第1章 二极管及其应用
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电子技术基础与技能专业：电力专业任课教师：孟秀玲授课班级：11电力11机电第一部分模拟电子技术与技能第1章二极管及其应用〖本章主要内容〗本章重点讲述半导体器件的结构原理、伏安特性、主要参数及其物理意义，工作状态或工作区的分析。
首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点,然后介绍二极管的伏安特性、主要参数以及应用举例。
授课时间：备课时间：授课时数：2 序号：1 课题：1.1 二极管一、教学目标分析1、知识与技能（1）知道半导体的奇妙特性（2）理解杂质半导体的定义及种类（3）理解PN结的单向导电性分析2、过程与方法通过本次课的教学，教会学生分析半导体特性及分析PN结的单向导电性的能力3、情感、态度和价值观通过本次课的学习，培养学生对电子课的兴趣，从而使其能学的更好、更扎实二、教学重点1、半导体的奇妙特性2、PN结的单向导电性分析教学难点1、杂质半导体的定义及种类2、PN结的单相导电性分析三、学习者特征分析由于本班学生大部分基础较差，学习兴趣不高，针对于这种状态，学生学习本次课会困难较大，掌握重点、突破难点也会很困难，教师应做到心中有数。
四、教学策略选择与设计为了完成教学目标，本讲以教师讲授为主。
用多媒体演示半导体的奇妙特性以及PN结的单向导电性分析等，便于学生理解和掌握。
五、教学资源与工具设计用多媒体演示、同步练习六、教学组织过程1、组织教学2、导入新课：从学生的具体情况以及电子的应用引入本次课，以引起学生的兴趣3、新课内容1.1.1半导体的奇妙特性根据物体的导电能力的不同，电工材料可分为三类：导体、半导体和绝缘体。
半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料，半导体的电阻率为10-3～10-9 cm。
典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等，半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别。
一、对温度反应灵敏当温度升高，半导体的导电能力显著提高，当温度下降时，半导体的导电能力显著下降，如利用半导体的电阻率与温度的关系可制成自动控制用的热敏元件如热敏电阻。
二、对光照反应灵敏利用它的光敏特性可制成自动控制用的光敏元件，像光电池、光电管和光敏电阻等。
三、参入杂质后会改善导电性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。
往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时，会使它的导电能力具有可控性；这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。
1、本征半导体本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。
制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”，它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。
在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。
2、杂质半导体掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。
杂质半导体是半导体器件的基本材料。
在本征半导体中掺入五价元素（如磷），就形成N型（电子型）半导体；掺入三价元素（如硼、镓、铟等）就形成P型（空穴型）半导体。
杂质半导体的导电性能与其掺杂浓度和温度有关，掺杂浓度越大、温度越高，其导电能力越强。
在N型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子。
多子（自由电子）的数量＝正离子数＋少子（空穴）的数量在P型半导体中，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。
多子（空穴）的数量＝负离子数＋少子（自由电子）的数1.1.2二极管的结构与符号1、PN结的形成半导体中的载流子有两种有序运动：载流子在浓度差作用下的扩散运动和电场作用下的漂移运动。
同一块半导体单晶上形成P型和N型半导体区域，在这两个区域的交界处，当多子扩散与少子漂移达到动态平衡时，空间电荷区（亦称为耗尽层或势垒区）的宽度基本上稳定下来，PN结就形成了。
2、PN结的单向导电性当P区的电位高于N区的电位时，称为加正向电压（或称为正向偏置），此时，PN结导通，呈现低电阻，流过mA级电流，相当于开关闭合；当N区的电位高于P区的电位时，称为加反向电压（或称为反向偏置），此时，PN结截止，呈现高电阻，流过μA级电流，相当于开关断开。
PN结是半导体的基本结构单元，其基本特性是单向导电性：即当外加电压极性不同时，PN结表现出截然不同的导电性能。
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。
这正是PN结具有单向导电性的具体表现。
七、小结（1）半导体的奇妙特性（2）杂质半导体的定义及种类（3）PN结的单向导电性分析八、作业1、什么叫半导体？有哪些特性？2、什么叫PN结？有什么特性？九、教学反思由于本次课是电子技术基础课的入门课，为了使学生能引起学习的兴趣，所以，本次课我采取了多结合学生的实际情况，多举实例进行讲解。
