汽車電子技術(shù)基礎(chǔ) 教案1

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1、課程教案首頁 No. 1 授課題目 二極管的結(jié)構(gòu)、分類及其特性 教學(xué)單元 學(xué) 時 4 2 1—1 1—1 < 1 1 1 1 教學(xué)目標 ［知識目標］: 掌握半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識，二極管的伏安特性、二極管的主要參數(shù)、二極管的單 向?qū)щ娦? ［能力目標］: 會判斷二極管的極性及二極管質(zhì)量的好壞。 ［素質(zhì)目標］: 1. 培養(yǎng)學(xué)生認知能力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 2. 培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作精神。 重點 難點 二極管的單向?qū)щ娦? 二極管的伏安特性 教學(xué)方法 實物演示法、講授法、多媒體演示法 能力訓(xùn)練 （作業(yè)） 二極管質(zhì)量好壞的判別方法。 教學(xué)體會 授課班

2、級 授課時間及地點 年 月 日（星期 ）第 節(jié)，樓 室 年 月 日（星期 ）第 節(jié)，樓 室 年 月 日（星期 ）第 節(jié)，樓 室 年 月 日（星期 ）第 節(jié)，樓 室 年 月 日（星期 ）第 節(jié)，樓 室 任務(wù)設(shè)計 步驟一： 10分鐘 《電工電子技術(shù)II》課程介紹。 用實驗引入新課(導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體分別接入電路的燈反應(yīng))。 根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同進行分類：導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。 半導(dǎo)體的電阻率為10一3?IO' Qecmo 典型的半導(dǎo)體有硅Si和錯Ge以及砰化鉉GaAs等。 步驟二：從自然界物質(zhì)導(dǎo)電性能分類入手，共分為導(dǎo)體、絕緣體、半

3、導(dǎo)體三種類型，從而主要講 授半導(dǎo)體及其特性、PN結(jié)的形成、半導(dǎo)體二極管的特性及其參數(shù)。 70分鐘 一、 本征半導(dǎo)體 1. 本征半導(dǎo)體一一化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。 2. 雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主 要是三價或五價元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。 3. 半導(dǎo)體的特征：熱敏性、光敏性、摻雜性。 (1) N型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷，可形成N型半導(dǎo)體,也稱電子型半導(dǎo)體。 (2) P型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、保、錮等形成了 P型半導(dǎo)體，也稱為空穴型半導(dǎo)體。 (

4、3) PN 結(jié) 在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴散不同的雜質(zhì)，分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。對于P型半導(dǎo) 體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。 二、 PN結(jié)的單向?qū)щ娦? PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，若外加電壓使電流從P區(qū)流到N區(qū)，PN結(jié)呈低阻性，所以電流大；反之是 高阻性，電流小。 如果外加電壓使： PN結(jié)P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位稱為加正向電壓，簡稱正偏； PN結(jié)P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位稱為加反向電壓，簡稱反偏。 1. PN結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況 外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。于是， 內(nèi)電場對多子擴散運動

5、的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影 響，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。 2. PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況 外加的反向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，加強了內(nèi)電場。內(nèi)電場 對多子擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場作用下形成的漂移電流 大于擴散電流，可忽略擴散電流，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。 在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的， 基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。 PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結(jié)加反向電壓時，

6、呈現(xiàn)高電阻, 具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴? 三、半導(dǎo)體二極管 1. 二極管的伏安特性 二極管的伏安特性曲線 (1) 正向特性 當V>0,即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段： 當0Vth時，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長。 硅二極管的死區(qū)電壓Vth=0.5 V左右， 錯二極管的死區(qū)電壓Vth=O. 1 V左右。 (2) 反向特性 當VVO時，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個區(qū)域： 當VBR

7、反向電流也稱反向 飽和電流IS。 當VNVBR時，反向電流急劇增加，VBR稱為反向擊穿電壓。 2. 二極管的主要參數(shù) 半導(dǎo)體二極管的參數(shù)包括最大整流電流IF、反向擊穿電壓VBR、最大反向工作電壓VRM、反向電流 IR、最高工作頻率fmax和結(jié)電容Cj等。幾個主要的參數(shù)介紹如下： (1) 最大整流電流IF——二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大整流電流的平均值。 (2) 反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓VRM——二極管反向電流急劇增加時對應(yīng)的反向電壓值 稱為反向擊穿電壓VBR。為安全計，在實際工作時，最大反向工作電壓VRM 一般只按反向擊穿電壓VBR 的一半計算。

8、(3) 反向電流IR——在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下，一般是最大反向工作電壓下的反向電流值。 硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；錯二極管在微安(閔)級。 (4) 正向壓降VF——在規(guī)定的正向電流下，二極管的正向電壓降。小電流硅二極管的正向壓降在 中等電流水平下，約0. 6-0. 8 V；錯二極管約0.2-0. 3 Vo 3. 穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊硅二極管。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線與硅二極管的伏安 特性曲線完全一樣，穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線的反向區(qū)、符號和典型應(yīng)用電路如圖所示。 (a)符號 (b)伏安特性 (c)應(yīng)用電路 穩(wěn)壓二極管的伏安特性 穩(wěn)壓二極管在工作時應(yīng)反接，并串入一只電阻。 電阻的作用一是起限流作用，以保護穩(wěn)壓管；其次是當輸入電壓或負載電流變化時，通過該電阻 上電壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。 10分鐘 步驟三:用師生共同回顧的方式進行總結(jié) 1. 為什么采用半導(dǎo)體材料制作電子器件？ 2. 空穴是一種載流子嗎？空穴導(dǎo)電時電子運動嗎？ 3. 什么是N型半導(dǎo)體？什么是P型半導(dǎo)體？ PN結(jié)是怎樣形成的？ 4. PN結(jié)為什么具有單向性？在PN結(jié)中另反向電壓時真的沒有電流嗎?