二極管及應(yīng)用

1、第一課時(shí)課題：半導(dǎo)體課時(shí)：1課時(shí)知識目標(biāo)：1、了解自然界中物質(zhì)的分類 2、理解價(jià)電子、載流子的定義 3、理解半導(dǎo)體中的兩種載流子及特點(diǎn) 4、本征半導(dǎo)體的定義及特點(diǎn)重點(diǎn)提示：半導(dǎo)體中的兩種載流子及特點(diǎn)教學(xué)過程：初中物理課中介紹，自然界中的物質(zhì)根據(jù)導(dǎo)電的強(qiáng)弱，可分為導(dǎo)體和絕緣體，后來人們發(fā)現(xiàn)另一類物質(zhì)，它的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，人們把這種物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。一、 半導(dǎo)體定義：半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。為什么各類物質(zhì)導(dǎo)電能力不同，根本原因在于不同的物質(zhì)其內(nèi)部特性不同，物質(zhì)內(nèi)部運(yùn)載電荷的粒子載流子的多少是決定物質(zhì)導(dǎo)電能力的一個重要因素。這要從初中化學(xué)分子結(jié)構(gòu)來說，物質(zhì)是由分子組成

2、，而分子又是由原子組成，原子是由帶正電的原子核和核外帶負(fù)電的電子組成，電子分層排列，內(nèi)層的電子受原子核的引力較大，最外層的電子受原子核的引力較小，稱為價(jià)電子，所有電子都在圍著原子核做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。價(jià)電子：受原子核束縛的核外電子。金屬導(dǎo)體中，原子核對價(jià)電子的束縛很弱，有大量的價(jià)電子擺脫原子核的束縛成為自由電子，在外電場作用下做定向移動形成電流，所以金屬導(dǎo)電性能良好。注意在金屬導(dǎo)體中只有自由電子一種載流子，且運(yùn)動方向與電流方向相反。載流子：不受（擺脫）原子核束縛的核外價(jià)電子。絕緣體中，原子核對價(jià)電子的束縛很強(qiáng)，價(jià)電子不容易擺脫原子核的束縛成為自由電子，所以導(dǎo)電能力很差。在半導(dǎo)體中，目前常用的半導(dǎo)體

3、材料是硅(Si)和鍺（Ge），它們都是四價(jià)元素，用圖1表示硅或鍺的結(jié)構(gòu)示意圖。二、 半導(dǎo)體中的兩種載流子自由電子又叫電子載流子（帶負(fù)電）：逆電場方向移動空穴又叫空穴載流子（帶正電）：順電場方向移動 注意：電子空穴對：受溫度影響，溫度越高，電子空穴對數(shù)目越多。三、 本征半導(dǎo)體定義：幾乎不含任何雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體。特點(diǎn)：電子數(shù)=空穴數(shù)本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)受溫度影響。練習(xí)：1、半導(dǎo)體的定義2、半導(dǎo)體和金屬導(dǎo)體導(dǎo)電性能的區(qū)別。3、半導(dǎo)體中有兩種載流子，即帶正電的 和負(fù)電的 ，在電場力作用下， 順電場方向移動， 逆電場方向移動。溫度升高，兩種載流子的數(shù)目將 ，并且變化數(shù)量 （填“相同”或“不同”）。第二課

4、時(shí)課題：雜質(zhì)半導(dǎo)體課時(shí)：1課時(shí)知識目標(biāo)：1、知道雜質(zhì)半導(dǎo)體的定義及分類 2、雜質(zhì)半導(dǎo)體中載流子的特點(diǎn)重點(diǎn)提示：雜質(zhì)半導(dǎo)體中載流子及特點(diǎn)教學(xué)過程：四、半導(dǎo)體的分類根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同，將雜質(zhì)半導(dǎo)體分為兩類：分類：N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體1、 N型半導(dǎo)體（摻入+5價(jià)元素）又叫做電子型半導(dǎo)體 內(nèi)部載流子特點(diǎn)：多數(shù)載流子是電子，少數(shù)載流子是空穴多子與摻入雜質(zhì)的濃度（摻雜濃度）有關(guān)；少子與電子空穴對（溫度）有關(guān)；N型半導(dǎo)體可用下圖表示：2、 P型半導(dǎo)體（摻入+3價(jià)元素）又叫做空穴型半導(dǎo)體 內(nèi)部載流子特點(diǎn)：多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是電子多子與摻入雜質(zhì)的濃度（摻雜濃度）有關(guān)；少子與電子空穴對（溫度）有關(guān)；P

