模擬電子技術教案

1、授 課 計 劃授課時數(shù)： 2 授課教師： 趙啟學 授課時間： 課 題：半導體二極管教學目的：1、理解PN結及其單向導電性2、了解半導體二極管的構成與類型教學重點：1、PN結及其單向導電性2、二極管結的構成教學難點：PN結及其單向導電性教學類型：理論課教學方法：講授法、啟發(fā)式教學教學過程：引入新課：模擬電子技術基礎是一門入門性質的技術基礎課，沒有哪一門課程像電子技術的發(fā)展可以用飛速發(fā)展，日新月異。從1947年，貝爾實驗室制成第一只晶體管；1958年，集成電路；1969年，大規(guī)模集成電路；1975年，超大規(guī)模集成電路，一開始集成電路有4只晶體管，1997年，一片集成電路有40億個晶體管。不管怎么變

2、化，但是萬變不離其宗，這門課我們所講的就是這個“宗”。（10分鐘）講授新課：一：PN結（30分鐘）1、什么是半導體，什么是本證半導體？（10分鐘）半導體：導電性介于導體和絕緣體之間的物質 本征半導體：純凈（無雜質）的晶體結構（穩(wěn)定結構）的半導體，所有半導體器件的基本材料。常見的四價元素硅和鍺。2、雜質半導體（20分鐘）N型半導體：在本征半導體中參入微量5價元素，使自由電子濃度增大，成為多數(shù)載流子（多子），空穴成為少數(shù)載流子（少子）。如圖（a）P型半導體：在本證半導體中參入微量3價元素，使空穴濃度增大，成為多子，電子成為少子，以空穴導電為主的雜志半導體稱為P型半導體。如圖（b）3、PN結P型與N

3、型半導體之間交界面形成的薄層為PN結。二：PN結的單項導電性（20分鐘）PN結加正向電壓時，可以有較大的正向擴散電流，即呈現(xiàn)低電阻， 我們稱PN結導通； PN結加反向電壓時，只有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， 我們稱PN結截止。 這就是PN結的單向導電性。1、正偏加正向電壓（正偏）電源正極接P區(qū)，負極接N區(qū)外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。外電場削弱內(nèi)電場耗盡層變窄擴散運動>>漂移運動多子擴散形成正向電流（與外電場方向一致）I F2、反偏加反向電壓（反偏）電源正極接N區(qū)，負極接P區(qū)外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。外電場加強內(nèi)電場耗盡層變寬漂移運動>>擴散運動少子漂移形成反向

4、電流I R三：半導體二極管的構成與類型（20分鐘）1、半導體二極管的構成一個PN結加上相應的電極引線并用管殼封裝起來，就構成了半導體二極管，簡稱二極管。2、半導體二極管的類型（1）二極管按半導體材料的不同可分為：硅二極管、鍺二極管和砷化鎵二極管等。（2）二極管按其結構不同可分為：點接觸型、面接觸型和平面型二極管三類。點接觸型二極管PN結面積很小，結電容很小，多用于高頻檢波及脈沖數(shù)字電路中的開關元件。面接觸型二極管PN結面積大，結電容也小，多用在低頻整流電路中。平面型二極管PN結面積有大有小。本課小結：1、 N型半導體，自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子。P型半導體，空穴為多數(shù)載

5、流子，熱激發(fā)形成的自由電子是少數(shù)載流子2、 PN結的單向導電性是指PN結外加正向電壓時處于導通狀態(tài)，外加反向電壓時處于截止狀態(tài)。3、 半導體二極管的構成：一個PN結加上相應的電極引線并用管殼封裝起來。作業(yè)布置： P22 1、2、3題板書設計： PN結及其單項導電性 N型半導體：自由電子為多數(shù)載流子空穴為少數(shù)載流子 P型半導體：空穴為多數(shù)載流子自由電子為少數(shù)載流子 單項導電性：PN結外加正向電壓時處于導通狀態(tài) 作業(yè)：P22 1、2、3外加反向電壓時處于截止狀態(tài)教學反思：授 課 計 劃授課時數(shù)： 2 授課教師： 趙啟學 授課時間： 課 題：半導體二極管教學目的：1、掌握半導體二極管的伏安特性與主要

