电工电子教案-二极管.docx

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1、课程指导方案（首页）20142015学年第一学期课次课班级周次时日期上课教学资讯示范小组讨论方案或工程实施实验实习实训地点实施学习情境名称二极管能力目标1、掌握二极管在电路中的应用；2、能用万用表判别二极管的极性和好坏。知识目标1、了解二极管的结构、符号、特性和主要参数；2、能识别发光二极管、光电二极管等典型二极管。教学资源教材、学习资料教学方法讨论法考核与评价教师评价作业P153四、1、设二极管的正向电压为0.6V,求UAC分别为+5V、-5V、OV时，UBe的值。教研室主任意见：课程学习指导意见签字:日期：教学过程设计：1、学习任务：(1)了解二极管的结构、符号、特性和主要参数；(2)能概

2、括晶体二极管的工作原理；(3)熟悉二极管的伏安特性。2、提出要求：(1)掌握二极管在电路中的应用；(2)能用万用表判别二极管的极性和好坏。知识准备：【新课导入】利用PN结的单向导电性,可以用来制造一种半导体器件一一半导体二极管。半导体二极管又称晶体二极管。几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，本节主要介绍常用二极管的结构、伏安特性和参数及应用等。【讲授内容】理论根底按导电性能的不同，物质可分为导体、绝缘体和半导体。目前用来制造电子器件的材料主要是硅(Si)和信(Ge)等。这些都是半导体材料，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，并且会随温度、光照或掺入某些杂质而发生显著变化。通过掺杂工艺

3、，把本征硅(或错)片的一边做成P型半导体，另一边做成N型半导体,P型半导体和N型半导体有机地结合在一起时，因为P区一侧空穴多，N区一侧电子多，所以在它们的界面处存在空穴和电子的浓度差。于是P区中的空穴会向N区扩散，并在N区被电子复合。而N区中的电子也会向P区扩散，并在P区被空穴复合。这样在P区和N区分别留下了不能移动的受主负离子和施主正离子。上述过程如图所示。结果在界面的两侧形成了由等量正、负离子组成的空间电荷区，如图(b)所示。运动平衡时，空间电荷区的宽度一定，UB也保持一定。这样在它们的交界而处会形成一个很薄的特殊物理层，称为PN结。PN结是构造半导体器件的根本单元。pCf,QcO2obb

4、o护处怔OCfC)OeOOd0*0*03peb0.0W叩。OO0:00OoQOOOOQOOoopo6OOdO.匕一、二极管的结构、类型、电路符号半导体二极管是由一个PN结加上电极引线和外壳封装而成。P区引出的电极称为阳极，或叫正极，用A表示；N区引出的电极称为阴极,或叫负极,用K表示。二极管的电气符号为VD。亚图11一1半导体二极管的外形与符号半导体二极管在电路中的符号如下图P138o半导体二极管按其结构的不同可分为点接触型，面接触型。点接触型二极管是由一根很细的金属触丝（如三价元素铝、钱等）和一块N型半导体（如错）的外表接触，然后在正方向通过很大的瞬时电流，使触丝和半导体牢固地熔接在一起，三

5、价金属与N型错片结合构成PN结，然后引出相应的电极引线，外加管壳密封而成。由于点接触型二极管的金属丝很细，形成的PN结面积很小，所以极间电容很小，工作频率较高，但不能承受较高的反向电压和通过较大的电流，这种类型的二极管适于做高频检波和脉冲数字电路中的开关元件，也可用来作小电流整流。例如2AP1为点接触型错二极管，最大整流电流为16mA,最高工作频率为150MHzo面接触型二极管是将三价元素铝球置于N型硅片上，加热使铝球与硅片互相熔合和渗透，形式合金，从而使接触的那局部硅片转变成P型，形成PN结。面接触型二极管的PN结面积大，允许通过较大的电流，但结电容也大，因此这类管子适用于整流等低频电路中。

6、例如硅面接触型二极管2CP1,最大整流电流为400mA,而最高工作频率只有3KHz0按应用场合的不同来分，可分为整流二极管、稳压二极管、检波二极管、限幅二极管、开关二极管、发光二极管等；按功率的不同可分为小功率、中功率和大功率；按制作材料的不同，可分为错二极管和硅二极管等。二、二极管的伏安特性二极管的伏安特性就是二极管两端的电压与流过二极管的电流/的关系。实验电路如图11-2,由于半导体二极管的内部是PN结，因此它具有单向导电性。可用平面直角坐标系中的一条曲线来表示，这条曲线叫二极管的伏安特性曲线,（一）正向特性硅二极管阳极接高电位，阴极接低电位，称为正向偏置。当二极管所加的正向电压（又称正向