5、型半導(dǎo)體可用下圖表示： 總之，無論N型還是P型半導(dǎo)體，里面的多數(shù)載流子的數(shù)目與摻雜濃度有關(guān)，少數(shù)載流子的數(shù)目與溫度有關(guān)。以后我們所說的半導(dǎo)體都指雜質(zhì)半導(dǎo)體，所以我們給半導(dǎo)體定義為：半導(dǎo)體：它的導(dǎo)電能力隨著摻入雜質(zhì)、輸入電壓(電流)、溫度和光照條件的不同而發(fā)生很大變化，這種物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。思考：N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體各帶什么電？練習(xí)：1、半導(dǎo)體即導(dǎo)電能力介于 和 之間，它的導(dǎo)電能力隨著 和 的變化而變化，因其內(nèi)部導(dǎo)電粒子的特點(diǎn)，在其接受光照后，其導(dǎo)電能力會 。2、在P型半導(dǎo)體中，自由電子的濃度 空穴的濃度。A、大于 B、等于 C、小于3、在本征半導(dǎo)體中，電子與空穴數(shù)目 ，當(dāng)在其中摻入五價(jià)元素后，

6、形成 半導(dǎo)體，其載流子特點(diǎn)：空穴 ，電子 ，所以又稱為 半導(dǎo)體。4、半導(dǎo)體即導(dǎo)電能力介于 和 之間，它的導(dǎo)電能力隨著 和 的變化而變化，因其內(nèi)部導(dǎo)電粒子的特點(diǎn)，在其接受光照后，其導(dǎo)電能力會 。第三課時(shí)課題：PN結(jié)課時(shí)：1課時(shí)知識目標(biāo)：1、知道載流子的兩種運(yùn)動方式及特點(diǎn) 2、PN結(jié)的形成過程重點(diǎn)提示：擴(kuò)散運(yùn)動與漂移運(yùn)動的動態(tài)平衡復(fù)習(xí)提問：1、半導(dǎo)體的定義及分類2、 P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體內(nèi)部載流子的特點(diǎn)3、 半導(dǎo)體中多子和少子和什么有關(guān)教學(xué)過程：四、 PN結(jié)兩種運(yùn)動：擴(kuò)散運(yùn)動：指由濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動。 漂移運(yùn)動：指載流子在電場力作用下發(fā)生的定向運(yùn)動。 自由電子逆電場方向運(yùn)動 空穴順電

7、場方向運(yùn)動作業(yè)：復(fù)習(xí)PN結(jié)的形成過程第四課時(shí)課題：PN結(jié)的單向?qū)щ娦哉n時(shí)：1課時(shí)知識目標(biāo)：1、PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通，加反向電壓截止 2、PN結(jié)特性：單向?qū)щ娦灾攸c(diǎn)提示：PN結(jié)加正向電壓時(shí)多子參與導(dǎo)電，加反向電壓時(shí)少子導(dǎo)電教學(xué)過程：五、 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?、 PN結(jié)加正向電壓（導(dǎo)通）注意：少子漂移形成的電流與正向電流方向相反，數(shù)量很小，可以忽略不計(jì)。2、 PN結(jié)加反向電壓（截止）注意：反向電流是由少子漂移所形成的，所以受溫度影響很大。總結(jié)：當(dāng)PN結(jié)加正向電壓時(shí)有較大的電流通過，正向電阻很小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；PN結(jié)加反向電壓時(shí)只有很小的電流流過，或者粗略的認(rèn)為沒有電流通過，反向電阻很大，PN

