电子技术第一章.docx

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电子技术第一章

汉源县职业高级中学电子技术

教案

教学单元序号：

课题第一节PN结与二极管课型新授课

授课日期授课时数12课时

授课地点

教学目标1．了解半导体的基本知识：

本征半导体、掺杂半导体；

2、掌握PN结的基本特性。

3．理解半导体二极管的伏安特性。

重点1．PN结的基本特性。

2．半导体二极管的伏安特性和主要参数。

难点：

1．PN结的单向导电特性。

教学设计

概述通过图形讲解PN结的单向导电性

板书设计第一章半导体二极管及整流电路

第一节PN结与二极管

一、PN结及其单向导电性

二、晶体二极管的单向导电特性

三、二极管的伏安特性

教学过程

第一节PN结与二极管

引言：

电子技术基础的基本任务可称之为信号的产生、信号的传输、信号的处理，对电子器件、电子电路、电子系统的性能的研究。

按照功能和构成原理的不同，电子电路可分为模拟电路和数字电路两大类。

本书着重讨论模拟电路和数字电路的基本概念、基本原理、基本分析方法及基本应用。

模拟信号：

模拟信号的特点是：

在时间上和幅值上均是连续的，在一定动态范围内可能取任意值。

从宏观上看，我们周围的世界大多数物理量都是时间连续、数值连续的变量。

处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。

数字信号：

数字信号的特点是：

在时间上和幅值上均是断续的。

处理数字信号的电子电路称为数字电路。

一、复习

1、导电与物质带电的区别

导电：

指物体本身没有（即核电荷数与核外电子数相等，但化学性质不稳定）而附带有外界的正电荷或负电荷。

带电：

导电是物体的一种性质，一种能力和作用，它的体内有很多的自由电子可以自由运动，在通电的情况下，所有的自由电子都沿着一个方向运动，能够形成电流的，这就是物体具有导电性。

带电是指物体本身有多余的正电荷或负电荷，对外呈电性；导电则是指物体对外呈中性，但本身内部有自由电子，能在电场的作用下，内部的自由电子形成定向移动，从而导电。

通俗一点讲，带电只是物体上带有电荷而导电则是物体本身可以通过电荷。

2、导体：

容易导电的物质称导体，如：

金属、电解质。

3、绝缘体：

不易导电的物质称绝缘体，如：

塑料、橡胶、陶瓷。

4、半导体：

导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，主要是指：

锗（Ge）和硅（Si）两种元素的晶体。

二、半导体的结构特点

现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。

硅是第14号元素，核内有14个带正电的质子，核外有14个带负电的电子，锗是第32号元素，核内有32个带正电的质子，核外有32个带负电的电子。

（核外电子排布规律：

2N2）

从硅和锗的原子结构示意图可知：

其最外层电子都是4个，既不易得电子，也不易失电子，而只与相邻的原子共用最外层的4个电子形成稳定的8电子结构，这种由纯净的半导体以共价键形式结合而成的晶体称本征半导体。

本征激发：

本征半导体中的价电子在受热或者光照的情况下获得能量从共价键中脱离出来成为自由电子的过程。

本征激发过程产生电子空穴对两种载流子：

①自由电子②空穴

在外加电场的作用下，使自由电子逆着电场的方向运动，从而形成电流；在外加电场的作用下，使空穴顺着电场的方向运动，从而也形成电流（实际为价电子的填补运动所致）

三、杂质半导体

为了提高半导体的导电性能，在本征半导体（4价）中掺入硼或磷等杂质所形成的半导体。

（在电场的作用下定向移动的自由电子和空穴，统称载流子）。

1、P型半导体：

本征硅（或锗）中掺入少量硼元素（3价）所形成的半导体，如P型硅。

其中，多数载流子为空穴，少数载流子为电子。

2、N型半导体：

本征硅（或锗）中掺入少量磷元素（5价）所形成的半导体，如N型硅。

其中，多数载流子为电子，少数载流子为空穴。

不管是P型还是N型半导体，因总电子数和总质子数相等，因此对外部显中性。

四、PN结的形成

P型区到N型区的过渡带两边的自由电子和空穴浓度相差很大，在浓度差下形成扩散运动，P区的空穴（多子）向N区扩散，N区的自由电子（多子）向P区扩散（漂移）;由于扩散使N型半导体一侧的自由电子移向P型半导体一侧的空穴，这样就使N型半导体交界面处因失去电子而带正电，而P型半导体交界面处因得到电子而带负电。

