二极管及应用

1、第一课时课题：半导体课时：1课时知识目标：1、了解自然界中物质的分类 2、理解价电子、载流子的定义 3、理解半导体中的两种载流子及特点 4、本征半导体的定义及特点重点提示：半导体中的两种载流子及特点教学过程：初中物理课中介绍，自然界中的物质根据导电的强弱，可分为导体和绝缘体，后来人们发现另一类物质，它的导电能力介于导体和绝缘体之间，人们把这种物质称为半导体。一、 半导体定义：半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。为什么各类物质导电能力不同，根本原因在于不同的物质其内部特性不同，物质内部运载电荷的粒子载流子的多少是决定物质导电能力的一个重要因素。这要从初中化学分子结构来说，物质是由分子组成

2、，而分子又是由原子组成，原子是由带正电的原子核和核外带负电的电子组成，电子分层排列，内层的电子受原子核的引力较大，最外层的电子受原子核的引力较小，称为价电子，所有电子都在围着原子核做高速旋转运动。价电子：受原子核束缚的核外电子。金属导体中，原子核对价电子的束缚很弱，有大量的价电子摆脱原子核的束缚成为自由电子，在外电场作用下做定向移动形成电流，所以金属导电性能良好。注意在金属导体中只有自由电子一种载流子，且运动方向与电流方向相反。载流子：不受（摆脱）原子核束缚的核外价电子。绝缘体中，原子核对价电子的束缚很强，价电子不容易摆脱原子核的束缚成为自由电子，所以导电能力很差。在半导体中，目前常用的半导体

3、材料是硅(Si)和锗（Ge），它们都是四价元素，用图1表示硅或锗的结构示意图。二、 半导体中的两种载流子自由电子又叫电子载流子（带负电）：逆电场方向移动空穴又叫空穴载流子（带正电）：顺电场方向移动 注意：电子空穴对：受温度影响，温度越高，电子空穴对数目越多。三、 本征半导体定义：几乎不含任何杂质的纯净半导体。特点：电子数=空穴数本征半导体中载流子数受温度影响。练习：1、半导体的定义2、半导体和金属导体导电性能的区别。3、半导体中有两种载流子，即带正电的 和负电的 ，在电场力作用下， 顺电场方向移动， 逆电场方向移动。温度升高，两种载流子的数目将 ，并且变化数量 （填“相同”或“不同”）。第二课

4、时课题：杂质半导体课时：1课时知识目标：1、知道杂质半导体的定义及分类 2、杂质半导体中载流子的特点重点提示：杂质半导体中载流子及特点教学过程：四、半导体的分类根据掺入杂质的不同，将杂质半导体分为两类：分类：N型半导体和P型半导体1、 N型半导体（掺入+5价元素）又叫做电子型半导体 内部载流子特点：多数载流子是电子，少数载流子是空穴多子与掺入杂质的浓度（掺杂浓度）有关；少子与电子空穴对（温度）有关；N型半导体可用下图表示：2、 P型半导体（掺入+3价元素）又叫做空穴型半导体 内部载流子特点：多数载流子是空穴，少数载流子是电子多子与掺入杂质的浓度（掺杂浓度）有关；少子与电子空穴对（温度）有关；P

5、型半导体可用下图表示： 总之，无论N型还是P型半导体，里面的多数载流子的数目与掺杂浓度有关，少数载流子的数目与温度有关。以后我们所说的半导体都指杂质半导体，所以我们给半导体定义为：半导体：它的导电能力随着掺入杂质、输入电压(电流)、温度和光照条件的不同而发生很大变化，这种物质称为半导体。思考：N型半导体和P型半导体各带什么电？练习：1、半导体即导电能力介于 和 之间，它的导电能力随着 和 的变化而变化，因其内部导电粒子的特点，在其接受光照后，其导电能力会 。2、在P型半导体中，自由电子的浓度 空穴的浓度。A、大于 B、等于 C、小于3、在本征半导体中，电子与空穴数目 ，当在其中掺入五价元素后，

