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1、什么是半导体,什么是本证半导体?
半导体:
导电性介于导体和绝缘体之间的物质
本征半导体:
纯净(无杂质)的晶体结构(稳定结构)的半导体,所有半导体器件的基本材料。
常见的四价元素硅和锗。
2、杂质半导体(20分钟)
N型半导体:
在本征半导体中参入微量5价元素,使自由电子浓度增大,成为多数载流子(多子),空穴成为少数载流子(少子)。
如图(a)
P型半导体:
在本证半导体中参入微量3价元素,使空穴浓度增大,成为多子,电子成为少子,以空穴导电为主的杂志半导体称为P型半导体。
如图(b)
3、PN结
P型与N型半导体之间交界面形成的薄层为PN结。
二:
PN结的单项导电性(20分钟)
PN结加正向电压时,可以有较大的正向扩散电流,即呈现低电阻,我们称PN结导通;
PN结加反向电压时,只有很小的反向漂移电流,呈现高电阻,我们称PN结截止。
这就是PN结的单向导电性。
1、正偏
加正向电压(正偏)——电源正极接P区,负极接N区
外电场的方向与内电场方向相反。
外电场削弱内电场→耗尽层变窄→扩散运动>
>
漂移运动→多子扩散形成正向电流(与外电场方向一致)IF
2、反偏
加反向电压(反偏)——电源正极接N区,负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。
外电场加强内电场→耗尽层变宽→漂移运动>
扩散运动→少子漂移形成反向电流IR
三:
半导体二极管的构成与类型(20分钟)
1、半导体二极管的构成
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。
2、半导体二极管的类型
(1)二极管按半导体材料的不同可分为:
硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等。
(2)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。
本课小结:
1、N型半导体,自由电子为多数载流子,热激发形成的空穴为少数载流子。
P型半导体,空穴为多数载流子,热激发形成的自由电子是少数载流子
2、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。
3、半导体二极管的构成:
一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来。
作业布置:
P221、2、3题
板书设计:
PN结及其单项导电性
自由电子为多数载流子
空穴为少数载流子
空穴为多数载流子
自由电子为少数载流子
单项导电性:
PN结外加正向电压时处于导通状态作业:
P221、2、3
外加反向电压时处于截止状态
教学反思:
1、掌握半导体二极管的伏安特性与主要参数
2、了解半导体二极管的使用常识
1、二极管的符号及主要参数2、二极管的伏安特性
二极管的伏安特性
讲授法、启发式教学、观察法
回顾上节课所学内容,1、N型半导体,自由电子为多数载流子,热激发形成的空穴为少数载流子。
P型半导体,空穴为多数载流子,热激发形成的自由电子是少数载流子2、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。
3、半导体二极管的构成:
半导体二极管的伏安特性(30分钟)
1、PN结的伏安特性方程
PN结两端的电压U和和流过PN结的电流I的关系:
为PN结的反向饱和电流
为温度的电压当量,
正偏时U与I为正值,反偏时U与I为负值
2、二极管的伏安特性曲线
(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
(2)反向特性
二极管电压时,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
结论:
(1)二极管是非线性原件
(2)二极管具有单项导电性
(3)反向击穿特性
3、温度对二极管特性的影响
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
半导体二极管的使用常识(30分钟)
1、二极管的型号
表1.1.1
2、二极管的主要参数
(1)最大整流电流
最大整流电流
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)最高反向电压
允许加在二极管上的反向电压的最大值。
(3)反向饱和电流
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)最高工作频率
:
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。
3、二极管管脚级性及质量的判断
(1)二极管的管脚级性
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。
(2)质量判断
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。
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。
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。
