有限流保护，可能会对二极管造成永久性破坏。恒压降模型在实际生产中，往往采用最简单的方法来解决实际问题，这就要求我们要有简化抽象的思维模式，忽略一些不必要的因素，建立起符合实际要求的模型。二极管反向电流非常小，在许多场合可以忽略不计，这里看成无电流，死区电流非常小，亦可视为无电流通过，导通之后电压变化不大，可以视为恒值。这就是二极管的恒压降模型。二极管的恒压降模型基本思想是当二极管导通后，其管压降可认为是恒定的，不随电流而变，且导通电压的典型值为0.7V（硅管）。此模型只有当二极管的电流iD近似等于或大于1mA时才是正确的。该模型提供了一种合理的近似，应用也较广。3.二极管的简单检测与电阻等元器件不同，二极管分为阳极和阴极，在电路安装中必须注意极性。下面我们看一段视频，并思考一个问题，最后一种检测方法利用了二极管的哪种特性？ 简述前面几种判别方法，重点讲解最后一种。 将万用表置于R100或R1k档，调零后用表笔分别正接、反接于二极管的两个引脚，这样可分别测得大、小两个电阻值。其中较大的是二极管的反向电阻值，较小的是二极管的正向电阻值。故在测得正向电阻值时，与黑表笔相连的电极是二极管的正极。 根据正、反向电阻值判定二极管的质量与好坏。正向电阻值越小，反向电阻值越大，表明其单向导电性能越好，二极管的质量就越好。如果一个二极管的正、反向电阻值差别不大，则必为劣质管。如果正、反向电阻值都是无穷大或者都是零，则表明二极管内部已开路或者已被击穿短路。 小组合作，分别检测，检测学生学习效果。3、 知识拓展二极管应用（5分钟） 1.整流电路大多电子产品都是使用直流电，家家户户接入的都是交流电，怎样把交流变成直流就显得非常重要。整流电路能够实现变交流为直流的功能，就是依靠二极管的单相导电性。2.检波电路天线的几何尺寸与信号频率密切相关，略小于波长。假如要发射低频信号，那么天线尺寸必须要相应增加。但实际上要发射低频信号几乎是不能的，人能听见的声波在20至20000Hz之间，如果要发射人能听见的音频信号，那么必须要用几公里高的天线，显然是不现实的。在电视、广播及通信中，需要将这一低频电信号驮载在高频信号上，把信号从低频搬移到高频，这个过程称为调制，相反的，调制信号经检波电路还原出原信号的过程称为解调。调制信号在正半轴与负半轴都载有原信号，经高频放大之后，再经过二极管，二极管具有单相导通特性，信号的负向部分被截去，仅留下其正向部分，此时如在每个信号周期取平均值，所得到的信号的波包即为基带低频信号，实现了解调功能 。 讲授，对于PN结等微观特性略讲，让学生有大概印象即可本节的重难点主要就在二极管的外部特性。通过二极管的检测加深理解二极管单向导电特性。通过知识拓展了解二极管的作用引发兴趣。重点练习恒压降模型的分析方法。课堂练习（10分钟）重点在于分析二极管的方法，侧重于恒