6、形成 半导体，其载流子特点：空穴 ，电子 ，所以又称为 半导体。4、半导体即导电能力介于 和 之间，它的导电能力随着 和 的变化而变化，因其内部导电粒子的特点，在其接受光照后，其导电能力会 。第三课时课题：PN结课时：1课时知识目标：1、知道载流子的两种运动方式及特点 2、PN结的形成过程重点提示：扩散运动与漂移运动的动态平衡复习提问：1、半导体的定义及分类2、 P型半导体和N型半导体内部载流子的特点3、 半导体中多子和少子和什么有关教学过程：四、 PN结两种运动：扩散运动：指由浓度高的地方向浓度低的地方运动。 漂移运动：指载流子在电场力作用下发生的定向运动。 自由电子逆电场方向运动 空穴顺电

7、场方向运动作业：复习PN结的形成过程第四课时课题：PN结的单向导电性课时：1课时知识目标：1、PN结加正向电压导通，加反向电压截止 2、PN结特性：单向导电性重点提示：PN结加正向电压时多子参与导电，加反向电压时少子导电教学过程：五、 PN结的单向导电性1、 PN结加正向电压（导通）注意：少子漂移形成的电流与正向电流方向相反，数量很小，可以忽略不计。2、 PN结加反向电压（截止）注意：反向电流是由少子漂移所形成的，所以受温度影响很大。总结：当PN结加正向电压时有较大的电流通过，正向电阻很小，PN结处于导通状态；PN结加反向电压时只有很小的电流流过，或者粗略的认为没有电流通过，反向电阻很大，PN

8、结处于截止状态。这就是PN结的重要特性-单向导电性。作业：PN结的特性：PN结加正向电压时，PN结变 ，电流较 ，正向导通电阻较 ，PN结处于 状态，正向导通电流是由 载流子形成，受 影响；加反向电压时，PN结变 ，电流较 ，反向电阻较 ，PN结处于 状态，反向电流是由 载流子形成，受 影响，所以说PN结具有 性。第五课时课题：半导体二极管课时：1课时知识目标：1、半导体二极管的结构和符号2、二极管的特性：单向导电性3、二极管的特性曲线分为四个区：正向导通区、死区、反向截止区和反向击穿区4、硅二极管和锗二极管的死区电压和正向导通电压重点提示：二极管的特性曲线复习提问：PN结的特性 PN结加正向

9、电压时多子运动，加反向电压时少子运动教学过程：六、 半导体二极管(又叫晶体二极管，简称二极管)1、 半导体二极管的结构和符号 箭头表示正向导通时正向电流的方向2、 二极管的特性二极管的核心部分是PN结，PN结具有单向导电性，所以二极管的特性也是单向导电性。二极管的伏安特性：指二极管两端的电压和流过二极管的电流之间的关系。由二极管的伏安特性曲线可知：二极管的电压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于非线性器件。注意：不同材料制成的二极管的伏安特性有一定差别，但其形状基本相似。3、 二极管的分类根据管芯结构的不同可分为：点接触型，适合小电流状态使用 面接触型 平面型4、 二极管的主

10、要参数（1） 最大整流电流I指二极管长时间工作时允许通过的最大直流电流。（2） 最高反向工作电压指二极管正常使用时所允许加的最高反向电压。课后作业：一、填空：1、二极管的核心部分是 ，具有 性。2、按材料不同，二极管分为 和 。3、按管芯结构不同，二极管可分为 、 和 三种，其中， 型适宜在小电流状态下使用， 和 适宜在大电流场合中使用。4、硅二极管的死区电压为 ，正向导通电压为 ；锗二极管的死区电压为 ，正向导通电压为 。5、PN结外加的反向电压增加到一定值时，反向电流急剧增大，称为PN结 ；若反向电流未超过允许值，当反向电压撤除后，PN结仍能恢复 ，若反向电流增大并超过允许值，会使PN结烧