6、參數(shù)2、了解半導體二極管的使用常識教學重點：1、二極管的符號及主要參數(shù)2、二極管的伏安特性教學難點：二極管的伏安特性教學類型：理論課教學方法：講授法、啟發(fā)式教學、觀察法教學過程：引入新課：回顧上節(jié)課所學內(nèi)容，1、N型半導體，自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子。P型半導體，空穴為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的自由電子是少數(shù)載流子2、PN結的單向導電性是指PN結外加正向電壓時處于導通狀態(tài)，外加反向電壓時處于截止狀態(tài)。3、半導體二極管的構成：一個PN結加上相應的電極引線并用管殼封裝起來。（10分鐘）講授新課：一：半導體二極管的伏安特性（30分鐘）1、 PN結的伏安特性方程PN結兩端的電壓U

7、和和流過PN結的電流I的關系： I=ISeUUT-1 IS為PN結的反向飽和電流 UT為溫度的電壓當量，UT26mV 正偏時U與I為正值，反偏時U與I為負值 正偏：UUT ；I=ISeUUTU=0反偏：UUT；I=-IS2、 二極管的伏安特性曲線（1）正向特性外加正向電壓較小時，外電場不足以克服內(nèi)電場對多子擴散的阻力，PN結仍處于截止狀態(tài) 。 正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流 隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V（2）反向特性 二極管電壓時，反向電流很?。↖-IS），而且在相當寬的反向電壓范圍內(nèi)，反向電流幾乎不變，因此，稱此電流值為二極管的反向飽和電流 結論

8、：（1）二極管是非線性原件 （2）二極管具有單項導電性（3）反向擊穿特性從圖1.1.7可見，當反向電壓的值增大到UBR時，反向電壓外加反向電壓時，電流和電壓的關系稱為二極管的反向特性。由圖1.1.7可見，二極管外加反向值稍有增大，反向電流會急劇增大，稱此現(xiàn)象為反向擊穿，UBR為反向擊穿電壓。利用二極管的反向擊穿特性，可以做成穩(wěn)壓二極管，但一般的二極管不允許工作在反向擊穿區(qū)3、溫度對二極管特性的影響二極管是對溫度非常敏感的器件。實驗表明，隨溫度升高，二極管的正向壓降會減小，正向伏安特性左移，即二極管的正向壓降具有負的溫度系數(shù)（約為-2mV/）；溫度升高，反向飽和電流會增大，反向伏安特性下移，溫度

9、每升高10，反向電流大約增加一倍二：半導體二極管的使用常識（30分鐘）1、二極管的型號國產(chǎn)二極管型號由五部分組成，符號意義見表1.1.1.表1.1.12、二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流IFM最大整流電流IFM是指二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大正向電流的平均值。 （2）最高反向電壓URM允許加在二極管上的反向電壓的最大值。 （3）反向飽和電流IS 它是指管子沒有擊穿時的反向電流值。其值愈小，說明二極管的單向導電性愈好。 另外 （4）最高工作頻率fM：主要取決于PN結結電容的大小。 理想二極管：正向電阻為零，正向導通時為短路特性，正向壓降忽略不計；反向電阻為無窮大，反向截止時為開路

10、特性，反向漏電流忽略不計。3、 二極管管腳級性及質量的判斷（1）二極管的管腳級性將紅、黑表筆分別接二極管的兩個電極，若測得的電阻值很?。◣浊W以下），則黑表筆所接電極為二極管正極，紅表筆所接電極為二極管的負極；若測得的阻值很大（幾百千歐以上），則黑表筆所接電極為二極管負極，紅表筆所接電極為二極管的正極。（2）質量判斷若測得的反向電阻很大（幾百千歐以上），正向電阻很?。◣浊W以下），表明二極管性能良好。 若測得的反向電阻和正向電阻都很小，表明二極管短路，已損壞。若測得的反向電阻和正向電阻都很大，表明二極管斷路，已損壞。本課小結：（10分鐘）1、半導體二極管的伏安特性：通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V

