电子技术基础教案文档格式.docx

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PN结的单向导电特性。

教学难点

教学方法

讲解法、观察法、讲授法、分组讨论法

教学资源准备

基本教学用具

教学情境创设

更新、补充、删节的内容

教学环节

教学内容（知识或技能点）

教师活动

学生活动

信息技术

复习提问

引入新课

讲授新课

课堂小结

一、半导体及其特点

自然界的物质按其导电能力可分为导体、绝缘体和半导体三大类，半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。

半导体器件具有重量轻、体积小、耗电少、寿命长、工作可靠等突出优点，在电子技术中得到了广泛的应用。

半导体的常用材料为锗、硅等，因其材料的敏感性，半导体的导电能力受外界条件的影响较大，具体特点如下：

1．半导体的导电性能与温度有关。

2．半导体的导电性能与光照有关。

3．在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。

二、本征半导体

纯净的半导体称为本征半导体。

常用的半导体材料硅（Si）和锗（Ge）均为4价元素，最外层有4个电子。

其晶体结构中，相邻两个原子的一对最外层电子（价电子）成为共用电子，形成共价键结构，如图1.1.1所示。

在共价键结构中，价电子如果由于热运动（热激发）获得足够的能量，就会挣脱共价键的束缚变成为自由电子。

与此同时，在共价键中留下一个空位置，称为空穴，半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象称为本征激发，如图1.1.2所示。

三、杂质半导体

1．N型半导体

若在四价硅（或锗）晶体中掺入少量的五价元素磷（P），五价的磷原子在晶体中占据了原来硅原子的一个位置，如图1.1.3所示。

在这种半导体中，自由电子是多数载流子，而空穴是少数载流子。

2．P型半导体

若在硅（或锗）晶体中掺入三价元素硼（B），由于每个硼原子只有三个价电子，因而在构成共价键结构时，将因缺少一个价电子而形成一个空穴，如图1.1.4所示，这种半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。

四、PN结

1．PN结的形成

一块半导体晶片两边经不同掺杂后分别形成P型和N型半导体，如图1.1.5（a）所示，由于P区空穴浓度大，而N区空穴浓度小，这样由于浓度差

产生了扩散运动，因此空穴要从P区向N区扩散，N区的自由电子要向P区扩散。

这样，在P型半导体和N型半导体交界面的两侧就形成了一个空间电荷区，这个空间电荷区就是PN结。

如图1.1.5（b）所示。

正负空间电荷在交界面形成一个内电场，它推动两个区域内的少数载流子越过空间电荷区，进人另一区域，如图1.1.6所示。

这种少数载流子在内电场作用下的有规则运动称为漂移运动。

2．PN结的单向导电性

（1）PN结加正向电压

所谓PN结加正向电压，是指外电源的正极接PN结的P区，外电源的负极接PN结的N区，如图1.1.7（a）所示。

由图可知，外电场将削弱内电场的作用，从而使得多数载流子的扩散运动得到加强，形成较大的正向电流。

（2）PN结加反向电压

PN结加反向电压，即外电源的正端接N区，负端接P区，如图1.1.7（b）所示。

此时内电场增强，多数载流子的扩散运动减弱，少数载流子的漂移运动加强，在电路中形成了反向电流。

但由于少数载流子的数量很少，因此反向电流不大。

组织教学，创设情境引入新课。

分析讲解，运用引导启发式教学模式，激发学生思考。

分析讲解，引导学生总结。

分析讲解

引导学生思考，并总结。

教师和学生一起总结本节课的知识点，巩固本节课所学知识。

思考分析、回答提问，复习旧知识。

认真听讲，分析思考，讨论

认真听讲

思考、小组讨论

总结梳理本节课知识点。

课外作业

P26一判断题

板书设计

1．N型半导体

若在四价硅（或锗）晶体中掺入少量的五价元素磷（P），五价的磷原子在晶体中占据了原来硅原子的一个位置。

若在硅（或锗）晶体中掺入三价元素硼（B），由于每个硼原子只有三个价电子，因而在构成共价键结构时，将因缺少一个价电子而形成一个空穴，这种半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。

