半導(dǎo)體與PN結(jié)教案

2、模型分析法應(yīng)用舉例例題1：如果圖示電路(a)中設(shè)二極管為恒壓模型。求電路中輸出的電壓Vo值說(shuō)明二極管處于何種狀態(tài)？

解：假設(shè)先將A、B斷開(kāi)，則VA=-10V,VB=-5V，∴VAB=VA-VB=-5V，可見(jiàn)重新接入后二極管將處于反向截止?fàn)顟B(tài)：電路中電流為0（反向電阻無(wú)窮大），∴電阻R上的壓降為0，Vo=-5V成立。例題2：如果圖2.13所示電路(b)中設(shè)二極管為恒壓模型。求電路中輸出的電壓Vo值說(shuō)明二極管處于何種狀態(tài)？

解：∵將D1、D2斷開(kāi)，VB1A＝9V，VB2A=-12-(-9)=-3V∴將D1、D2接入后，D1導(dǎo)通，D2截止，VA被D1箝位在－0.7V上。∴Vo=VA=-0.7V成立。

2、穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用穩(wěn)壓管常用在整流濾波電路之后，用于穩(wěn)定直流輸出電壓的小功率電源設(shè)備中。如圖由R、Dz組成的就是穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓管在電路中穩(wěn)定電壓的原理如下：

只要R參數(shù)選得適當(dāng)，就可以基本上抵消Vi的升高值，因而使Vo基本保持不變。

可見(jiàn)，在這種穩(wěn)壓電路中，起自動(dòng)調(diào)節(jié)作用的主要是穩(wěn)壓二極管Dz，當(dāng)輸出電壓有較小的變化時(shí)，將引起穩(wěn)壓二極管電流Iz的較大變化，通過(guò)限流電阻R的補(bǔ)償作用，保持輸出電壓Vo基本不變。半導(dǎo)體與PN結(jié)教案

