PAGEPAGE21.1半導體的基本知識教案課題名稱半導體的基本知識所屬科目模擬電路教學對象中職電子技術應用專業班同步教材模擬電路技術基礎課型新授￡復習教材主編歐小東課程性質理論教學￡實踐教學授課時間年月日授課教師計劃課時1課時教學目標：熟悉半導體的三大特性；了解本征半導體的導體特性；掌握摻雜半導體的導電特性。教學重點：半導體的三大特性，本征半導體的導體特性，摻雜半導體的導電特性。教學難點：本征半導體的導體特性，摻雜半導體的導電特性教學過程批注任務1.1半導體的基本知識半導體及其特性半導體的定義導電能力介于導體和絕緣體之間且導電性能奇特的物質稱為半導體，如硅、鍺、硒與一些金屬氧化物和硫化物等。1.2半導體的特性（1）熱敏性：（2）光敏性：（3）2．本征半導體2.1半導體的共價鍵結構（1）半導體材料：硅（Si）材料和鍺（Ge）材料。（2）半導體管：硅和鍺的原子都是單晶體晶格結構構成的晶體，故半導體管也叫晶體管。（3）硅和鍺原子的簡化結構模型。（4）晶體的共價結構和電子-空穴對的產生。2.2本征半導體的特性2.2.1本征半導體的本征激發與復合。2.2.2本征半導體的導電特性。（1）載流子：運載電荷的粒子稱為載流子。本征半導體中有兩種載流子，即自由電子和空穴。（2）兩種導電方式：3．摻雜半導體3.1P型半導體（1）形成方式在本征硅的晶體中摻入3價元素（如硼），就形成P型半導體，如圖1-3（a）所示。（2）導電特性3.2．N型半導體（1）形成方式在本征硅的晶體內摻入5價元素（如磷），就形成N型半導體，如圖1-4（a）所示。（2）導電特性應知應會知識小結（1）熱敏性、光敏性、雜敏性是半導體的三大特性。（2）在本征半導體中，自由電子和空穴相伴產生，數目相同，當溫度升高時，所激發的自由電子-空穴對的數目增加，半導體的導電能力增強。（3）半導體中存在兩種載流子，一種是帶負電荷的自由電子，另一種是帶正電荷的空穴，它們都可以運載電荷形成電流。（4）摻雜半導體分為以下兩種。①P型半導體：在本征硅（或鍺）中摻入少量硼元素（3價）所形成的半導體。其中，多數載流子為空穴，少數載流子為自由電子。②N型半導體：在本征硅（或鍺）中摻入少量磷元素（5價）所形成的半導體。其中，多數載流子為自由電子，少數載流子為空穴。課后作業：見1.7中同步練習題一、填空題1、2；二、判斷題1、2；三、單項選擇題1；四、簡答題1。課后記要：1.2PN結的形成及特性教案課題名稱PN結的形成及特性所屬科目模擬電路教學對象中職電子技術應用專業班同步教材模擬電路技術基礎課型新授￡復習教材主編歐小東課程性質理論教學￡實踐教學授課時間年月日授課教師計劃課時1課時教學目標：了解PN結的形成過程；掌握PN結的單向導電性。教學重點：PN結的形成過程，PN結的單向導電性。教學難點：PN結的單向導電性教學過程批注任務1.2PN結的形成及特性PN結的形成過程在一塊完整的晶片上，通過摻雜工藝，可以一邊形成P型半導體，另一邊形成N型半導體。在P型和N型半導體結合面的兩側會因物理過程形成一個特殊的帶電薄層，這個帶電薄層稱為PN結。1.1擴散運動建立內電場半導體的多數載流子必將從濃度高的區域向濃度低的區域運動，即P區的空穴向N區擴散，N區的自由電子向P區擴散，這種多數載流子因濃度上的差異而形成的定向運動稱為擴散運動。如圖1-5（a）所示。擴散的結果是在交界的兩側形成了一個空間電荷區，即PN結，又稱耗盡層，如圖1-5（b）所示。