8、結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。這就是PN結(jié)的重要特性-單向?qū)щ娦?。作業(yè)：PN結(jié)的特性：PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變 ，電流較 ，正向?qū)娮栎^ ，PN結(jié)處于 狀態(tài)，正向?qū)娏魇怯?載流子形成，受 影響；加反向電壓時(shí)，PN結(jié)變 ，電流較 ，反向電阻較 ，PN結(jié)處于 狀態(tài)，反向電流是由 載流子形成，受 影響，所以說PN結(jié)具有 性。第五課時(shí)課題：半導(dǎo)體二極管課時(shí)：1課時(shí)知識目標(biāo)：1、半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號2、二極管的特性：單向?qū)щ娦?、二極管的特性曲線分為四個區(qū)：正向?qū)▍^(qū)、死區(qū)、反向截止區(qū)和反向擊穿區(qū)4、硅二極管和鍺二極管的死區(qū)電壓和正向?qū)妷褐攸c(diǎn)提示：二極管的特性曲線復(fù)習(xí)提問：PN結(jié)的特性 PN結(jié)加正向

9、電壓時(shí)多子運(yùn)動，加反向電壓時(shí)少子運(yùn)動教學(xué)過程：六、 半導(dǎo)體二極管(又叫晶體二極管，簡稱二極管)1、 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號 箭頭表示正向?qū)〞r(shí)正向電流的方向2、 二極管的特性二極管的核心部分是PN結(jié)，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，所以二極管的特性也是單向?qū)щ娦?。二極管的伏安特性：指二極管兩端的電壓和流過二極管的電流之間的關(guān)系。由二極管的伏安特性曲線可知：二極管的電壓與電流變化不呈線性關(guān)系，其內(nèi)阻不是常數(shù)，所以二極管屬于非線性器件。注意：不同材料制成的二極管的伏安特性有一定差別，但其形狀基本相似。3、 二極管的分類根據(jù)管芯結(jié)構(gòu)的不同可分為：點(diǎn)接觸型，適合小電流狀態(tài)使用 面接觸型 平面型4、 二極管的主

10、要參數(shù)（1） 最大整流電流I指二極管長時(shí)間工作時(shí)允許通過的最大直流電流。（2） 最高反向工作電壓指二極管正常使用時(shí)所允許加的最高反向電壓。課后作業(yè)：一、填空：1、二極管的核心部分是 ，具有 性。2、按材料不同，二極管分為 和 。3、按管芯結(jié)構(gòu)不同，二極管可分為 、 和 三種，其中， 型適宜在小電流狀態(tài)下使用， 和 適宜在大電流場合中使用。4、硅二極管的死區(qū)電壓為 ，正向?qū)妷簽?；鍺二極管的死區(qū)電壓為 ，正向?qū)妷簽?。5、PN結(jié)外加的反向電壓增加到一定值時(shí)，反向電流急劇增大，稱為PN結(jié) ；若反向電流未超過允許值，當(dāng)反向電壓撤除后，PN結(jié)仍能恢復(fù) ，若反向電流增大并超過允許值，會使PN結(jié)燒

11、壞，稱為 。6、二極管的伏安特性曲線可分為四個區(qū)，即： 、 、 和 ；從其伏安特性曲線可以看出，二極管的電壓和電流變化不呈線性關(guān)系，其內(nèi)阻不是 ，所以二極管屬于 器件。7、二極管的主要參數(shù)有： 和 。8、溫度升高時(shí)，二極管中反向電流將 ；本征半導(dǎo)體中載流子的數(shù)目將 。二、判斷：（ ）1、二極管加正向電壓一定導(dǎo)通，加反向電壓一定截止。（ ）2、理想二極管正向電壓為0，正向電阻為0；反向電流為0，反向電阻。（ ）3、二極管擊穿后一定損壞。（ ）4、二極管的正向電阻比反向電阻大。三、如下圖所示，電源電壓U=6V，電阻阻值為R=25，二極管為硅材料制作，試求：（1） 二極管兩端的電壓（2） 電路中的電

12、流第六課時(shí)課題：半導(dǎo)體二極管課時(shí)：1課時(shí)知識目標(biāo)：1、電壓和電位的區(qū)別2、根據(jù)電路圖計(jì)算各點(diǎn)電位3、根據(jù)電位確定二極管的狀態(tài)重點(diǎn)提示：電壓等于這兩點(diǎn)之間的電位差七、 電位定義：電路中某點(diǎn)相對于參考點(diǎn)間的電壓。參考點(diǎn)選擇：原則上是任意的對于單電源，一般選擇電源的負(fù)極對于多個電源，一般選擇電源的公共部分電路中只有一個參考點(diǎn)例題1：計(jì)算下圖中的電位和電阻上的電壓。例題2、計(jì)算下圖中的電位、A、B兩點(diǎn)、B、C 兩點(diǎn)間的電壓。（設(shè)二極管為硅材料）結(jié)論：電位是相對的，它的大小與參考點(diǎn)的選擇有關(guān)； 電壓是絕對的，它的大小與參考點(diǎn)的選擇無關(guān)。八、 電壓由上例得出結(jié)論：所謂電壓就是某兩點(diǎn)之間的電位差，用公式表示