11、，鍺管約為0.2V2、二極管的主要參數(shù)：最大整流電流IFM最高反向電壓URM最高工作頻率fM反向飽和電流IS3、半導體二極管的測量（1）反向電阻很大，正向電阻很小，二極管性能良好（2）若測得的反向電阻和正向電阻都很小，表明二極管短路，已損壞。（3）若測得的反向電阻和正向電阻都很大，表明二極管斷路，已損壞。（10分鐘）作業(yè)布置： P22 1、2、3題板書設計： 二極管的伏安特性及使用常識伏安特性：I=ISeUUT-1 硅管:0.5V，鍺管:0.2V主要參數(shù): 最大整流電流IFM最高反向電壓URM最高工作頻率fM反向飽和電流IS 作業(yè)：教學反思：授 課 計 劃授課時數(shù)： 2 授課教師： 趙啟學 授

12、課時間： 課 題：半導體二極管的基本應用教學目的：1、掌握半導體二極管的電路模型2、掌握單項橋式整流濾波電路工作原理3、了解硅整流組合管教學重點：1、二極管的電路模型2、單相橋式整流濾波電路原理教學難點：單相橋式整流濾波電路原理教學類型：理論課教學方法：講授法教學過程：引入新課：復習上節(jié)課所講內(nèi)容，二極管的單項導電性，二極管的伏安特性，二極管的測量及參數(shù)，根據(jù)二極管的伏安特性圖，引出二極管的電路模型圖（10分鐘）講授新課：一：半導體二極管的電路模型（30分鐘）1、理想模型：相當一個開關2、恒壓降模型 UF不隨電流而變，硅管UF取0.7，鍺管UF取0.2。更接近實際二極管。3、實際應用例1.2.

13、1二極管電路圖如圖1.2.3所示，試分別用二極管的理想模型，恒壓降模型計算回路中的電流ID和輸出電壓U0。設二極管為硅管。解：首先要判斷二極管是出于導通狀態(tài)還是截止狀態(tài)，可以通過計算（或觀察）二極管未導通時的陽極和陰極間的點位差，若該電位差大于二極管所需要的導通電壓，則說明二極管出于正向偏置而導通，如果該電位差小于二極管的導通電壓，則該二極管處于反向偏置而截至。本例題中，由圖1.2.3可知，二極管D未導通時陽極電位Ua=-12V，陰極電位Ub=-16V，則陰極和陽極的電位差為4V，導通。 Uab=Ua-Ub=-12V-16V=4V>UF=0.7V1、 用理想模型二極管D導通，其管壓降為0

14、所以 ID=URR=-US1+US2R=（-12+16）Vv2K=2mA U0=-US1=-12V二：用恒壓降模型由于二極管D導通，UF=0.7V，故： ID=URR=-US1+US2-UFR=（-12+16-0,7）V2K=1.65mA U0=IDR0-US2=1.65mA×2K-12V=-12.7V練習：二極管電路圖如圖所示，試分別用二極管的理想模型，恒壓降模型計算回路中的電流ID和輸出電壓U0。設二極管為鍺管。二：單項橋式整流濾波電路（30分鐘）1、單項橋式整流電路（1）簡單介紹二極管的單向導電性，然后畫出橋式整流電路的原理圖（2）講解整流電路的作用：把交流電轉變成直流電。接著