空間電荷區中的正、負離子層形成一個空間電場，稱為內電場。空間電荷區以外的P區和N區仍是電中性的。1.2內電場對載流子的作用（1）阻礙多數載流子繼續擴散。內電場因多數載流子的擴散運動而形成，但擴散運動的方向與內電場的方向相反，因此多數載流子（2）幫助少數載流子漂移。綜上所述，PN結同時存在多數載流子的擴散電流和少數載流子的漂移電流。（3）PN結的形成過程。PN結的內電場阻礙多數載流子繼續擴散，使擴散電流不斷減小；幫助少數載流子加強漂移，使漂移電流不斷增大。當處于動態平衡狀態時，PN結便形成了。2．PN結的單向導電性2.1PN結正向偏置在PN結兩端外加電壓，稱給PN結加偏置。當給PN結的P端接高電位、N端接低電位時，稱PN結外加正向電壓或PN結正向偏置，簡稱正偏，如圖1-7（a）所示。當PN結正向偏置時，正向電流I較大，PN結呈現的電阻較小，稱PN結為導通狀態。為防止PN結過流燒毀，電路中必須串接限流電阻R。2.2PN結反向偏置當給PN結的P端接低電位、N端接高電位時，稱PN結外加反向電壓或PN結反向偏置，簡稱反偏，如圖1-7（b）所示。當PN結反向偏置時，反向電流I極小，PN結呈現的電阻很大，幾乎不導電，稱PN結為截止狀態。在反向偏壓大于一定數值且小于反向擊穿電壓數值的范圍內，反向電流基本保持不變，因而又稱反向電流為反向飽和電流。反向電流受溫度的影響很大，溫度越高，反向電流越大。結論：PN結正向偏置時導通、反向偏置時截止的特性稱為PN結的單向導電性。應知應會知識小結（1）半導體中的載流子有擴散和漂移兩種運動方式。多數載流子因濃度上的差異而形成的運動稱為擴散運動，少數載流子在內電場作用下的定向運動稱為漂移運動。（2）PN結是構成半導體二極管、三極管、場效應管、可控硅和半導體集成電路等元器件的基礎，其最基本的特性是單向導電性。（3）課后作業：見1.7中同步練習題一、填空題3；二、判斷題4；三、單項選擇題2、3、4；四、簡答題2。課后記要：1.3半導體二極管教案課題名稱半導體二極管所屬科目模擬電路教學對象中職電子技術應用專業班同步教材模擬電路技術基礎課型新授￡復習教材主編歐小東課程性質理論教學￡實踐教學授課時間年月日授課教師計劃課時4課時教學目標：熟悉二極管的結構及分類；理解半導體二極管的伏安特性和主要參數，掌握限幅和鉗位原理與應用電路；掌握二極管的極性及性能檢測方法。教學重點：二極管的結構、伏安特性、主要參數，限幅和鉗位應用電路，二極管的簡易檢測。教學難點：教學過程批注任務1.3半導體二極管二極管的結構與類型1.1二極管的結構及電路符號半導體二極管簡稱二極管，其結構的核心就是一個PN結，其常見的外形如圖1-8（a）所示，通常由管芯、管殼和電極3部分組成。二極管的電路符號及其等效如圖1-8（b）所示，文字符號用“VD”表示。它有兩個電極：接P區的為正極（A），接N區的為負極（K）。1.2二極管的分類（1）按制造材料分：硅二極管、鍺二極管和砷化鎵二極管等。（2）按用途分：整流二極管、穩壓二極管、發光二極管、光電二極管、變容二極管等，如圖1-9所示。（3）按管芯結構分：點接觸型二極管、面接觸型二極管、平面型二極管。二極管的特性及主要參數2.1二極管的伏安特性曲線二極管的伏安特性曲線，就是指二極管兩端所加電壓與流過二極管的電流之間的關系曲線。