PN结加反向电压，即外电源的正端接N区，负端接P区，如图1.1.7（b）所示。

教学反思

年月日

实际上课时间

班第周（月日,星期）第节课

知识点二半导体二极管、稳压二极管、发光二极管

掌握二极管的符号、伏安特性及稳压二极管工作特性。

会分析二极管应用电路。

学会二极管型号的识别和极性的外观识别。

学会使用万用表测试二极管的极性和二极管的好坏。

伏安特性

万用表测试二极管的极性和二极管的好坏

无

一、二极管的结构、符号和类型

1．二极管的结构

半导体二极管是由一个PN结加上电极和外引线，再用外壳封装而成的。

从P区引出的电极为二极管阳极（正极）；

从N区引出的电极为二极管的阴极（负极）,如下图（a）所示。

2．二极管的符号

二极管在电路中的符号如图（b）所示，图中箭头方向为二极管单向导电时的电流方向。

二、二极管的伏安特性

半导体二极管本质上是一个PN结，因此，它具有单向导电性，这一单向导电性可用伏安特性表达出来。

图1.1.9为二极管的伏安特性曲线。

通常硅管的死区电压约为0.5V，锗管约为0.1V。

二极管一旦导通后，它两端的电压近似为一常数。

对硅管，此值约为0.6—0.7V；

对锗管，约为0.2—0.3V。

在反向特性区，由于少数载流子的漂移运动，形成很小的反向饱和电流IS。

当反向电压增加到某一值U（BR）时，反向电流将突然增大，二极管的单向导电性被破坏，这种现象称为击穿。

三、二极管的主要参数

1．最大整流电流IFM

2．最大反向工作电压URM

3．反向电流IR

四、二极管的应用举例

例1.1.1二极管的整流作用。

例1.1.2二极管的钳位与隔离作用。

五、稳压二极管

稳压二极管也称为齐纳二极管，是一种特殊的面接触型半导体二极管，它的外形与普通二极管相似。

因其工作在反向击穿区，在电路中能起稳定电压的作用，故称为稳压管。

六、发光二极管

发光二极管是一种将电信号转换成光信号的发光半导体器件，简写为LED。

当外加正向电压时，PN结两边的多子扩散到对方，并与对方的多子复合。

电子和空穴复合时会释放出能量，产生出光子，使二极管发出一定颜色的光。

七二极管的检测

1．二极管器件型号的识别

半导体器件型号主要由五部分组成，第一部分表示电极数，第二部分表示材料和极性，第三部分表示类别，第四部分表示序号，第五部分表示规格号，附录给出半导体分立器件的型号，可供参考。

