電學半導體二極管教（學）案

1、半導體二極管授課名稱電子基礎授課類型講授授課時數(shù)1課題 半導體二極管學情分析認知特征：中專生的學習方法由模仿轉向領會，思維方式由形象轉向抽象。學習狀態(tài)：中專面臨著基礎知識薄弱、自信不足、學習能力不強等學習困境，電子課程入門難，而且枯燥乏味。但是如果能引發(fā)學生興趣，老師在平時的課上課下注意引導和鼓勵，學生一定能學好電子基礎。知識儲備：之前學生已初步掌握了基本的電學知識，為本節(jié)的學習作好了知識儲備。教學目標1、認識半導體 2、了解PN結的原理及結構 3、掌握二極管伏安特性4、掌握用萬用表判別二極管好壞的方法 5、掌握二極管基本分析方法教學重點二極管伏安特性教學難點二極管伏安特性學法分析1、由于電子

2、課程入門難，這節(jié)課作為入門課，在緒論中給出整個課程的大框架，使學生對于課程的認識更加清晰2、老師在講解伏安特性后，再講解二極管的判別，讓學生參與進來，使學生對單向導電性認識更清晰教學方法容和過程教學準備1、萬用表2、不同規(guī)格、類型的半導體二極管若干保證課堂教學順利實施。緒論和導入（5分鐘）從生活中的實例說明電子重要性，電腦、手機、白板、飲水機，本課會帶領我們從物理走入電子世界。展現(xiàn)課程框架，認識本節(jié)在課程中的地位，從自然界一步步抽象到應用層面，理順知識架構，突出本課程特點，跨度大（知識點多，抽象），突出入門難的特點，鼓勵學生學好前幾章，打好基礎，后面的學習越來越容易。從集總電路層面引出半導體器

3、件。講解，應用日常生活中的例子，引起學生興趣 新 課 講 授學生各小組之間討論1、 半導體部分（8分鐘） 1.半導體概述半導體是個熟悉的名詞，但是什么是半導體呢？自然界的物質按導電能力的強弱可分為如下幾類：一類是導電能力特別強的物質叫導體（如銀、銅、鋁等），導體的電阻率通常在。另一類是導電能力非常差，幾乎可以看成不能導電的物質，叫絕緣體（如塑料、橡膠、瓷等），絕緣體的電阻率通常在。還有一類是半導體，其導電能力介于導體和絕緣體之間（如鍺、硅、砷化鎵等）叫半導體，半導體的電阻率通常在。 2.半導體特性半導體除了在導電能力方面與導體和絕緣體不同外，它還具有不同于其它物質的特點，例如，當半導體受到外界

4、光和熱的照射時，或摻入某些雜質時其導電能力將發(fā)生顯著的變化。這個特點說明，半導體的導電機構必然不同于其它物質。為了理解這個特點，我們必須先從了解半導體的結構入手，來了解半導體的基本知識。3.半導體結構在電子學中，用得最多的半導體是硅和鍺，硅和鍺的外層電子都是4個，都是四價元素。與相鄰四個原子分別用四個共價鍵相連，形成原子有規(guī)律地整齊排列的結構，稱為晶體結構，這就是晶體管的來由。本來外層電子受共價鍵束縛，但是少數(shù)電子獲得一定的動能才能掙脫共價鍵的束縛成為自由電子。在電子掙脫共價鍵的束縛成為自由電子后，共價鍵中就留下一個空位，這個空位叫做空穴。于是半導體可以導電，但是在常溫下只有極少電子能稱為自由