下面以硅二極管（AOB曲線）的正向特性和反向特性來分析曲線各部分的物理意義：(1)正向特性正向死區（Oa段）：正向非線性區（aa，段）：正向線性區（a，A段）：(2)反向特性反向截止區（Ob段）：反向擊穿區（bB段）：反向擊穿的類型有電擊穿（可恢復使用）和熱擊穿（永久損壞）。一般二極管不可以工作在反向擊穿區，但穩壓二極管工作在電擊穿區。2.2二極管的溫度特性溫度升高，二極管的正向壓降會減小，正向伏安特性左移；溫度升高，反向飽和電流會增大，反向伏安特性下移。2.3二極管的主要參數(1)最大整流電流IFM。(2)最高反向工作電壓URM。(3)反向飽和電流IS。(4)最高工作頻率（fmax）。(5)二極管的直流電阻和交流電阻。①直流電阻RD（也稱靜態電阻）指二極管兩端的電壓與流過二極管的電流之比，即②交流電阻rd（也稱動態電阻）指在Q點附近，二極管兩端的電壓的變化量與電流的變化量之比，即【例1】如圖1-14所示，二極管的導通電壓UD=0.7V，常溫下PN結電壓UT≈26mV，電容C對交流信號可視為短路；輸入ui為正弦波，有效值為10mV。試求二極管中的靜態電流和交流（動態）電流的有效值分別為多少？二極管應用電路3.1二極管限幅電路(1)功能：將輸入波形中不需要的部分削掉。(2)分類：根據二極管與負載的連接關系分：串聯限幅電路和并聯限幅電路；根據限幅的方向，可分為上限幅電路、下限幅電路和雙向限幅電路。圖1-15（a）為并聯上限幅電路。圖1-15（b）為并聯下限幅電路。圖1-15（c）為串聯上限幅電路。圖1-15（d）為串聯下限幅電路。圖1-15（e）中雙向限幅電路。【例2】由理想二極管構成的限幅電路和輸入信號波形分別如圖1-16（a）、（b）所示，分析限幅電路的類型，并根據輸入信號波形畫出輸出信號波形。【例3】、【例4】略【例5】由硅管構成的限幅電路如圖1-19（a）所示。已知ui=5sinωt（V），二極管導通電壓UD=0.7V。試分析該限幅電路的類型，畫出ui與uO的波形，并標出幅值。【例6】略3.2二極管鉗位電路將電路中某點的電位鉗制在固定的數值上，或者把輸入信號的底部或頂部鉗制在規定電平上的電路稱為鉗位電路。【例7】由理想二極管構成的電路如圖1-21所示，試判斷各分圖中的二極管是導通狀態還是截止狀態，并求出AB兩端的電壓UAB。【例8】略【例9】如圖1-23（a）所示，其輸入電壓uI1和uI2的波形如圖1-23（b）所示，二極管的導通電壓UD=0.7V。試畫出輸出電壓uO波形，并標出幅值。【例10】、【例11】略二極管的簡易檢測方法4.1二極管極性的判定。4.2二極管性能好壞的判定。應知應會知識小結課后作業：見1.7中同步練習題一、填空題4、6、7、8、9、10、11、12、13；二、判斷題5、6、7、9；三、單項選擇題5~17；四、簡答題3；五、計算題1、2、3；六、綜合題1、2、3。課后記要：1.4特種二極管及其應用教案課題名稱特種二極管及其應用所屬科目模擬電路教學對象中職電子技術應用專業班同步教材模擬電路技術基礎課型新授￡復習教材主編歐小東課程性質理論教學￡實踐教學授課時間年月日授課教師計劃課時2課時教學目標：熟悉各種特種二極管的工作偏置狀態及伏安特性；掌握特種二極管的電路符號及作用；了解特種二極管的主要參數及應用。教學重點：各種特種二極管的電路符號、工作偏置狀態、特性、應用與檢測方法。教學難點：穩壓二極管、發光二極管、光電二極管、變容二極管的特性、應用與檢測方法教學過程批注任務1.4特種二極管及其應用穩壓二極管1.1穩壓二極管的符號和伏安特性（1）穩壓二極管的外形和電路符號。