《电工电子技术与技能》第4版 教案 第10章 常用半导体器件.docx

*课10.1半导体二极管.课型新课授课班e授课时数2e教学目标1 .了解半导体分基本概念2 .了解二极管的结构、符号、特性和主要参数3 .了解稳压管、发光二极管、光电二极管及变容：极管的实际应用4 .会用万用表判别二极清的极性和好坏,并合理应用。0教学工点I.了解半导体的单向导电性2.TW:极管的结构、符号、特性和主要参数3,会用万用表判别二极管的极性和好坏，并合理应用。被学难点1 .二极管的主要参数2 .会用万用衣判别二极管的股性和好坏，并合理应用.守铁学方法读书指导法、分析法、演示法、练习法。学情分析配WSia10.1半导体的基本如iRIojJ半导体的基本概念常见的半导体材料有硅(Si)、然(5)、睥化俅等.其中硅和楮是4价元索原子的最外层轨道上有I个价电子，纯净半导体也叫本征半导体，这种半导体只含有一-种原子,且原子按一定规律整齐排列.如常用半导体材料硅(Si)和楮(Ge).在常程下.其导电能力很弱:在环境温度升高或有光照时，其导电能力随之增强.常常在本征半导体中掺入杂质，其目的不单纯是为了提高半导体的导电能力，而是通过控制杂质拷人班的多少，来控制半导体的导电能力的强弱。在硅本征半导体中，掺人微豉的五价元素(磷或即)，就形成、型半导体.在硅本征华导体中，拣人微汆的三价元素(剂或硼)，就形成P型半导体。10.1.2PN站及单向导电性PN结当把一块P型半导体和一块N型半导体用特殊工艺紧密络合时,在二者的交界面上会形成一个具有特殊现象的薄层，这个薄层被称为PN结，如图1卜1所示.PN结的单向导电性1) PN结加正向电质一正向导通电源正极接P区,负极接N区,称正向偏置或正偏.2) PS结加反向电压一反向横止,电源负极接P区，正极接N区，称PN结加正向电压导通，加反向电压祓止，即PN结的单向导电性。反向的冏或反偏，A.话引入2008年北京行奥运会，当水立方呈现在大家面前的时候，相信所有的人都褒挖了。它的色彩变化，幻妙幻彩,无于伦比,但是你知道叫？水立方采用的照明设备就是半导体二极管中的一类一发光二极管.B.新投豫10.2.1二横管的结构和分类【结构】半导体二极管简称二极管，常见的二极管外形如图10-2a所示，从结构上看有两个电极.一流称为正极（或阳极，另一端称为负极（或阴极）,二极管也由此得名.二极管在电路中用文字符号用VD次示，电路符号如图10-2b所示.（八）常见二板管（b）电路符号11-2二极管【分类】二极管的类型很多，按材料来分,垃常用的有砧管和错管两种；按用途来分,有普通二极管、整流二极管、梗压二板管等多种：按结构来分，有点接触鞭，面接触鞭和平面型等.10.2.2二极管的特性如图10-3a所示，二极管正极接电源的正极，：极管负极接电源的负极（称：极管外加正偏电压）,此时灯亮，表明有较大的电流通过二极管,二极管导通.如图103b所示,二极管正极接电源的负极,二极管负恢接电源的正极（称二极管外加反偏电JK）.此时灯不亮，表明无电流通过二极管.二极管截止.结论：二极管加正向电压时导通，加反向电压时截至，即正偏导通.反偏裁止.在上述实缝中：极管正儡仔通，反的能止，这一,力电特性称为二极管的单向导电性，它是二极管一个非常重要的特性。除此之外,在使用二极管时.还要特别注意二极管的以下特性.D二极管正向电压只有大于某一位时二极管才导通,这个电压值称为死区电压M.通常硅管的死区电压约为0.5丫，锚管的死区电压约为02丫。2）等通后二极管两端的电压检定，硅管约为0.60.7V,错管约为0.20.3Y.3）二极管能承受一定量的反向电J卡,即在达到某一反向电压值时,二极管都能保持不导通状态.