課程《電子電路基礎(chǔ)》章節(jié)第一章半導(dǎo)體二極管和三極管§1—2PN結(jié)及其單向?qū)щ娦哉n時(shí)1任課教師審批授課時(shí)間授課班級(jí)05機(jī)電工程教學(xué)目的與要求撐握PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦缘脑?。重點(diǎn)學(xué)會(huì)用原子結(jié)構(gòu)理論分析PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦缘脑?，通過(guò)學(xué)習(xí)還要求學(xué)生弄清擴(kuò)散、漂移、空間電荷區(qū)等有關(guān)概念。難點(diǎn)PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦缘脑矸治?。授課類(lèi)型講授課教材及參考書(shū)全國(guó)技工學(xué)校電子類(lèi)通用教材（第二版）中國(guó)勞動(dòng)出版社教具多媒體課件（自制）作業(yè)習(xí)題冊(cè)第一章第1—2節(jié)教學(xué)進(jìn)程和時(shí)間分配表序號(hào)教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配教學(xué)方法１23456組織教學(xué)復(fù)習(xí)舊課引入新課講授新知識(shí)（1）、PN結(jié)的形成（2）、PN結(jié)的單向?qū)щ娦詫?shí)驗(yàn)驗(yàn)證知識(shí)回顧與提問(wèn)（鞏固所學(xué)知識(shí)）布置作業(yè)2＂3＂28＂6＂5＂1＂講解、演示、提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)觀察課后記要電子技術(shù)課程比較抽象，應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)直觀性，同時(shí)也可培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力。備注本課程為電工、電子專(zhuān)業(yè)技術(shù)理論課。教師的活動(dòng)教學(xué)內(nèi)容和序列學(xué)生的活動(dòng)導(dǎo)入教學(xué)（3分鐘）（配以相應(yīng)的圖片加以說(shuō)明）（啟發(fā)學(xué)生思考）講授新課（36分鐘）復(fù)習(xí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)：通過(guò)上次課的講解，我們知道：按雜質(zhì)半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)性質(zhì)的不同，它可分為電子型（N型）半導(dǎo)體和空穴型（P型）半導(dǎo)體兩大類(lèi)。（1）、N型半導(dǎo)體（電子型半導(dǎo)體）：在硅（或鍺）本征半導(dǎo)體中摻入微量的五價(jià)元素，如磷（或銻）等，它就成為N型半導(dǎo)體，其自由電子為多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)多子），而空穴稱(chēng)為少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)少子），它的導(dǎo)電性主要取決于電子數(shù)。其晶體結(jié)構(gòu)如下圖所示：+4+4+4磷+5+4硅硅硅硅硅多余電子N型硅半導(dǎo)體中的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)+4+4+4+4硼+3+4硅硅硅硅硅空穴P型硅半導(dǎo)體中的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)提出問(wèn)題：雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子的數(shù)量比本征半導(dǎo)體中的載流子的數(shù)量要多得多，導(dǎo)電性也要好得的多，但它的導(dǎo)電性仍不及導(dǎo)體，那么能有什么用途呢？§1—2PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的形成（1）、什么是PN結(jié)呢？（采用特殊的制作工藝，將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體緊密地結(jié)合在一起，在兩種半導(dǎo)體的交界處就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)特殊的接觸面，稱(chēng)之為PN結(jié)。它是構(gòu)成半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)，也是半導(dǎo)體獲得廣泛應(yīng)用的原因。）復(fù)習(xí)舊知識(shí)為下面的學(xué)習(xí)作好準(zhǔn)備產(chǎn)生疑問(wèn)：半導(dǎo)體材料到底有什么用途呢？教師的活動(dòng)教學(xué)內(nèi)容和序列學(xué)生的活動(dòng)（明確PN結(jié)的概念后，緊接著提出問(wèn)題）（原理分析，配合多媒體演示講解。）（通過(guò)上述分析與演示得出結(jié)論）（2）、那么PN結(jié)是怎樣形成的呢？擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：指電子和空穴從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動(dòng)。復(fù)合：電子與空穴結(jié)合后同時(shí)消失的過(guò)程?？臻g電荷區(qū)：由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使電子與空穴復(fù)合以后，在P區(qū)與N區(qū)的交界面處留下不能移動(dòng)帶正電和帶負(fù)電的離子的區(qū)域，稱(chēng)為空間電荷區(qū)，這就是PN結(jié)，在空間電荷區(qū)中不再存在載流子，因此PN結(jié)又叫耗盡層。內(nèi)電場(chǎng)ε內(nèi)：空間電荷區(qū)中在正、負(fù)離子的作用下形成的電場(chǎng)，其方向由N區(qū)指向P區(qū)。內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子的擴(kuò)散起著阻擋作用，所以又稱(chēng)PN結(jié)為阻擋層。＋－＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋電子—空穴對(duì)（本征激發(fā)）電子—空穴對(duì)P型N型空穴擴(kuò)散方向電子擴(kuò)散方向載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋電子—空穴對(duì)（本征激發(fā)）電子—空穴對(duì)P型區(qū)N型區(qū)耗盡層空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)ε內(nèi)PN結(jié)的形成結(jié)論：剛開(kāi)始時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)強(qiáng)于漂移運(yùn)動(dòng)，使空間電荷區(qū)不斷加寬，內(nèi)電場(chǎng)也隨之增強(qiáng)，這又使漂移運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，空間電荷區(qū)變窄，最后當(dāng)兩種運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)不再變化，空間電荷區(qū)的寬度穩(wěn)定了（阻擋層的厚度保持不變），便形成了PN結(jié)。