所示。（2）穩壓二極管的伏安特性。圖1-27（b）所示為穩壓二極管的伏安特性曲線。它的正向特性曲線與普通二極管相似，反向擊穿特性曲線卻要比普通二極管更為陡峭，穩壓二極管工作在反向擊穿狀態。（3）穩壓二極管的工作原理。利用其反向電流在很大范圍內變化時兩端電壓基本不變的原理來實現穩壓的。1.2穩壓二極管的主要參數（1）穩定電壓UZ。（2）穩定電流IZ。穩定電流IZ：IZmin<IZ<IZmax。（3）最大耗散功率PZmax。（4）動態電阻rz。（5）溫度系數K。1.3穩壓二極管的檢測穩壓二極管的檢測與普通二極管相同，只是其正向電阻比普通二極管大，可通過檢測單向導電性判斷其好壞。發光二極管2.1發光二極管（LED）的結構、符號和外形（1）LED的作用：將電能轉化成光能的半導體器件。（2）LED制成材料：砷化鎵、磷化鎵等。（3）LED發光的顏色：紅光、綠光、黃光（4）發光二極管的結構和外形LED的文字符號為VL，其電路符號和外形如圖1-28（a）所示。2.2LED的伏安特性曲線2.3LED的特性參數LED的特性參數主要包括電性能參數和光性能參數，請參閱有關的半導體手冊。2.4LED應用電路（1）LED驅動電路。（2）LED的光電耦合應用。2.5LED的檢測LED的檢測與普通二極管相似，只需檢測單向導電性便可判斷其好壞。但LED的正向管壓降為1.6～3V，因此擋位選擇通常為R1擋（適用于低管壓降LED，能提供較大的驅動電流）或R10k擋（適用于高管壓降LED，能提供較高的偏置電壓）。性能正常的LED在被檢測時會發出弱光，肉眼即可觀察到。光電二極管3.1光電二極管的外形、符號及工作原理（1）光電二極管（也稱光敏二極管）的作用：將光信號轉換成電信號。（2）光電二極管的外形、符號光電二極管主要有2AU、2CU、2DU系列。它的文字符號為VL，其外形和電路符號如圖1-31（a）所示。（3）光電二極管的工作原理光電二極管工作在反向偏置狀態下。當無光照射時，反向電流極小；當有光照時，反向電流即光電流激增。3.2光電二極管的主要參數（1）最高工作電壓URM。（2）暗電流ID。（3）光電流IL。3.3光電二極管的應用光電二極管廣泛用于制造光電傳感器、光電耦合器和光電控制器等。3.4光電二極管的使用與檢測變容二極管4.1變容二極管的外形、符號及工作狀態（1）變容二極管的工作狀態變容二極管工作在反向偏置狀態，PN結結電容的大小隨著反向電壓的升高而減少，本質上是一個受反向電壓控制的可變電容器。（2）變容二極管的外形、符號變容二極管主要有2AC、2CC、2EU系列。它的文字符號為VD，其電路符號、外形，以及結電容與反向電壓的關系如圖1-32所示。4.2變容二極管的應用變容二極管廣泛應用于電子調諧、直接調頻、自動頻率控制、調相和倍頻等高頻電子電路中。應知應會知識小結（1）穩壓二極管、光電二極管、變容二極管工作在反向偏置狀態，發光二極管（LED）工作在正向偏置狀態。（2）穩壓二極管均為硅管，是具有很陡峭的反向擊穿特性曲線，能穩定兩端電壓的二極管。（3）發光二極管是一種能將電能轉化成光能的半導體器件，通常用砷化鎵、磷化鎵等材料制成。（4）光電二極管是一種將光信號轉變成電信號的半導體器件，廣泛用于制造光電傳感器、光電耦合器和光電控制器等。