当达到一定极限值后，二极管反向电流就突然急剧增加，这一现象称为二极管反向击穿。【提示】普通二极管反向击穿后,反向击穿电波将导致二极管热击穿而损坏。.极管技击穿后,般不能恢幺性能,所以在使用二极不时,反向电质定要小于反向击穿电压.10.2.3 二极管的主夫”数【毅大整流电流/J是指二极管长期工作时，允许通过的最大正向平均电流值，在实际使用时,要注意流过二极管最大电流不能超过这个数值,否则二极管会因过热而损坏.【及高反向工作电压陷】是指二极管在正常工作时所能承受的也高反向电压值,通常以二极管反向击穿电压的一半作为二极管最大的反向工作电压，使用中如果超过此伯，：极管就有发生反向击穿的危险。10.2.4 特殊二极管【稳压管】稳压二极管(简称稳压管)电路符号如图IIT所示，是一种特殊的面接触型半导体硅二极管，它是工作在反向击穿区，具有稳压作用的一类特殊二极管，广泛应用于税压电源和限幅电路中。【发光二极管】发光二极管简写为1.ED.外形和电路符号如图Il5所示,是一种光发射器件，能把电能直接转化成光能.目前市场上发光二极管的颜色有1红、松、黄、绿、战等多种颜色。发光二极管因其工作电压低(1.5V3V)、工作电流小(5E10a)、体枳小、可施性高、耗电省和寿命长等优点，广泛用于计算机、电视机'音响设备、仪器仪表中的电源和信号的指图IIH也压二松校的中臊将（八）外形号示电路中,(b)电路符【光电.极管】光电二极管是种光能与电能转换的器件，它能将收到的光信号转换（八）外形(b)电能符号成电信号，在实际应用中，主要用来接收可见光或红外线.所以又称接收二极管或光敏二极管，外形和电路符号如图11-6所示.光电二极管作广泛应用于遥控、报警及光电传感潺中。另外,当制成大面积的光电二极管时,能将光能直接转换为电能可作为一种能源，称为光电池.【变容:极管】图11-6光电二极管变容二极管足利用PN结之间结电容可变的原理制成的半导体渊件,在高频调谐、通信等电路中作可变电容器使用.变容二极管被广泛应用于谐娠Wl路中.例如，在电视机中就使用它作为两谐Wl路的可变电容涔，实现电视频道的选择.在离领电路中，变容：极管作为变频器的核心元件，是信号发射机中不可缺少的器件。11B-三生活中，你都在什么地方见过:极管.修习可见，三极管基极电流人的微小变化使柴电极电波A发生了更大的变化，也就是说塔极电流A的微小变化控制了集电极电流A较大的变化，实现了电流放大的作用。【提示】（1）三极管的电流放大作用,实际上是用较小的4级电流信'，；去撩制集电极的大电流信号.是以小捽大的作用.而不是能出的放大.（2）"极管的放大作川需要一定的外部条件，即:发射结加正向的置电压.集电结加反向偏置电质,使K>¼>i（如果是用”P管做实验，则为发射结加反向偏为电压，集电结加正向偏置电压,使KK<K>.10.3.3,三粮管的特性【截止】当三极管发射结和集电结均为反向偏置时.集电极和发射极之间呈现很大的电阻,三极管祓止,这种工作状态相当于开关断开.【放大】当:极管发射结正偏、集电结反偏时，三极管具有电流放大作用，K受/.控制,只要，“有一个微小的变化.，；将按比列发生较大的变化,即：k-i,Mc-Aj【饱和】当三极管发射结和集电结称处于正向偏置时，三极管他和导通,A不受/,的控制，法本保持不变，这种工作状态相当于开关闭合.【提示】,7:.极管工作在饱和状态时的管压降叫饱和压降，用½发示，般硅省约为0.3V,错评约为0.I1.除此之外,与二极管的特性相似,三极管也存在着死区电田（硅管均为05V.