13、為：計(jì)算下圖中二極管兩端的電壓，并確定二極管的狀態(tài)。課后練習(xí)1-51-5、判斷下圖中各二極管是導(dǎo)通還是截止？試求出AO兩點(diǎn)間的電壓(設(shè)二極管正向電阻為0，反向電阻為，即二極管為理想二極管)分析思路：先假設(shè)所有二極管截止確定二極管正極和負(fù)極的電位計(jì)算二極管兩端的電壓a、若V0，二極管導(dǎo)通；V 0，二極管VD承受正向電壓而導(dǎo)通，電流流通路徑為：AVDCB,= ，=0;（2）時(shí)， 0，二極管承受正向電壓而導(dǎo)通，電流流通路徑為：ACO,= ， =0;0，二極管承受正向電壓而導(dǎo)通，電流流通路徑為：BCO,= ， =0; 0，二極管、承受正向電壓而 導(dǎo)通， =0,電流流通路徑為： ACDB ;二極管、承受

14、反向電壓而截止，=-,輸出電壓=。（2）時(shí)， 0且正向增大，,二極管VD承受正向電壓而導(dǎo)通，電流路徑分兩路：電流給負(fù)載供電電流通過AVDCB給電容C充電，并且充電時(shí)間=C很短，幾乎為0，=（2）當(dāng)t=時(shí)，=（3）當(dāng)t時(shí)，正向減小，時(shí)，,二極管VD承受正向電壓而導(dǎo)通，又重復(fù)以上過程。3、計(jì)算公式（1）負(fù)載上：輸出平均電壓：有負(fù)載：= 空載：=1.4輸出平均電流：有負(fù)載：= 空載：=0(2)二極管VD上：平均電流：=最高反向電壓：=2 (3)選擇二極管VD應(yīng)滿足：最大整流電流： 最高反向電壓：2（4） 選擇電容應(yīng)滿足：耐壓2 電容C(5)或C(5) 注意：T表示正弦交流電的周期，單位秒（s） F表

15、示正弦交流電的頻率，單位赫茲（Hz） C電容，單位法拉（F） 練習(xí)：單相半波整流電容濾波電路中，已知變壓器二次電壓為20V，負(fù)載為12K，試求： （1）負(fù)載電壓及電流（2）流過二極管的電流及二極管承受的最高反向工作電壓（3）選擇二極管（4）選擇濾波電容板書設(shè)計(jì)：濾波電路：濾除脈動直流電中的交流成分，保留直流成分的電路常用的濾波電路有：電容濾波電路、電感濾波電路和復(fù)式濾波電路一、 電容濾波電路（一）單相半波整流電容濾波電路1、電路原理圖（略）2、工作原理及波形圖（1）0，二極管導(dǎo)通，給負(fù)載供電，同時(shí)給電容C充電，充電時(shí)間很短。（2）當(dāng)t=時(shí)，=。（3） 當(dāng)t時(shí)，二極管截止，電容C對負(fù)載放電，并且

16、放電時(shí)間很長。（4）當(dāng)t=時(shí)，=（5）當(dāng)t時(shí)，二極管又導(dǎo)通，重復(fù)以上過程。3、計(jì)算公式（1）負(fù)載上：有負(fù)載：=，= 空載：=1.4，=0 (2)二極管VD上： = 2(3)選擇二極管VD應(yīng)滿足： 2（4）選擇電容應(yīng)滿足：耐壓2 電容C(5)或C(5) 注意：T表示正弦交流電的周期，單位秒（s） f表示正弦交流電的頻率，單位赫茲（Hz） C電容，單位法拉（F） 第13課時(shí)課題：半導(dǎo)體二極管課時(shí)：1課時(shí)知識目標(biāo)：1、單相橋式整流電容濾波電路電路圖及工作原理2、負(fù)載上電壓、電流的計(jì)算，二極管中電流及最高反向工作電壓的計(jì)算，選擇二極管 3、單相橋式整流電容濾波電路的特點(diǎn)重點(diǎn)提示：各種計(jì)算公式教學(xué)過程：