11、坏，称为 。6、二极管的伏安特性曲线可分为四个区，即： 、 、 和 ；从其伏安特性曲线可以看出，二极管的电压和电流变化不呈线性关系，其内阻不是 ，所以二极管属于 器件。7、二极管的主要参数有： 和 。8、温度升高时，二极管中反向电流将 ；本征半导体中载流子的数目将 。二、判断：（ ）1、二极管加正向电压一定导通，加反向电压一定截止。（ ）2、理想二极管正向电压为0，正向电阻为0；反向电流为0，反向电阻。（ ）3、二极管击穿后一定损坏。（ ）4、二极管的正向电阻比反向电阻大。三、如下图所示，电源电压U=6V，电阻阻值为R=25，二极管为硅材料制作，试求：（1） 二极管两端的电压（2） 电路中的电

12、流第六课时课题：半导体二极管课时：1课时知识目标：1、电压和电位的区别2、根据电路图计算各点电位3、根据电位确定二极管的状态重点提示：电压等于这两点之间的电位差七、 电位定义：电路中某点相对于参考点间的电压。参考点选择：原则上是任意的对于单电源，一般选择电源的负极对于多个电源，一般选择电源的公共部分电路中只有一个参考点例题1：计算下图中的电位和电阻上的电压。例题2、计算下图中的电位、A、B两点、B、C 两点间的电压。（设二极管为硅材料）结论：电位是相对的，它的大小与参考点的选择有关； 电压是绝对的，它的大小与参考点的选择无关。八、 电压由上例得出结论：所谓电压就是某两点之间的电位差，用公式表示

13、为：计算下图中二极管两端的电压，并确定二极管的状态。课后练习1-51-5、判断下图中各二极管是导通还是截止？试求出AO两点间的电压(设二极管正向电阻为0，反向电阻为，即二极管为理想二极管)分析思路：先假设所有二极管截止确定二极管正极和负极的电位计算二极管两端的电压a、若V0，二极管导通；V 0，二极管VD承受正向电压而导通，电流流通路径为：AVDCB,= ，=0;（2）时， 0，二极管承受正向电压而导通，电流流通路径为：ACO,= ， =0;0，二极管承受正向电压而导通，电流流通路径为：BCO,= ， =0; 0，二极管、承受正向电压而 导通， =0,电流流通路径为： ACDB ;二极管、承受

14、反向电压而截止，=-,输出电压=。（2）时， 0且正向增大，,二极管VD承受正向电压而导通，电流路径分两路：电流给负载供电电流通过AVDCB给电容C充电，并且充电时间=C很短，几乎为0，=（2）当t=时，=（3）当t时，正向减小，时，,二极管VD承受正向电压而导通，又重复以上过程。3、计算公式（1）负载上：输出平均电压：有负载：= 空载：=1.4输出平均电流：有负载：= 空载：=0(2)二极管VD上：平均电流：=最高反向电压：=2 (3)选择二极管VD应满足：最大整流电流： 最高反向电压：2（4） 选择电容应满足：耐压2 电容C(5)或C(5) 注意：T表示正弦交流电的周期，单位秒（s） F表

15、示正弦交流电的频率，单位赫兹（Hz） C电容，单位法拉（F） 练习：单相半波整流电容滤波电路中，已知变压器二次电压为20V，负载为12K，试求： （1）负载电压及电流（2）流过二极管的电流及二极管承受的最高反向工作电压（3）选择二极管（4）选择滤波电容板书设计：滤波电路：滤除脉动直流电中的交流成分，保留直流成分的电路常用的滤波电路有：电容滤波电路、电感滤波电路和复式滤波电路一、 电容滤波电路（一）单相半波整流电容滤波电路1、电路原理图（略）2、工作原理及波形图（1）0，二极管导通，给负载供电，同时给电容C充电，充电时间很短。（2）当t=时，=。（3） 当t时，二极管截止，电容C对负载放电，并且

