《电子技术基础》正式教案

电 子 技 术 基础教 案§1-1 半导体的基础知识目的与要求1. 了解半导体的导电本质，2. 理解N型半导体和P型半导体的概念3. 掌握PN结的单向导电性重点与难点重点 1.N型半导体和P型半导体 2. PN结的单向导电性难点 1.半导体的导电本质2. PN结的形成教学方法讲授法,列举法,启发法教具二极管,三角尺小结半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动PN结的单向导电性是指PN结外加正向电压时处于导通状态，外加反向电压时处于截止状态。布置作业1.什么叫N型半导体和P型半导体第一章 常用半导体器件§1-1 半导体的基础知识自然界中的物质，按其导电能力可分为三大类：导体、半导体和绝缘体。 半导体的特点：热敏性光敏性掺杂性 导体和绝缘体的导电原理：了解简介。一、半导体的导电特性半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅(Si)、锗(Ge)。硅和锗是4价元素，原子的最外层轨道上有4个价电子。1热激发产生自由电子和空穴每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通过共价键紧密结合在一起。两个相邻原子共用一对电子。室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位这个空位称为空穴。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。在电子技术中，将空穴看成带正电荷的载流子。2空穴的运动（与自由电子的运动不同）有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中。新的空穴又会被邻近的价电子填补。带负电荷的价电子依次填补空穴的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运动。3.结 论 （1）半导体中存在两种载流子，一种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴，它们都可以运载电荷形成电流。 （2）本征半导体中，自由电子和空穴相伴产生，数目相同。（3）一定温度下，本征半导体中电子空穴对的产生与复合相对平衡，电子空穴对的数目相对稳定。 （4）温度升高，激发的电子空穴对数目增加，半导体的导电能力增强。空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。二、N型半导体和P型半导体本征半导体 完全纯净的、结构完整的半导体材料称为本征半导体。杂质半导体 在本征半导体中加入微量杂质，可使其导电性能显著改变。根据掺入杂质的性质不同，杂质半导体分为两类：电子型（N型）半导体和空穴型（P型）半导体。1. N型半导体 在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的五价元素，如磷（P）、砷（As）等，则构成N型半导体。在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等5价元素，由于这类元素的原子最外层有5个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子导电，称为电子半导体或N型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形成的空穴为少数载流子。2.P型半导体 在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的三价元素，如硼（B）、铟（In）等，则构成P型半导体。在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝等3价元素，由于这类元素的原子最外层只有3个价电子，故在构成的共价键结构中，由于缺少价电子而形成大量空穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动，称为空穴半导体或P型半导体，其中空穴为多数载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子。三、PN结及其单向导电性1PN结的形成半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动，如图1.6所示。图1.7 PN结的形成（1）由于空穴和自由电子均是带电的粒子，所以扩散的结果使P区和N区原来的电中性被破坏，在交界面的两侧形成一个不能移动的带异性电荷的离子层，称此离子层为空间电荷区，这就是所谓的PN结，如图1.7所示。在空间电荷区，多数载流子已经扩散到对方并复合掉了，或者说消耗尽了，因此又称空间电荷区为耗尽层。空间电荷区出现后，因为正负电荷的作用，将产生一个从N区指向P区的内电场。内电场的方向，会对多数载流子的扩散运动起阻碍作用。同时，内电场则可推动少数载流子（P区的自由电子和N区的空穴）越过空间电荷区，进入对方。少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动。漂移运动和扩散运动的方向相反。无外加电场时，通过PN结的扩散电流等于漂移电流，PN结中无电流流过，PN结的宽度保持一定而处于稳定状态。图1.8 PN结的形成（2）2. PN结的单向导电性 如果在PN结两端加上不同极性的电压，PN结会呈现出不同的导电性能。