17、六、單相橋式整流電容濾波電路1、電路圖2、工作原理（1）0時(shí)， 0且正向增大，VD1正向?qū)ǎ?VD3正向?qū)?，電流路徑：AVD1C電容C充電，并且充電時(shí)間=很短，幾乎為0，=給負(fù)載供電DVD3B,當(dāng)t=時(shí)，=(2) 當(dāng)t時(shí)，正向減小，VD1反向截止，時(shí)，二極管VD2、VD4承受正向電壓而導(dǎo)通，電流路徑：BVD2C電容C充電，并且充電時(shí)間=很短，幾乎為0，=-給負(fù)載供電DVD4A,當(dāng)t=時(shí)，=(4)當(dāng)t時(shí)，反向減小，時(shí)， , VD1、VD3正向?qū)?，又重?fù)以上過程。3、計(jì)算公式（1）負(fù)載上：輸出平均電壓：有負(fù)載：=1.2 空載：=1.4輸出平均電流：有負(fù)載：= 空載：=0(2)二極管VD上：平

18、均電流：=最高反向電壓：= (3)選擇二極管VD應(yīng)滿足：最大整流電流： 最高反向電壓：（4）選擇電容應(yīng)滿足：耐壓 電容C(5)或C(5) 注意：T表示正弦交流電的周期，單位秒（s） F表示正弦交流電的頻率，單位赫茲（Hz） C電容，單位法拉（F） 練習(xí)：單相橋式整流電容濾波電路中，已知變壓器二次電壓為15V，負(fù)載為10K，試求： （1）負(fù)載電壓及電流（2）流過二極管的電流及二極管承受的最高反向工作電壓（3）選擇二極管（4）選擇濾波電容第14課時(shí)課題：二極管整流電路公式總結(jié)課時(shí)：1課時(shí)教學(xué)過程：七、公式總結(jié)二極管VD選擇二極管VD電容器平均電壓平均電流平均電流最高反向電壓最高反向電壓最大整流電流

19、耐壓電容半波0.45=全波0.9=22橋式0.9=半波+濾波接=22 2C(5)或C(5)空載1.4=0橋式+濾波接1.2=空載1.4=0第15課時(shí)課題：復(fù)式濾波電路課時(shí)：1課時(shí)知識目標(biāo)：掌握三種復(fù)式濾波電路的優(yōu)缺點(diǎn)教學(xué)過程：九、 復(fù)式濾波電路1、 型RC濾波電路C1的作用和上面的濾波作用相同，R和C2起進(jìn)一步平滑作用，只要C2足夠大，其交流阻抗1/（C）很小，對交流成分起旁路作用，于是在負(fù)載上的交流電壓進(jìn)一步減小。C2越大，效果越好。缺點(diǎn)：電阻R上的直流壓降使輸出直流電壓降低。2、 型LC濾波電路L電感量很大，直流電阻很小，而其交流阻抗L一般很大，所以加在上的交流成分很小。所以比型RC濾波電

20、路濾波效果好。3、 型LC濾波電路這種電路相當(dāng)于在型LC濾波電路的基礎(chǔ)上加了一個濾波電容，所以濾波效果最好。 缺點(diǎn)是：線圈體積大，笨重、成本高，在晶體管電路中使用不多。第16課時(shí)課題：其他二極管課時(shí)：1課時(shí)知識目標(biāo)：1、發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)、符號、功能及正負(fù)極標(biāo)志，工作電壓2、光電二極管的結(jié)構(gòu)和符號，工作電壓 重點(diǎn)提示：發(fā)光、光電二極管的工作電壓特點(diǎn)教學(xué)過程：第二節(jié) 其他二極管及應(yīng)用電路一、 發(fā)光二極管（LED）1、 結(jié)構(gòu)與符號2、功能：將電信號轉(zhuǎn)換成光信號 3.特性LED的正向伏安特性和普通二極管相似，但LED的正向工作電壓（開啟電壓）比普通二極管高，約1.2V2.5V；反向擊穿電壓比普通二極管的低，約5V左右。4、 主要參數(shù)（見書）5、