因此，在它们的交界面处就形成了由N型半导体指向P型半导体的内建电场。

这种内建电场形成之后会阻止N型半导体的电子继续向P型半导体移动，好像一个很薄的阻挡层，称为PN结。

五、PN结的结电容

由于PN结两边存储了正负电荷，相当于电容两极板存储正负电荷，故PN结可看作是一个电容，称为PN结的结电容。

六、PN结的单向导电性

由于PN结内建电场的存在，将阻止电子继续从N区漂移到P区，要使漂移继续进行而形成电流，必须设法使PN结变薄，减弱内建电场。

1、外加正向电压——称正偏

在PN结的P区加电源正极，N区加电源负极，使外电场与内建电场方向相反，使内建电场减弱，PN结变薄，电子继续漂移形成电流。

电子从N区移向P区，这是电子的移动方向，而电流的方向则是从P区流向N区。

PN结变薄后，电子容易通过而形成电流，所以PN结正偏导通时电阻很小。

2、外加反向电压——称反偏

在PN结的N区加电源正极，P区加电源负极，使外电场与内建电场方向相同，加强了内建电场，PN结变厚，电子更加不易通过PN结形成电流。

相当于PN结不通，此时PN结的反偏电阻很大。

正向偏置反向偏置

七、PN结的反向击穿特性

当反向电压很大超过一定的限度，会使原来形成PN结的电子重新被吸引到N区，PN结结构被破环，内建电场不复存在。

此时，导通电阻很小，导通电流急剧增大，这种现象叫做PN结的反向击穿。

若反向电压不超过最大允许值时，反向电压撤除PN结仍能恢复单向导电性。

弱反向电压电流增大到超过的允许值，会使PN结烧坏而不能恢复。

作业：

教学反思：

汉源县职业高级中学电子技术

教案

教学单元序号：

课题第二节半导体二极管课型新授课

授课日期授课时数2课时

授课地点

教学目标1．理解半导体二极管的主要参数。

2．了解几种常用的二极管：

硅稳压二极管、变容二极管、发光二极管、光电二极管等。

重点1．二极管的应用。

2．半导体二极管的主要参数。

难点：

1．二极管的应用。

教学设计

概述通过举例说明二极管的应用

一、二极管的结构与电路符号

1、二极管的外形及符号

（1）外形

如图（a）所示，晶体二极管由密封的管体和两条正、负电极引线所组成。

（实际上是由一个PN结在其P区和N区上分别接上电极就构成二极管）管体外壳的标记通常表示正极。

（2）图形、文字符号

如图（b）所示，晶体二极管的图形由三角形和竖杠所组成。

其中，三角形表示正极，竖杠表示负极。

V为晶体二极管的文字符号。

2．晶体二极管的单向导电性

动画晶体二极管的单向导电性

（1）正极电位＞负极电位，二极管导通；

（2）正极电位＜负极电位，二极管截止。

即二极管正偏导通，反偏截止。

这一导电特性称为二极管的单向导电性。

[例1.1.1]图1.1.4所示电路中，当开关S闭合后，

H1、H2两个指示灯，哪一个可能发光？

解由电路图可知，开关S闭合后，只有二极管

V1正极电位高于负极电位，即处于正向导通状态，

所以H1指示灯发光。

二、二极管的伏安特性

动画二极管的伏安特性

1．定义

二极管两端的电压和流过的电流之间的关系曲线叫作二极管的伏安特性。

2．伏安特性曲线：

如图所示。

（1）正向特性

①正向特性的O—A段，电压VF小于门坎电压

时，外加正向偏压形成的外电场不足以克服内建电场，多数载流子不能顺利由N区到P区，此时正向电流极小，这个区域称死区。

此时，二极管V截止，正向电流IF=0。

②正向特性的A—B段，正向电压大于死区电压随着外加电压的增加，外电场削弱了内建电场的阻碍作用，使正向电流迅速增大，特性曲线近似直线。

VF>VT时，V导通，IF急剧增大。

导通后V两端电压基本恒定：

结论：

正偏时电阻小，具有非线性。

（2）反向特性

①在反向特性曲线的O—C段因外加电场加强了内建电场，使多数载流子（自由电子）无法从N区漂移到P区，而只有少数载流子（空穴）由N区扩散到P区，形成极小的反向电流，成为反向饱和电流。

