《电子技术基础》正式教案.doc
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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:
①热敏性
②光敏性
③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
1.PN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1.7PN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1.8PN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1.9PN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1.20PN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LED
3.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=βIB;
(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UBE≈0.7V;对NPN型锗三极管,有UBE≈0.2V。
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
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