1、半导体二极管的伏安特性:
2、二极管的主要参数:
最高反向电压
最高工作频率
反向饱和电流
3、半导体二极管的测量
(1)反向电阻很大,正向电阻很小,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。
(10分钟)
二极管的伏安特性及使用常识
伏安特性:
硅管:
0.5V,锗管:
0.2V
主要参数:
作业:
半导体二极管的基本应用
1、掌握半导体二极管的电路模型
2、掌握单项桥式整流滤波电路工作原理
3、了解硅整流组合管
1、二极管的电路模型2、单相桥式整流滤波电路原理
单相桥式整流滤波电路原理
讲授法
复习上节课所讲内容,二极管的单项导电性,二极管的伏安特性,二极管的测量及参数,根据二极管的伏安特性图,引出二极管的电路模型图(10分钟)
半导体二极管的电路模型(30分钟)
1、理想模型:
相当一个开关
2、恒压降模型
不随电流而变,硅管
取0.7,锗管
取0.2。
更接近实际二极管。
3、实际应用
和输出电压
。
设二极管为硅管。
解:
首先要判断二极管是出于导通状态还是截止状态,可以通过计算(或观察)二极管未导通时的阳极和阴极间的点位差,若该电位差大于二极管所需要的导通电压,则说明二极管出于正向偏置而导通,如果该电位差小于二极管的导通电压,则该二极管处于反向偏置而截至。
,阴极电位
,则阴极和阳极的电位差为4V,导通。
1、用理想模型
二极管D导通,其管压降为0所以
=2mA
用恒压降模型
由于二极管D导通,
,故:
=1.65mA
练习:
二极管电路图如图所示,试分别用二极管的理想模型,恒压降模型计算回路中的电流
设二极管为锗管。
单项桥式整流滤波电路(30分钟)
1、单项桥式整流电路
(1)简单介绍二极管的单向导电性,然后画出桥式整流电路的原理图
(2)讲解整流电路的作用:
把交流电转变成直流电。
接着讲交流电的特点:
电流(或电压)大小和方向随时间不断变化
(3)讲交流转变成直流的过程。
为了简化讨论,先不考虑电压的大小,只考虑方向,那么可以将交流电分成正负两个半周:
正半周(下正下负)和负半周(下正上负)。
正半周:
上正下负,此时会产生一个下图中红色线条所示电流。
负载电流方向:
从上到下;
电压方向:
上正下负
负半周:
即下正上负。
此时会产生下图中绿色线条所示的电流。
设电源变压器二次绕组的电压
负载电流和电压值:
的直流电压和2A的直流电流,交流电源电压为220V。
试选择整流二极管
解:
电压器的二次电压有效值为
=
反向最高电压:
二级挂的平均电流:
硅整流组合管
1、理想模型:
相当与一个开关
恒压降模型:
硅0.7,锗0.2
2、单项桥式整流滤波电路
电源变压器二次绕组的电压
P231.15、1.16、1.17题
单相桥式整流电路
电源变压器二次绕组的电压:
P231.15
1.16、1.17题
1、掌握滤波电路工作原理
2、掌握电容滤波电路参数计算
3、了解硅高压整流堆与限幅电路
滤波电路工作原理及参数的计算
滤波电路工作原理及参数的计算
复习上节课所讲内容,半导体二极管的电路模型,理想模型相当于开关,恒压模型,硅管0.7V,锗管0.2V。
单项桥式整流电路输出电压输出电流的计算方式,根据桥式整流电路的工作原理,引出桥式滤波电路(10分钟)
滤波电路(40分钟)
1、电容滤波电路
电容滤波主要利用电容两端电压不能突变的特性,使负载电压波形平滑,故电容与负载并联,如上图所示。
(1)工作原理
当
为正半周并且数值大于电容两端电压
时,二极管D1和D3管导通,D2和D4管截止,电流一路流经负载电阻
,另一路对电容C充电。
,导致D1和D3管反向偏置而截止,电容通过负载电阻
放电,
按指数规律缓慢下降
为负半周幅值变化到恰好大于
时,D2和D4因加正向电压变为导通状态
再次对C充电,
上升到
的峰值后又开始下降;
下降到一定数值时D2和D4变为截止,C对
按指数规律下降;
放电到一定数值时D1和D3变为导通,重复上述过程。
C对充放电的影响电容充电时间常数为
,因为二极管的
很小,所以充电时间常数小,充电速度快;
C为放电时间常数,因为
较大,放电时间常数远大于充电时间常数,因此,滤波效果取决于放电时间常数。
电容C愈大,负载电阻
(2)参数计算
T为交流电压的周期。
输出电压:
负载上的直流电流:
流过每个二极管的电流:
(3)输出特性
电路的电压随着输出电流的增大而明显降低,带负载能力差,所以电容滤波电路一般用在负载电流较小(
较大)变化不大的场合。
优点:
输出直流电压高,波纹小
缺点:
输出特性较差(带负载能力差)
2、电感滤波电路:
适用于负载电流较大,负载变化较大的场合。
体积大,在小型电子设备中很少采用
3、复试滤波电路
常用的有π型RC,π型LC,
型LC滤波电路。
P14
硅高压整流堆
将多个高压硅整流二级挂串联起来加以封装,最高反向工作电压达到数千伏,正向工作电流很小,仅几毫安。
限幅电路
利用二极管的单项导电性和导通后两端电压基本不变的特点,可组成限幅电路,限制输出电压。
1、电容滤波:
2、电感滤波:
3、RC-π型滤波:
4、LC-π型滤波:
5、LC-
型滤波:
P231.18、1.19、1.20题
单相桥式滤波电路
P23
1.18、1.19、1.20
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