5、電子，所以導電能力較弱。完全純凈的、結構完整的半導體晶體稱為本征半導體。但是本征半導體易受溫度的影響，而且導電能力差，不能直接使用在電子線路中，必須利用摻雜特性制作雜質半導體。在硅（或鍺）晶體中摻入微量的五價元素P，磷原子的5個價電子中有4個電子和硅原子組成共價鍵，多出一個電子很容易脫離原子核的束縛而成為自由電子，同時磷原子也就成為帶正電的離子。這樣，由于磷元素的摻入，使硅晶體中自由電子的數(shù)目大大增加。當然硅原子由于熱激發(fā)也產生少量的電子空穴對。這種半導體的導電主要是靠電子，所以稱它為電子半導體，簡稱N型半導體。本征半導體中空穴和自由電子成對出現(xiàn)，但是在雜質半導體中不同，略講多子和少子概念。在

6、硅（或鍺）晶體中摻入微量的三價元素B，硼原子有3個價電子，它與硅原子組成共價鍵時缺少一個價電子而形成一個空穴，空穴的濃度比電子的濃度大得多。這種半導體的導電主要是靠空穴，所以稱它為空穴半導體，簡稱P型半導體。3.PN結原理當N型半導體和P型半導體用特殊工藝結合在一起時，由于P型半導體中空穴濃度高、電子濃度低，而N型半導體中電子濃度高、空穴濃度低，因此在交界面附近電子和空穴都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴散。P區(qū)的空穴要擴散到N區(qū)，且與N區(qū)的電子復合，在P區(qū)一側就留下了不能移動的負離子空間電荷區(qū)。同樣，N區(qū)的電子要擴散到P區(qū)，且與P區(qū)的空穴復合，在N區(qū)一側就留下了不能移動的正離子空間電荷區(qū)?？?/p>

7、間電荷區(qū)形成了一個方向由N區(qū)指向P區(qū)的電場，電場的作用是阻礙多數(shù)載流子的繼續(xù)擴散。這種動態(tài)穩(wěn)定的結構稱之為PN結。當加入外電場時動態(tài)平衡被打破，略講PN結單向導電性，即正偏(P接“”，N接“”)時，正向電流大；反偏(P接“”，N接“”)時，反向電流小。2、 半導體二極管（20分鐘） 1.二極管概述利用PN結的單向導電性，可以用來制造一種半導體器件半導體二極管。半導體二極管又稱晶體二極管。幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導體二極管。結構半導體二極管是由一個PN結加上電極引線和外殼封裝而成。P區(qū)引出的電極稱為陽極，或叫正極，用A表示；N區(qū)引出的電極稱為陰極,或叫負極,用K表示。半導體二極管的外形

8、與符號符號半導體二極管在電路中的符號如上圖所示，箭頭指向表示二極管正向導通時電流的方向。分類按結構的不同來分，可分為點接觸型和面接觸型；若按應用場合的不同來分，可分為整流二極管、穩(wěn)壓二極管、檢波二極管、限幅二極管、開關二極管、發(fā)光二極管等；若按功率的不同可分為小功率、中功率和大功率；若按制作材料的不同，可分為鍺二極管和硅二極管等。為學生展示幾種常見二極管2.二極管伏安特性 我們已經知道了PN結具有單向導電性，但是二極管具體的外部特性是怎樣的呢？下面給出二極管的伏安特性曲線。二極管的伏安特性就是二極管兩端的電壓U與流過二極管的電流I的關系。 半導體二極管伏安特性正向特性當二極管所加的正向電壓（又

9、稱正向偏置）較小時，正向電流IF很小，二極管呈現(xiàn)較大的電阻，稱這個區(qū)域為死區(qū)。通常硅二極管的死區(qū)電壓UT（又叫門限電壓）約為0.5V，鍺二極管的死區(qū)電壓約為0.2V。當正向電壓超過死區(qū)電壓后，正向電流顯著增加，并且隨著正向電壓加大，電流迅速增長，二極管的正向電阻變得很小，當二極管充分導通后，二極管的正向壓降基本維持不變，稱為正向導通壓降，硅二極管約為0.6V0.8V，鍺二極管約0.2V0.3V。這一區(qū)段，稱為正向導通區(qū)。反向特性當二極管加反向電壓（又稱反向偏置）時，形成的電流稱反向漏電流IR，其值很小，這一區(qū)段，稱為反向截止區(qū)。正常情況下，硅二極管的反向漏電流IR一般在幾微安以下，鍺二極管的I