15、講交流電的特點：電流（或電壓）大小和方向隨時間不斷變化（3）講交流轉變成直流的過程。為了簡化討論，先不考慮電壓的大小，只考慮方向，那么可以將交流電分成正負兩個半周：正半周（下正下負）和負半周（下正上負）。 正半周:上正下負,此時會產(chǎn)生一個下圖中紅色線條所示電流。負載電流方向：從上到下；電壓方向：上正下負負半周:即下正上負。此時會產(chǎn)生下圖中綠色線條所示的電流。負載電流方向：從上到下；電壓方向：上正下負設電源變壓器二次繞組的電壓u2=2U2sint負載電流和電壓值：U0=22U2=0.9U2I0=U0RL=0.9U2RLID=12I0=0.45U2RLUDRM=U2M=2U2例1.3.1有一單項橋

16、式整流電路，要輸出40V 的直流電壓和2A的直流電流，交流電源電壓為220V。試選擇整流二極管解:電壓器的二次電壓有效值為U2=U00.9=1.11U0=1.11×40V=44.4V反向最高電壓：UDRM=2U2=2×44.4V=62.8V二級掛的平均電流：ID=12I0=12×2A=1A三：硅整流組合管本課小結：1、 理想模型：相當與一個開關恒壓降模型：硅0.7，鍺0.22、 單項橋式整流濾波電路電源變壓器二次繞組的電壓 u2=2U2sint負載電流和電壓值：U0=22U2=0.9U2I0=U0RL=0.9U2RLID=12I0=0.45U2RLUDRM=U2M

17、=2U2作業(yè)布置： P23 1.15、1.16、1.17題板書設計： 單相橋式整流電路 電源變壓器二次繞組的電壓： u2=2U2sint負載電流和電壓值： U0=22U2=0.9U2 I0=U0RL=0.9U2RL 作業(yè)： P23 1.15 ID=12I0=0.45U2RL 1.16、1.17題教學反思：授 課 計 劃授課時數(shù)： 2 授課教師： 趙啟學 授課時間： 課 題：半導體二極管的基本應用教學目的：1、掌握濾波電路工作原理2、掌握電容濾波電路參數(shù)計算3、了解硅高壓整流堆與限幅電路教學重點：濾波電路工作原理及參數(shù)的計算教學難點：濾波電路工作原理及參數(shù)的計算教學類型：理論課教學方法：講授法教

18、學過程：引入新課：復習上節(jié)課所講內(nèi)容，半導體二極管的電路模型，理想模型相當于開關，恒壓模型，硅管0.7V，鍺管0.2V。單項橋式整流電路輸出電壓輸出電流的計算方式，根據(jù)橋式整流電路的工作原理，引出橋式濾波電路（10分鐘）講授新課：一：濾波電路 （40分鐘）1、電容濾波電路電容濾波主要利用電容兩端電壓不能突變的特性，使負載電壓波形平滑，故電容與負載并聯(lián)，如上圖所示。（1）工作原理當U2為正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓Uc時，二極管D1和D3管導通，D2和D4管截止，電流一路流經(jīng)負載電阻RL，另一路對電容C充電。當UC>U2，導致D1和D3管反向偏置而截止，電容通過負載電阻RL放電，UC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降當U2為負半周幅值變化到恰好大于UC時，D2和D4因加正向電壓變?yōu)閷顟B(tài)U2再次對C充電，UC上升到U2的峰值后又開始下降；下降到一定數(shù)值時D2和D4變?yōu)榻刂?，C對RL放電，UC按指數(shù)規(guī)律下降；放電到一定數(shù)值時D1和D3變?yōu)閷ǎ貜蜕鲜鲞^程。C對充放電的影響 電容充電時間常數(shù)為TD=RLC，因為二極管的RD很小，所以充電時間常數(shù)小，充電速度快；RLC為放電時間常數(shù)，因為RL較大，放電時間常數(shù)遠大于充電時間常數(shù)，因此，濾波效果取決于放電時間常數(shù)。 電容C愈大，負載電阻RL愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大，如圖所示1.3.4(c)。（2）參數(shù)計算TD=RLC=