（1）PN结外加正向电压 PN结P端接高电位，N端接低电位，称PN结外加正向电压，又称PN结正向偏置，简称为正偏，图1.9 PN结外加正向电压（2）PN结外加反向电压 PN结P端接低电位，N端接高电位，称PN结外加反向电压，又称PN结反向偏置，简称为反偏，图1.20 PN结外加反向电压小结：PN结的单向导电性是指PN结外加正向电压时处于导通状态，外加反向电压时处于截止状态。§1-2 二 极 管目的与要求1. 了解半导体二极管的结构2. 掌握半导体二极管的符号3. 理解半导体二极管的伏安特性4. 知道二极管的主要参数重点与难点重点 1. 二极管的符号 2. 二极管的伏安特性难点 二极管的伏安特性教学方法讲授法,列举法,启发法教具二极管,三角尺小结外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN结仍处于截止状态 。正向电压大于死区电压后，正向电流 随着正向电压增大迅速上升。通常死区电压硅管约为0.5V，锗管约为0.2V。当反向电压的值增大到UBR时，反向电压值稍有增大，反向电流会急剧增大，称此现象为反向击穿，UBR为反向击穿电压。布置作业§1-2 二 极 管一、半导体二极管的结构二极管的定义：一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。二极管按半导体材料的不同可以分为硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等。二极管按其结构不同可分为点接触型、面接触型和平面型二极管三类。 点接触型二极管PN结面积很小，结电容很小，多用于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件。 面接触型二极管PN结面积大，结电容也小，多用在低频整流电路中。平面型二极管PN结面积有大有小。图1.11 二极管的符号 简单介绍常见的二极管的外型了解国产二极管的型号的命名方法。二、半导体二极管的伏安特性1、正向特性外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN结仍处于截止状态 。正向电压大于死区电压后，正向电流 随着正向电压增大迅速上升。通常死区电压硅管约为0.5V，锗管约为0.2V。图1.13 二极管的伏安特性曲线2、反向特性二极管外加反向电压时，电流和电压的关系称为二极管的反向特性。由图1.13可见，二极管外加反向电压时，反向电流很小（I-IS），而且在相当宽的反向电压范围内，反向电流几乎不变，因此，称此电流值为二极管的反向饱和电流从图1.13可见，当反向电压的值增大到UBR时，反向电压值稍有增大，反向电流会急剧增大，称此现象为反向击穿，UBR为反向击穿电压。利用二极管的反向击穿特性，可以做成稳压二极管，但一般的二极管不允许工作在反向击穿区。 补充：二极管的温度特性二极管是对温度非常敏感的器件。实验表明，随温度升高，二极管的正向压降会减小，正向伏安特性左移，即二极管的正向压降具有负的温度系数（约为-2mV/）；温度升高，反向饱和电流会增大，反向伏安特性下移，温度每升高10，反向电流大约增加一倍。三、 二极管的主要参数（1）最大整流电流IF 最大整流电流IF是指二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大正向电流的平均值。（2）反向击穿电压UBR 反向击穿电压是指二极管击穿时的电压值。（3）反向饱和电流IS 它是指管子没有击穿时的反向电流值。其值愈小，说明二极管的单向导电性愈好。另外（4）反向击穿电压UB：指管子反向击穿时的电压值。（5）最高工作频率fm：主要取决于PN结结电容的大小。理想二极管：正向电阻为零，正向导通时为短路特性，正向压降忽略不计；反向电阻为无穷大，反向截止时为开路特性，反向漏电流忽略不计。四、二极管极性的判定将红、黑表笔分别接二极管的两个电极，若测得的电阻值很小（几千欧以下），则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；若测得的阻值很大（几百千欧以上），则黑表笔所接电极为二极管负极，红表笔所接电极为二极管的正极。五、二极管好坏的判定 （1）若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），表明二极管性能良好。 （2）若测得的反向电阻和正向电阻都很小，表明二极管短路，已损坏。 （3）若测得的反向电阻和正向电阻都很大，表明二极管断路，已损坏。补充：特殊二极管1.稳压二极管2.发光二极管LED3.光电二极管4.变容二极管5.激光二极管§1-3 三 极 管目的与要求1. 了解三极管的结构及类型2. 掌握半导体三极管的符号3. 理解半导体三极管的伏安特性及电流放大作用4. 知道三极管的主要参数和检测方法重点与难点重点 1. 三极管的符号 2. 三极管的伏安特性曲线难点 三极管的伏安特性曲线教学方法讲授法,列举法,启发法教具二极管,三极管，三角尺小结放大区 输出特性曲线近似平坦的区域称为放大区。三极管工作在放大状态时，具有以下特点： （a）三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置； （b）基极电流IB微小的变化会引起集电极电流IC较大的变化，有电流关系式：IC=IB；（c）对NPN型的三极管，有电位关系：UC>UB>UE；（d）对NPN型硅三极管，有发射结电压UBE0.7V；对NPN型锗三极管，有UBE0.2V。布置作业§1-3 三 极 管一、三极管的结构、符号及类型1. 三极管的结构及符号半导体三极管又称晶体三极管（下称三极管），一般简称晶体管，或双极型晶体管。它是通过一定的制作工艺，将两个PN结结合在一起的器件，两个PN结相互作用，使三极管成为一个具有控制电流作用的半导体器件。三极管可以用来放大微弱的信号和作为无触点开关。三极管从结构上来讲分为两类：NPN型三极管和PNP型三极管NPN型PNP型