2.极性的外观识别

普通二极管外壳上一般标有极性，如用箭头、色点、色环或管脚长短等形式做标记。

箭头所指方向或靠近色环的一端为阴极，有色点或长管脚为阳极。

若标识不清时，可用万用表进行判别。

3.用万用表测试二极管的极性

半导体二极管内部实质上是一个PN结，当外加正向电压时，二极管导通，呈现低电阻；

当外加反向电压时，二极管截止，呈现高电阻。

对此，可采用万用表的电阻挡判别二极管的极性及其质量的好坏。

图1.1.15为采用普通指针式万用表的面板示意图及其“Ω”挡简化等效电路。

4.判断二极管的好坏

①两表笔正反向测量表针均不动，二极管开路。

②两表笔正反向测量阻值均很小或为0Ω，二极管短路。

③正向测量表针指示10kΩ左右，反向测量表针指示值变较小，二极管反向漏电流大，不宜使用。

P26填充1,6，选择8,9分析计算15

2．二极管的符号

例1.1.2二极管的钳位与隔离作用

学校的器材实在是太少

任务二直流稳压电源的设计与制作知识点一单相整流电路

认识单相半波、全波及单相桥式整流电路，会计算整流电路参数：

输出电压、负载电流、二极管平均电流、二极管最大反向电压，并正确选用整流二极管。

单相半波、全波及单相桥式整流电路的工作原理

一、直流稳压电源的组成

图1.2.1所示为一般小功率直流电源的组成示意图。

把交流电源变换为所需直流稳压电源一般需经过变压、整流、滤波和稳压四个步骤。

二、单相整流电路

所谓整流，是利用二极管的单向导电特性，将交流电变换为具有单向脉动的直流电。

在小功率直流电源中，经常采用单相半波、单向全波和单相桥式整流电路。

1.单相半波整流电路

（1）电路组成

单相半波整流电路由变压器B、整流二极管VD及负载电阻RL组成。

变压器B将电网提供的正弦交流电压u1变成整流电路所需要的二次电压u2。

图1.2.2所示为单相半波整流电路。

（2）工作原理

在u2正半波时，图中a点为“+”，b点为“－”，即二极管VD处于正向偏置而导通，负载RL中流过电流io，在RL上产生压降uo，其极性为上“+”下“－”。

若忽略二极管的管压降，负载电压uo即为变压器二次侧u2。

在u2负半波时，图中a点为“－”，b点为“+”，此时二极管VD反向偏置，处于截止状态，二极管电流和负载电流均为零。

此时，二极管两端承受一个反向电压，其值为：

Uvd=U2=U2sinωt

图1.2.3画出了单项半波整流电路中电压、电流的波形。

由此可知，这种电路是利用二极管的单向导电性，仅在电源电压的半个周期（正半周）有电流通过负载，故称为半波整流电路。

（3）输出的直流电压和电流的估算

由图1.2.3所示电路输出电压的波形可知，输出电压在一个周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。

这时负载上的平均电压为：

流过负载的直流电流为：

（4）选择二极管

在整流电路中，流过二极管的电流Id就是负载电流I0，即Id＝I0

二极管截止时承受的最高反向电压就是变压器二次侧交流电压u2的最大值U2，即UVDM=U2

例1.2.1有一单相半波整流电路如图1.2.2所示。

已知负载电阻RL=750Ω，变压器二次侧电压U2=20V，试求UO、IO，并选择二极管。

2．单相全波整流电路

（1）电路组成全波整流电路原理图

单相全波整流电路如图1.2.4所示，两个二极管性能相同，VD1的阳极连接A点，VD2的阳极连接B点，电源变压器的作用是产生大小相等而相位相反的u2a和u2b。

设u2为正半周时，图中A端为正，B端为负，二极管V1导通，V2截止，电流iD1自A端经二极管VD1自上而下流过RL到变压器中心抽头；

当u2为负半周时，B端为正、A端为负，二极管V2导通，V1截止，电流iD2自B端经二极管VD2，也自上而下流过负载RL到变压器中心抽头，iD1和iD2叠加形成全波脉动直流电流io，在RL两端产生全波脉动直流电压uo。