授课时间：备课时间：授课时数：2+2 序号：2 课题：1.1 二极管一、教学目标分析1、知识目标（1）二极管的单向导电性、主要参数及伏安特性（2）会用万用表检测二极管极性和质量优劣2、能力目标（1）教会学生分析二极管的伏安特性、单向导电性的能力（2）会用万用表检测二极管极性和质量优劣3、情感目标培养学生对电子课的兴趣二、教学重点1、二极管的伏安特性、单向导电性2、用万用表检测二极管极性和质量优劣教学难点1、二极管的伏安特性、单向导电性2、二极管在电路中导通与否的判断方法，3、用万用表检测二极管极性和质量优劣三、学习者特征分析由于本班学生大部分基础较差，学习兴趣不高，针对于这种状态，学生学习本次课会困难较大，掌握重点、突破难点也会很困难，教师应做到心中有数。
四、教学策略选择与设计为了完成教学目标，本讲以教师讲授为主。
用多媒体演示半导体的奇妙特性以及PN结的单向导电性分析等，便于学生理解和掌握。
五、教学资源与工具设计用多媒体演示、同步练习六、教学组织过程1、组织教学2、导入新课：从二极管的应用以及特点引入本讲以教师讲授为主。
用多媒体演示二极管的结构、伏安特性以及温度对二极管特性的影响等，便于学生理解和掌握。
3、新课内容一、二极管的结构PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。
二极管按结构分为点接触型、面接触型和平面型三大类。
点接触型二极管PN结面积小，结电容小，常用于检波和变频等高频电路。
面接触型二极管PN结面积大，结电容大，用于工频大电流整流电路。
平面型二极管PN结面积可大可小，PN结面积大的，主要用于功率整流；结面积小的可作为数字脉冲电路中的开关管。
二、二极管的图形符号VD阳极阴极1.1.3二极管的单向导电性一、二极管的单向导电性二极管最重要的特性就是单方向导电性。
在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。
下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。
1、正向特性在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。
必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。
只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。
导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。
2、反向特性在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。
二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。
当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。
二、二极管的特性曲线半导体二极管的伏安特性曲线下图所示，处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。
1、正向特性：当V＞0，即处于正向特性区域。
正向区又分为两段：（1）当0＜V＜Uon时，正向电流为零，Uon称为死区电压或开启电压。
（2）当V＞Uon时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。
2、反向特性：当V＜0时，即处于反向特性区域。
反向区也分两个区域：（1）当VBR＜V＜0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS。
（2）当V≤VBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压。
从击穿的机理上看，硅二极管若|VBR|≥7 V时，主要是雪崩击穿；若VBR ≤4 V则主要是齐纳击穿，当在4 V～7 V之间两种击穿都有，有可能获得零温度系数点。
3、二极管的伏安特性与PN结伏安特性的区别：二极管的基本特性就是PN 结的特性。
与理想PN结不同的是，正向特性上二极管存在一个开启电压Uon。
一般，硅二极管的Uon=0.5 V左右，锗二极管的Uon=0.1 V左右；二极管的反向饱和电流比PN结大。
1.1.4二极管的使用常识一、二极管的型号国产半导体器件的命名方法二极管的型号命名通常根据国家标准 GB_249 — 74 规定，由五部分组成。
第一部分：用数字表示器件电极的数目。
第二部分：用汉语拼音字母表示器件材料和极性。
第三部分：用汉语拼音字母表示器件的类型。
第四部分：用数字表示器件序号。
第五部分：规格二、二极管的主要参数1）最大整流电流IＦ：二极管长期工作允许通过的最大正向电流。
在规定的散热条件下，二极管正向平均电流若超过此值，则会因结温过高而烧坏。
2）最高反向工作电压UBR：二极管工作时允许外加的最大反向电压。
若超过此值，则二极管可能因反向击穿而损坏。
一般取反向击穿电压值的一半。
3）反向饱和电流IR ：二极管未击穿时的反向电流。
对温度敏感。
IR越小，则二极管的单向导电性越好。
4）最高工作频率fM：二极管正常工作的上限频率。
若超过此值，会因结电容的作用而影响其单向导电性。
三、二极管的检测1、用万用表判断二极管极性一般情况下，二极管有色点的一端为正极，如2AP1~2AP7，2AP11~2AP17等。
如果是透明玻璃壳二极管，可直接看出极性，即内部连触丝的一头是正极，连半导体片的一头是负极。
塑封二极管有圆环标志的是负极，如IN4000系列。
无标记的二极管，则可用万用表电阻档来判别正、负极，万用表电阻档示意图见图。
根据二极管正向电阻小，反向电阻大的特点，将万用表拨到电阻档(一般用R×100或R×1k档。
不要用R×1或R×10k档，因为R×1档使用的电流太大，容易烧坏管子，而R×10k挡使用的电压太高，可能击穿管子)。
用表笔分别与二极管的两极相接，测出两个阻值。
在所测得阻值较小的一次，与黑表笔相接得一端为二极管的正极。
同理，在所测得较大阻值的一次，与黑表笔相接的一端为二极管的负极。
如果测得的正、反向电阻均很小，说明管子内部短路；若正、反向电阻均很大，则说明管子内部开路。