2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?）、外加正向電壓時(shí)，PN結(jié)導(dǎo)通產(chǎn)生疑問(wèn)觀看演示理解PN結(jié)的形成原理積極回答老師的提問(wèn)教師的活動(dòng)教學(xué)內(nèi)容和序列學(xué)生的活動(dòng)（配合多媒體演示講解。）（為說(shuō)明上述理論分析的正確性，用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證）①在PN結(jié)上加正向電壓UF：外電源的正極與PN結(jié)的P區(qū)相連，負(fù)極與PN結(jié)的N區(qū)相連。UF又稱(chēng)正向偏置電壓。②原理分析：1）、外電場(chǎng)ε外的方向與內(nèi)電場(chǎng)ε內(nèi)的方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)的作用，促使擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，P區(qū)的多子（空穴）和N區(qū)的多子（電子）都向PN結(jié)移動(dòng)。2）、空間電荷區(qū)中一部分正負(fù)離子被擴(kuò)散進(jìn)來(lái)的電子和空穴中和，空間電荷量減少，結(jié)果使阻擋層變薄。3）、在正向偏置電壓UF的作用下，多子源源不斷地通過(guò)PN結(jié)，而外接電源又對(duì)P區(qū)和N區(qū)不斷地補(bǔ)充多子，形成了通過(guò)PN結(jié)的正向?qū)娏鳎肐F表示。此時(shí)PN結(jié)呈低阻狀態(tài)，正向?qū)娮鑂F較小。限流電阻R＋－EIFP區(qū)限流電阻R＋－EIFP區(qū)N區(qū)UFε內(nèi)ε外空間電荷區(qū)變窄PN結(jié)加正向電壓而導(dǎo)通③實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：外加正向電壓時(shí)，PN結(jié)導(dǎo)通（2）、外加反向電壓時(shí)，PN結(jié)截止①在PN結(jié)上加反向電壓UR：外電源的正極與PN結(jié)的N區(qū)相連，負(fù)極與PN結(jié)的P區(qū)相連。UR又稱(chēng)反向偏置電壓。②原理分析：1）、外電場(chǎng)ε外的方向與內(nèi)電場(chǎng)ε內(nèi)的方向同向，P區(qū)的多子（空穴）和N區(qū)的多子（電子）進(jìn)一步離開(kāi)PN結(jié)，使阻擋層加寬，此時(shí)PN結(jié)呈高阻狀態(tài)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流趨于零。2）、反向電壓雖然使多子不能通過(guò)PN結(jié)，它卻使少子更容易通過(guò)PN結(jié)形成漂移電流（又稱(chēng)反向電流）IR，由于少子的數(shù)量非常少，所以IR很小，與UR的大小無(wú)關(guān)，故IR又稱(chēng)反向飽和電流。積極回答老師的提問(wèn)觀看演示并思考觀察實(shí)驗(yàn)教師的活動(dòng)教學(xué)內(nèi)容和序列學(xué)生的活動(dòng)（結(jié)合多媒體演示）（為說(shuō)明上述理論分析的正確性，用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證）知識(shí)回顧（2分鐘）提問(wèn)（點(diǎn)學(xué)生起來(lái)回答提問(wèn)）（3分鐘）布置作業(yè)（1分鐘）限流電阻限流電阻R＋－EIRP區(qū)N區(qū)Uε內(nèi)ε外空間電荷區(qū)變寬PN結(jié)加反向電壓而截止③實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：外加反向電壓時(shí)，PN結(jié)截止小結(jié)：PN結(jié)加正向偏置電壓就導(dǎo)通，加反向偏置電壓就截止，這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴１敬握n主要講解了以下內(nèi)容：（1）、什么是PN結(jié)呢？（采用特殊的制作工藝，將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體緊密地結(jié)合在一起，在兩種半導(dǎo)體的交界處就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)特殊的接觸面，稱(chēng)之為PN結(jié)。（2）、PN結(jié)的形成原理：剛開(kāi)始時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)強(qiáng)于漂移運(yùn)動(dòng)，使空間電荷區(qū)不斷加寬，內(nèi)電場(chǎng)也隨之增強(qiáng)，這又使漂移運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，空間電荷區(qū)變窄，最后當(dāng)兩種運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)不再變化，空間電荷區(qū)的寬度穩(wěn)定了（阻擋層的厚度保持不變），便形成了PN結(jié)。（3）、PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕篜N結(jié)加正向偏置電壓就導(dǎo)通，加反向偏置電壓就截止，這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?、什么叫擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)？什么叫漂移運(yùn)動(dòng)？2、PN結(jié)為什么具有單向?qū)щ娦裕苛?xí)題冊(cè)第一章第1—2節(jié)觀看演示并思考觀察實(shí)驗(yàn)記住這一結(jié)論加深印象大膽舉手板書(shū)設(shè)計(jì)課題：§1—2PN結(jié)及其單向?qū)щ娦灾攸c(diǎn)：理解掌握PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦缘脑?。雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體（電子型半導(dǎo)體）：自由電子為多子，空穴為少子。P型半導(dǎo)體（空穴型半導(dǎo)體）：空穴為多子，自由電子為少子?！?—2PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的形成（1）、什么是PN結(jié)呢？采用特殊的制作工藝，將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體緊密地結(jié)合在一起，在兩種半導(dǎo)體的交界處就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)特殊的接觸面，稱(chēng)之為PN結(jié)。（2）、那么PN結(jié)是怎樣形成的呢？擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：指電子和空穴從濃度高的地方