楮管约为0.2V）,只有当输入电压大于死区也压时，三极管才出现基极电流.同时，一.极管导通时，发射结电压4变化不大，娃管约为<0.6.7）Y,锚管约为<0.2-0.3>V.这也是检测三极管是否正常工作的IR要依据。1*»】根据各个电极的电位，说明图IO-IO所示的.根管的工作状态.10.2.5 三横管主要*【共发射极电流放大倍数P】它是在三极管正常放大状态下分析，设计电路的一个乘要参数，通常B在几十到几百之间.（集电板最大允许耗敢功率-J二:极管电流A与电压u,的乘枳称为集电极耗散功率，三极管在使用时应保证K%,这样三极管在使用时才能保证安全.【反向击穿电压>*"，是指基极开路时，加于集电极一发射极之间的最大允许电压。【柒电极破火允许电流心】A在相当大的范用内B值是基本不变的,但当A的数值大到一定程度时将减小.使明显减小定即为八.10.4场效应晶体管,场效应晶体管（FieIdEffectTransisor,FET）筒林场效应管。般的晶体管是出两种极性的我流子,即多数我流子和反极性的少数我流子参与导电,因此称为双极性晶体管,而FET仅由多数载流于参与导电,它与双帙性晶体管相反,也称为单极性晶体管.它展于电压控制组半导体器件，具有输入电阻高、嗓出小、功耗低、动态范围大、易于集成、无：次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现己成为双极性晶体管和功率晶体管的强大竞争者。场效应品体管可应用于放大、阻抗变换、电子开关，也Ur以方便地用作恒流源.10.4.1 场效应晶体管的基本特性场效应晶体管的种类很多，按结构可分为两大类:结型场效应管（JFED和绝缘糕场效应品体管（IGFED。结型场效应管又分为N沟道和P沟道两种。绝缘柑场效应晶体管主要指金属辄化物半导体场效应晶体管（MOSPET）.MOSFCT乂分为耗尽型和增强型两种.而库种又分为、沟道和P沟道。场效应晶体管外形及符号如图IO-M所示。10.4.2 结型场效应晶体管的结构和工作原理以N沟道结型场效应晶体管为例说明其结构和工作原理.如图10-15所示，场效应晶体管有三个区域：一个型区，两个P型区：三个电极:源极S.漏极I）,杨极G：两个PN结：一个导电沟道：N型导电沟道.Ugs='ODfflIOiS场效应Ja体件工ft原理外部工作条件:一为正值,Uw为负值.当5=0时,PN结出窄，导电沟道最宽.在正向电压Ulh的作用下,产生较大的漏极电流1叫I皿称为饱和海极电流，当心3时，PN结反偏，PN结变宽，导电流道变窄.在正向电压卜的作用下.漏极电流减小.当IkWUP（1.p<0）时,PN结变得更宽且把导电沟道夹断，M极电漉i.为零.10.4.3 场效应晶体管与晶体管的比较D场效应晶体管是电压控制器件，而晶体管是电流控制器件.在只允许从信号源取较少电流的情况下,应选用场效应晶体管;而在信号电压较低.又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体管.2）晶体管与场效应晶体管工作原理完全不问，但是各极可以近似对应以便于理解和设计：晶体管：基板发射极集电极场效应晶体管：梗极源极漏极3）要注意的是，品体管（NPN型）设计发射极电位比般极电位低（约0.6V）,场效应晶体管源极电位比栅极电位高（约0肾）。4）场效应晶体管是利用多数载流于导电,所以称之为单极性潺件,而晶体管足既有多数载流子，也有少数我流子导电，被称之为虫极性器件.5）有些场效应晶体管的两极和漏极可以互换使用，描压也可正可负，灵活性比晶体