10、R較大，一般在幾十微安至幾百微安。我們可以視為無電流通過，即反向截止。反向電流的大小與反相電壓無關，與溫度有關。當反向電壓增加到一定大小的UBR時，反向電流突然急劇增加，這種現(xiàn)象稱為二極管反向擊穿。使二極管發(fā)生反向擊穿時的反向電壓UBR稱為反向擊穿電壓。特別注意一點，當反向擊穿時，如果沒有限流保護，可能會對二極管造成永久性破壞。恒壓降模型在實際生產中，往往采用最簡單的方法來解決實際問題，這就要求我們要有簡化抽象的思維模式，忽略一些不必要的因素，建立起符合實際要求的模型。二極管反向電流非常小，在許多場合可以忽略不計，這里看成無電流，死區(qū)電流非常小，亦可視為無電流通過，導通之后電壓變化不大，可以視

11、為恒值。這就是二極管的恒壓降模型。二極管的恒壓降模型基本思想是當二極管導通后，其管壓降可認為是恒定的，不隨電流而變，且導通電壓的典型值為0.7V（硅管）。此模型只有當二極管的電流 iD近似等于或大于1mA時才是正確的。該模型提供了一種合理的近似，應用也較廣。3.二極管的簡單檢測與電阻等元器件不同，二極管分為陽極和陰極，在電路安裝中必須注意極性。下面我們看一段視頻，并思考一個問題，最后一種檢測方法利用了二極管的哪種特性？ 簡述前面幾種判別方法，重點講解最后一種。 將萬用表置于R×100或R×1k檔，調零后用表筆分別正接、反接于二極管的兩個引腳，這樣可分別測得大、小兩

12、個電阻值。其中較大的是二極管的反向電阻值，較小的是二極管的正向電阻值。故在測得正向電阻值時，與黑表筆相連的電極是二極管的正極。 根據正、反向電阻值判定二極管的質量與好壞。正向電阻值越小，反向電阻值越大，表明其單向導電性能越好，二極管的質量就越好。如果一個二極管的正、反向電阻值差別不大，則必為劣質管。如果正、反向電阻值都是無窮大或者都是零，則表明二極管部已開路或者已被擊穿短路。 小組合作，分別檢測，檢測學生學習效果。3、 知識拓展二極管應用（5分鐘） 1.整流電路大多電子產品都是使用直流電，家家戶戶接入的都是交流電，怎樣把交流變成直流就顯得非常重要。整流電路能夠實現(xiàn)變交流為直流的功能，就是依靠二

13、極管的單相導電性。2.檢波電路天線的幾何尺寸與信號頻率密切相關，略小于波長。假如要發(fā)射低頻信號，那么天線尺寸必須要相應增加。但實際上要發(fā)射低頻信號幾乎是不能的，人能聽見的聲波在20至20000Hz之間，如果要發(fā)射人能聽見的音頻信號，那么必須要用幾公里高的天線，顯然是不現(xiàn)實的。在電視、廣播及通信中，需要將這一低頻電信號馱載在高頻信號上，把信號從低頻搬移到高頻，這個過程稱為調制，相反的，調制信號經檢波電路還原出原信號的過程稱為解調。調制信號在正半軸與負半軸都載有原信號，經高頻放大之后，再經過二極管，二極管具有單相導通特性，信號的負向部分被截去，僅留下其正向部分，此時如在每個信號周期取平均值，所得到的信號的波包即為基帶低頻信號，實現(xiàn)了解調功能 。 講授，對于PN結等微觀特性略講，讓學生有大概印象即可本節(jié)的重難點主要就在二極管的外部特性。通過二極管的檢測加深理解二極管單向導電特性。通過知識拓展了解二極管的作用引發(fā)興趣。重點練習恒壓降模型的分析方法。課堂練習（10分鐘）重點在于分析二極管的方法，