16、放电时间很长。（4）当t=时，=（5）当t时，二极管又导通，重复以上过程。3、计算公式（1）负载上：有负载：=，= 空载：=1.4，=0 (2)二极管VD上： = 2(3)选择二极管VD应满足： 2（4）选择电容应满足：耐压2 电容C(5)或C(5) 注意：T表示正弦交流电的周期，单位秒（s） f表示正弦交流电的频率，单位赫兹（Hz） C电容，单位法拉（F） 第13课时课题：半导体二极管课时：1课时知识目标：1、单相桥式整流电容滤波电路电路图及工作原理2、负载上电压、电流的计算，二极管中电流及最高反向工作电压的计算，选择二极管 3、单相桥式整流电容滤波电路的特点重点提示：各种计算公式教学过程：

17、六、单相桥式整流电容滤波电路1、电路图2、工作原理（1）0时， 0且正向增大，VD1正向导通，,VD3正向导通，电流路径：AVD1C电容C充电，并且充电时间=很短，几乎为0，=给负载供电DVD3B,当t=时，=(2) 当t时，正向减小，VD1反向截止，时，二极管VD2、VD4承受正向电压而导通，电流路径：BVD2C电容C充电，并且充电时间=很短，几乎为0，=-给负载供电DVD4A,当t=时，=(4)当t时，反向减小，时， , VD1、VD3正向导通，又重复以上过程。3、计算公式（1）负载上：输出平均电压：有负载：=1.2 空载：=1.4输出平均电流：有负载：= 空载：=0(2)二极管VD上：平

18、均电流：=最高反向电压：= (3)选择二极管VD应满足：最大整流电流： 最高反向电压：（4）选择电容应满足：耐压 电容C(5)或C(5) 注意：T表示正弦交流电的周期，单位秒（s） F表示正弦交流电的频率，单位赫兹（Hz） C电容，单位法拉（F） 练习：单相桥式整流电容滤波电路中，已知变压器二次电压为15V，负载为10K，试求： （1）负载电压及电流（2）流过二极管的电流及二极管承受的最高反向工作电压（3）选择二极管（4）选择滤波电容第14课时课题：二极管整流电路公式总结课时：1课时教学过程：七、公式总结二极管VD选择二极管VD电容器平均电压平均电流平均电流最高反向电压最高反向电压最大整流电流

19、耐压电容半波0.45=全波0.9=22桥式0.9=半波+滤波接=22 2C(5)或C(5)空载1.4=0桥式+滤波接1.2=空载1.4=0第15课时课题：复式滤波电路课时：1课时知识目标：掌握三种复式滤波电路的优缺点教学过程：九、 复式滤波电路1、 型RC滤波电路C1的作用和上面的滤波作用相同，R和C2起进一步平滑作用，只要C2足够大，其交流阻抗1/（C）很小，对交流成分起旁路作用，于是在负载上的交流电压进一步减小。C2越大，效果越好。缺点：电阻R上的直流压降使输出直流电压降低。2、 型LC滤波电路L电感量很大，直流电阻很小，而其交流阻抗L一般很大，所以加在上的交流成分很小。所以比型RC滤波电

20、路滤波效果好。3、 型LC滤波电路这种电路相当于在型LC滤波电路的基础上加了一个滤波电容，所以滤波效果最好。 缺点是：线圈体积大，笨重、成本高，在晶体管电路中使用不多。第16课时课题：其他二极管课时：1课时知识目标：1、发光二极管的结构、符号、功能及正负极标志，工作电压2、光电二极管的结构和符号，工作电压 重点提示：发光、光电二极管的工作电压特点教学过程：第二节 其他二极管及应用电路一、 发光二极管（LED）1、 结构与符号2、功能：将电信号转换成光信号 3.特性LED的正向伏安特性和普通二极管相似，但LED的正向工作电压（开启电压）比普通二极管高，约1.2V2.5V；反向击穿电压比普通二极管的低，约5V左右。4、 主要参数（见书）5、