反向电压VR

②在反向特性曲线的C—D段，VR>VRM时，IR剧增，曲线近似于陡峭直线，此现象称为反向电击穿。

对应的电压VRM称为反向击穿电压。

结论：

反偏电阻大，存在电击穿现象-

三、半导体二极管的主要参数

1、最大整流电流IFM：

二极管允许通过的最大正向工作电流平均值。

2、最高反向工作电压VRM：

二极管允许承受的反向工作电压峰值。

规定最高反向工作电压不超过反向工作电压的1/3~1/2，一般取1/2。

3、反向漏电流IS：

规定的反向电压和环境温度下，二极管反向电流值。

值越小，管子的单向导电性越好。

4．最高工作频率fM：

保证管子正常工作的最高频率。

四、半导体二极管的命名及分类

1．半导体二极管的命名方法

2．半导体二极管的分类

五、二极管的判别及使用注意

1．二极管的判别（用万用表进行检测）

（1）二极管正、负极性及好坏的判断

（2）二极管好坏的判别

（3）硅二极管和锗二极管的判断

（4）普通二极管和稳压管的判别

2．二极管使用注意事项

六、几种常用的特殊二极管

1、稳压二极管的工作特性

（1）稳压管工作在反向击穿状态。

（2）当工作电流

满足

条件时，稳压管两端电压

几乎不变。

2、稳压管的主要参数

（1）稳定电压

——稳压管在规定电流下的反向击穿电压。

（2）稳定电流IZ——稳压管在稳定电压下的工作电流。

（3）最大稳定电流IZmax——稳压管允许长期通过的最大反向电流。

（4）动态电阻rZ——稳压管两端电压变化量与电流变化量的比值，即rZ=VZ/IZ。

此值越小，管子稳压性能越好。

2.、发光二极管：

发光二极管与普通二极管一样由PN结构成，具有单向导电性。

所不同的是，当发光二极管加上正向电压时能发出一定波长的光。

4、光电二极管：

光电二极管工作在反向偏置状态。

当PN结上加反向电压，再用光照射PN结时，能形成反向光电流，光电流的大小与光照射强度成正比。

5变容二极管

课堂练习-补充-

小结-本次课主要学习了PN结的单向导电性及二极管的伏安特性。

-

作业：

课后反思：

汉源县职业高级中学电子技术

教案

教学单元序号：

课题第三节整流电路课型新授课

授课日期授课时数2课时

授课地点

教学目标1、理解半波整流的工作原理2、理解桥式整流电路的工作原理及简单计算

重点：

1、半波整流的工作原理2、桥式整流电路的工作原理及简单计算

难点：

桥式整流电路的工作原理

教学设计

复习旧知

1、二极管的单向导电特性。

当二极管加正向电压时，二极管导通，其正向电阻很小；当加反向电压时，只要不引起反向击穿，二极管截止，呈现很大的电阻。

所以，二极管相当于一个开关。

2、交流电：

方向和大小都随时间变化的电压或电流信号

直流电：

方向和大小都不随时间变化而变化的电压或电流信号

脉动直流电：

方向不变，大小有所变化的电压或电流信号

新课讲授

一、单相半波整流电路

整流：

把交流电变成直流电的过程。

二极管单相整流电路：

把单相交流电变成脉动直流电的电路。

整流原理：

利用二极管的单向导电特性，将交流电变成脉动的直流电。

常见的整流电路：

半波整流、桥式整流。

（一）单相半波整流电路

1．电路

V：

整流二极管，把交流电变成脉动直流电；

T：

电源变压器，把v1变成整流电路所需的电压v2。

2．工作原理

工作原理示意图如图所示。

（1）当

为正半周时，二极管VD加正向电压，处于导通状态，

上产生正半周电压

，如图（b）所示。

（2）当

为负半周时，二极管VD加反向电压，处于截止状态，

上无电流流过，如图（c）所示。

各波形之间的对应关系如图（d）所示。

由波形可见，v2一周期内，负载只有单方向的半个波形，这种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动直流电。