（5）變容二極管的結電容會隨反向電壓的升高而顯著減小，本質上是一個受反向電壓控制的可變電容器。課后作業：見1.7中同步練習題一、填空題14、15；三、單項選擇題18、19、20。課后記要：1.5半導體三極管教案課題名稱半導體三極管所屬科目模擬電路教學對象中職電子技術應用專業班同步教材模擬電路技術基礎課型新授￡復習教材主編歐小東課程性質理論教學￡實踐教學授課時間年月日授課教師計劃課時4課時教學目標：熟悉三極管的結構、分類及主要參數；理解并掌握三極管的電流分配關系、放大作用及伏安特性曲線；了解特種三極管及其應用；掌握三極管管型、電極及質量檢測方法。教學重點：三極管的結構，三極管的的伏安特性曲線，三極管的主要參數，復合三極管，三極管的判別與質量估測。教學難點：教學過程批注任務1.5半導體三極管三極管的基本結構和類型1.1三極管的構造特點及符號PNP型及NPN型三極管用文字符號VT表示，其內部結構及符號如圖1-34所示。三區：發射區、基區、集電區。三極：發射極（E或e）、基極（B或b）、集電極（C或c）。兩結：發射結、集電結。實際上發射極箭頭方向就是發射結正向電流方向。1.2分類：（1）按半導體基片材料分：NPN型和PNP型。（2）按功率大小分：小功率管（≤1W）和大功率管（>1W）。（3）按工作頻率高低分：低頻管（300kHz以下）中頻管（300kHz～3MHz）、高頻管（3～30MHz）和超高頻管（30MHz以上）。（4）按管芯所用半導體材料分：鍺管和硅管。（5）按制造結構工藝分：合金管和平面管。（6）按用途分：放大管和開關管。1.3外形及封裝形式三極管常見的有金屬、玻璃、塑料等封裝形式。常見三極管的外形及封裝如圖1-35所示。2．三極管的電流分配關系和放大作用2.1三極管各電極上的電流分配（1）NPN管電流的分配關系和放大作用測試電路如圖1-36（a）所示。（2）實驗數據在圖1-36（a）中，電路接通后，調節可變電阻RB的阻值，改變基極電流，讀取相對應的集電極電流IC和發射極電流IE，以及斷開發射極后的IB、IC、IE的數值，并填入表1-1中。（3）結論：2.2三極管的電流放大作用由上述實驗可得結論：基極電流的微小變化可以控制集電極電流的較大變化，這就是三極管的電流放大原理。（1）直流電流放大作用：（2）交流電流放大作用：2.3三極管具有電流放大作用的條件（1）外部條件：發射結加正向偏置電壓，集電結加反向偏置電壓。（NPN：VC>VB>VE；PNP：VC<VB<VE。）（2）內部條件：①發射區摻雜濃度遠高于基區摻雜濃度，以便有足夠的載流子供“發射”。②基區很薄，摻雜濃度很低，以減少載流子在基區的復合機會。③集電結的面積比發射結的面積大，以便收集載流子。2.4三極管基本放大器的基本連接方式（1）共發射極接法：（2）共集電極接法：（3）共基極接法：3．三極管的伏安特性曲線3.1輸入特性曲線（1）輸入特性曲線的制作三極管輸入特性曲線的測試電路如圖1-39（a）所示。（2）輸入特性曲線的分析3.2輸出特性曲線（1）輸出特性曲線的制作三極管輸出特性曲線的測試電路如圖1-40（a）所示。（2）輸出特性曲線的分析綜上所述，三極管工作在截止區時，發射結零偏或反偏、集電結反偏，集電極和發射極之間相當于一個斷開的開關；工作在飽和區時，發射結和集電結均正偏，集電極和發射極之間相當于一個閉合的開關；工作在放大區時，發射結正偏、集電結反偏，集電極電流受控于基極電流。【例12】