7、偏置）较小时，正向电流4很小，二极管呈现较大的电阻，称这个区域为死区。通常硅二极管的死区电压（又叫门限电压）约为0.5V,错二极管的死区电压约为0.2V。当正向电压超过死区电压后，正向电流显著增加，并且随着正向电压加大,电流迅速增长，二极管的正向电阻变得很小，当二极管充分导通后，二极管的正向压降根本维持不变，称为正向导通压降，硅二极管约为0.6V0.8V,错二极管约O.2VO.3V.这一区段，称为正向导通区。（二）反向特性二极管阳极接低电位，阴极接高电位，称为反向偏置当二极管加反向电压（又称反向偏置）时，形成的电流称反向漏电流,其值很小，这一区段，称为反向截止区。正常情况下，硅二极管的反向漏电

8、流TR一般在几微安以下，错二极管的TR较大，一般在几十微安至几百微安。当反向电压增加到一定大小的UBR时，反向电流突然急剧增加，这种现象称为二极管反向击穿。使二极管发生反向击穿时的反向电压URR称为反向击穿电压。产生反向击穿的原因是在强电场作用下，使少数载流子急剧增加，引起反向电流急剧增大。这种现象的产生分为两种类型。一种是当反向电压高到一定数值时，因外加电场过强，而把共价键中的价电子强拉出来，造成电子一空穴对，从而使少数载流子数量急剧增加。另一种是强电场可引起自由电子加速后与原子碰撞，将价电子轰出共价键，产生新的电子一空穴对，使少数载流子数量剧增。这两种因素产生的击穿现象均称为电击穿。发生电

9、击穿后，如果反向电压很高，反向电流又很大，那么消耗在二极管PN结上的功率就会很大，将超过PN结容许的耗散功率，产生过多的热量散发不出去,使PN结温度升高，结温升高又使反向电流增大，而电流增大又使结温进一步升高，结果使PN结因过热而烧毁。这种现象称为热击穿。二极管热击穿后，便失去单向导电性。因此应防止二极管发生热击穿。从二极管的特性曲线可看出，二极管的电压与电流的变化关系不是线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于非线性器件。三、温度对二极管的影响1、PN结截止时，反向电流IS根本不随反向电压而变化，但受温度影响大，温度升高时，少子数目明显增加，反向电流增大。2、PN结导通时，正向结电压随温度升

10、高而减小。四、半导体二极管的主要参数1 .最大整流电流Inf片是指二极管长时间工作时允许通过的最大正向平均电流。实际工作，二极管通过的电流不应超过这个数值，否那么将导致二极管过热而损坏。2 .最高反向工作电压UBIIJM是指二极管不被击穿所允许加的最高反向电压。一般取反向击穿电压UBR的1/22/3。点接触型二极管的URM约数十伏，而面接触型二极管的URM可达数百伏。3 .最大反向电流IR它是指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流越小，管子的单向导电性能越好。常温下，硅管的反向电流一般只有几微安；错管的反向电流较大，一般在几十至几百微安之间。反向电流受温度影响大，温度越高，其值越大，

11、故硅管的温度稳定性比错管好。4 .最高工作频率由于PN结存在结电容，高频电流很容易从结电容通过，从而失去单向导电性。因此规定二极管有一个最高工作频率。五、二极管的识别与测试识别法：通过二极管管壳上的标志来识别.有标记的一端一般为N极.检测法：用万用表的欧姆档，量程为RXlOOQ或RXIkQ档测量其正反向电阻。假设测得的反向电阻很大（几百千欧以上），正向电阻很小（几千欧以下），说明二极管性能良好。对于阻值小的一次，黑表笔所接电极为二极管正极，红表笔所接电极为二极管的负极。假设测得的反向电阻和正向电阻都很小，说明二极管短路，己损坏。假设测得的反向电阻和正向电阻都很大，说明二极管断路，已损坏。练习题：判断图中的二极管是导通还是截止，并求出AO两端电压心。设二极管是理想的。DKJ-OA3K12V1o（b）分析方法：1.选零电位参考点；2.将二极管断开，判断其两极电位。3.根据电位判二极管状态，求AO两端电压。思考题，1 .把一个1.5V的干电池直接正向联接到二极管的两端，会出现什么问题？2 .半导体二极管反向击穿时，是否一定被损坏？能否加以利用？课堂小结：P型半导体和N型半导体结合在一起形成PN结。二极管的结构为PN结，根本特性是单向导电性，即正偏（P接+”，N接“一”）时，正向电流大；反偏（P接“一”，N接“+”）时，反向电流小。二极管应用的时候要注意参数。