可见，在u2整个周期内，流过二极管的电流iD1和iD2叠加形成全波脉动直流电流io，于是RL两端产生全波脉动直流电压uo。

故电路称为全波整流电路。

（3）输出的直流电压和电流的估算图1.2.4

由图1.2.4所示电路输出电压的波形可知，输出电压在一个周期内，正负半周均导电，在负载上得到的是整个正弦波。

3.单相桥式整流电路

图1.2.5（a）所示为单相桥式整流电路，图1.2.5（b）是另一种画法。

电路中采用了4个二极管，互相接成桥式。

（2）工作原理桥式整流

当u2为正半周时，图中a点为“+”、b点为“－”，二极管VD1、VD3承受正向电压，导通。

负载中有电流i。

流过，在负载RL上得到的输出电压u。

的极性为上正下负。

此时二极管VD2、VD4因承受反向电压而截止。

当u2为负半周时，图中a点为“－”，b点为“+”，二极管VD2、VD4承受正向电压，导通。

负截RL中流过电流i。

，其大小和方向与正半周时相同，因而在RL两端产生的电压极性u。

与正半周时相同。

图1.2.6画出桥式整流电路中电压波形。

将图1.2.6中的u。

波形与图1.2.4比较，可知桥式整流电路负载上得到的输出电压与全波整流电路相同，即Uo=0.9U2

（4）整流二极管的选择

由上述分析可知，在整流过程中，4个二极管是两两轮流导通，故流过每个二极管的电流平均值是I。

的，即：

二极管截止时所承受的最高反向电压与单相半波整流电路相同，即

UVDM=U2

二极管的选择原则也和单相半波整流电路相同。

例1.2.2在图1.2.5单相桥式整流电路中，已知负载电阻RL=82Ω，要求输出的直流电压为110V。

选择整流二极管的型号。

P26页2.5.12.16

（1）电路组成

知识点二滤波电路知识点三稳压电路

叙述电容滤波的特点

叙述硅稳压管稳压电路及稳压原理

电容滤波的特点

根据所需稳压电源的要求选用集成三端稳压器并正确连接

一、电容滤波电路

图1.2.7（a）所示为单相桥式整流电容滤波电路。

经过滤波后，输出电压u。

的脉动程度大大降低。

电容滤波的效果与电路的放电时间常数τ＝RC的大小有关，放电时间常数τ越大，放电越缓慢，负载上的电压越平滑，输出电压的平均值也可得到提高。

为了获得较好的效果，一般可按下式选取滤波电容：

RC≥（3-5）T/2图1.2.7电容滤波电路

通常选取RC＝2T时，可得到电容滤波后输出电压平均值为UO=1.2U2

例1.2.3在桥式整流电容滤波电路中，若负载电阻RL为240Ω，输出直流电压为24V，交流电源的频率为50HZ。

试选择整流二极管及滤波电容器。

二、稳压管稳压电路

稳压管工作在反向击穿区时，电流在相当大范围内变化，而两端的电压基本不变，利用这一特性可在电路中起到稳定电压的作用。

图1.2.8是稳压管组成的简单稳压电路。

稳压管VS与负载电阻RL并联，电阻R起限流作用。

图1.2.8稳压管稳压电路

例1.2.4在图1.2.9所示电路中，已知稳压管VS1的稳定电压为8V；

VS2的稳定电压为7.5V，它们的正向导通电压为0.7V，请分析稳压管的不同接法时的电路的输出电压。

二、集成稳压电路简介

1．三端固定输出集成稳压器

所谓三端式是指稳压电路仅有输入、输出、接地三个接线端子。

这类稳压器常用的有7800系列，输出电压为正极性，称正稳压器；

7900系列，输出电压为负极性，称负稳压器。

输出电压分为七等级：

5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V；

输出电流分为五个等级：

L（0.1A）、M（0.5A）、1.5A、T（3A）、H（5A）。

三端固定输出集成稳压器的型号意义如下：

例如，78M05稳压器：

输出电压为5V、输出电流为0.5A；

7912稳压器：

输出电流为－12V，输出电流为1.5A。

2．三端可变输出集成稳压器

与输出电压固定的三端稳压器不同，可变输出集成稳压器可以扩大输出电压的调节范围，这里以LM317为例进行说明。

LM317的方框图如图1.2.12所示，它有三个引出端，分别为输入端、输出端和调整端。

3．典型应用电路

（1）输出固定电压的稳压电路

如图1.2.14所示直流稳压电路在小功率稳压电源中广泛使用。

电路中稳压电源采用W7815型号，即输出电压15V，输出电流为1.5A，电容C2和C3用来进行频率补偿，以防止自激振荡。

例1.2.5要求稳压器输出电压为12V，输出电流为1.5A，请选用稳压器的型号，将稳压器接入电路，并给出稳压器输入的电压值。

2）输出电压可调的稳压电路

例1.2.6图1.2.16分别为三端集成稳压器组成的输出可调的稳压电路，已知稳压器电流IW＝5mA，R=5Ω。

写出图（a）中输出电流IO的表达式，并求出其电流值。

写出图（b）中输出电压UO的表达式，并求出当R1＝5Ω时UO的值。