上述过程说明，利用二极管单向导电性可把交流电v2变成脉动直流电vL。

由于电路仅利用v2的半个波形，故称为半波整流电路。

3．负载和整流二极管上的电压和电流

（1）负载电压

VL=0.45V2

（2）负载电流

（3）二极管正向电流和负载电流

（4）二极管反向峰值电压

选管条件：

（1）二极管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰值电压；

（2）二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管的实际工作电流。

电路缺点：

电路简单，适用于小电流及要求不高的场合，电源利用率低，纹波成分大。

（二）单相桥式整流电路

单相桥式整流电路

1．工作原理

具有电阻负载的桥式整流电路如图所示。

桥式整流工作示意图如图所示。

（1）当

为正半周时，如图（b）所示，

和

导通，

和

截止，

上产生压降

。

（2）当

为负半周时，如图（c）所示，

和

导通，

和

截止，

上产生压降

。

桥式整流电路波形如图所示。

2．负载与整流二极管的电压和电流

（1）负载所获得的直流电压平均值：

=20.45

=0.9

。

（2）负载平均电流：

（3）每只二极管通过的平均电流：

（4）每只二极管承受的反向电压：

。

优点：

输出电压高，纹波小，VRM较低，应用广泛。

桥式整流电路简化画法如图9.2.6所示。

[例]有一直流负载，需要直流电压VL=60V，直流电流IL=4A。

若采用桥式整流电路，求电源变压器次级电压V2，并选择整流二极管。

解因为

所以

流过二极管的平均电流

二极管承受的反向峰值电压

查晶体管手册，可选用整流电流为3A，额定反向工作电压为100V的整流二极管2CZ12A（3A/100V）四只。

课堂练习

补充

小结本次课主要学习了晶闸管的导通条件及半波整流的工作原理

作业

课后反思

汉源县职业高级中学电子技术

教案

教学单元序号：

课题第四节滤波电路课型新授课

授课日期授课时数2课时

授课地点

教学目标理解各种滤波器的工作原理

重点：

电容滤波器的工作原理

难点：

电容滤波器的工作原理

教学设计

概述通过实例电路的讲解帮助学生理解电容滤波器的工作原理

复习旧知1、半波整流和桥式整流电路输出波形有何特点？

2、脉动直流含有的交流成分需滤除。

新课讲授

滤波电路

图9.2.8电容滤波电路

作用：

滤除脉动直流电中脉动成分。

滤波原理：

利用L、C的电抗特性及存储原理（L通直隔交，XL=2πfl；C通交隔直，XC=1\2πfC）

种类：

电容滤波器、电感滤波器、复式滤波器

一、电容滤波器

1．电路

特点：

电容器与负载并联。

2．工作原理

利用电容器两端电压不能突变原理平滑输出电压。

图9.2.9电容滤波输出波形

在0~t1期间，因v2的作用，V正偏导通，电容C充电，波形如图9.2.8（b）中OA所示；

在t1~t2期间，因v2

在t2~t3期间，因vC>v2，V正偏导通，电容再次充电，波形如图9.2.8（b）中BC。

图9.2.10带电感滤波器

的全波整流电路

重复上述过程，可得近于平滑波形。

这说明，通过电容的充放电，输出直流电压中的脉动成分大为减小。

全波整流电容滤波输出波形如图9.2.9所示。

工作原理与半波整流电路相同，不同点是：

v2正、负半周内，V1、V2轮流导通，对电容C充电两次，缩短了电容C向负载的放电时间，从而使输出电压更加平滑。

输出电压的估算公式为

VL1.2V2

应用：

小功率电源。

二、电感滤波器

1．电路

电感滤波器如图9.2.10所示。

特点：

电感与负载串联。

2．工作原理

利用流过电感电流不能突变原理平滑输出电流。

当电路电流增加时，电感存储能量；当电流减小时，电感释放能量。

使负载电流比较平滑，从而得到比较平滑的直流电压。

应用：

较大功率电源。

缺点：

体积大、重量大。

（三）、复式滤波器

结构特点：

电容与负载并联，电感与负载串联。

性能特点：

滤波效果好。

1．L型滤波器

（1）电路如图9.2.11所示。

（2）原理：

整流输出的脉动直流经过电感L，交流成分被削弱，再经过电容C滤波，就可在负载上获得更加平滑的直流电压。

（3）应用：

较大功率电源中。

图9.2.11带L型滤波器的桥式整流电路图9.2.12型滤波器桥式整流电路

2．型滤波器

（1）电路如图9.2.12所示。

（2）原理：

整流输出的脉动直流经过电容C1滤波后，再经电感L和电容C2滤波，使脉动成分大大降低，在负载上可获得平滑的直流电压。

（3）应用：

小功率电源中

课堂练习

补充

小结与作业

小结本次课主要学习了滤波电路的工作原理

作业

课后反思