单元六 半导体器件电子教案 电工与电子技术 中职 高三 工信版

单元六：半导体器件 教学目标 知识目标： · 了解本征半导体、P型半导体和N型半导体的特征； · 了解PN结的形成过程，掌握PN结的单向导电性； · 熟悉二极管的伏安特性及其分类、用途； · 深刻理解三极管的电流放大原理和实质，掌握其输入和输出特性； 能力目标： · 初步掌握电子技术人员必需具备的分析电子电路的基本知识和基本技能。 素质目标： 培养学生接受电子知识的能力。 教学重点 半导体材料的基本特性，二极管和三极管的原理与应用 教学难点 二极管的特性，三极管电流放大的原理 教学手段 实物演示；教学板书；电子课件 教学学时 4H 教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计 注 释 任务一 半导体二极管的学习 （一）半导体的基本知识 1.半导体的特性 （1）热敏特性 （2）光敏特性 （3）掺杂特性 2.本征半导体和掺杂半导体 半导体具有热敏特性和光敏特性是由半导体的内部结构和导电机理决定的。 （1）本征半导体 在半导体物质中，用的最多的是硅和锗。它们都是4价元素，即最外层有4个价电子。天然的硅材料和锗材料提纯后形成单晶体，其晶格结构完全对称，称为本征半导体。 （2）掺杂半导体 本征半导体中虽然有自由电子和空穴两种载流子，但由于数量不多因而导电能力仍然不强。如果在本征半导体中微量某种元素后，半导体的导电能力将大大增强。 1）P 型半导体 在硅（或锗）的晶体中掺入微量+3价元素如硼（或铟），硼原子只有3个价电子，它与周围硅原子组成共价键时，因少一个电子而在共价键中出现一个空位，这就使半导体中的空穴载流子增多。这种掺入+3价元素，空穴为多数载流子而自由电子为少数载流子的掺杂半导体，叫空穴型半导体，简称P型半导体。 (a) (b) 2）N型半导体 如果在硅（或锗）晶体中掺入微量的+5价元素，如磷（或砷、锑），它在和周围原子组成共价键时，就多出一个电子。这个多出来的电子在受到外界能量时，因不受共价键束缚而比其他共价键上的电子更容易成为自由电子。这种掺入五价元素，电子为多数载流子，空穴为少数载流子的掺杂半导体，叫电子型半导体，简称N型半导体。 3 PN结 PN结的单向导电性 PN结外加正向电压，即P区接电源的正极，N区接电源的负极，称为PN结正偏 如果PN结加反向电压，即P区接电源的负极，N区接电源的正极，称为PN 结反偏， 综上所述，PN结正偏导通，反偏载止，具有单向导电性。 （二）半导体二极管 1二极管的结构和分类 半导体二极管是由一个PN结两端引出两个电极,加上封装外壳构成的。 按制造所用的半导体材料，二极管可分为硅管和锗管。按不同的用途，二极管可分为普通管，整流管和开关管等。 2 伏安特性和主要参数 （1）伏安特性 二极管的主要特点就是单向导电性，其特点可用伏安特性曲线说明。伏安特性是指二极管流过的电流与二极管两端电压之间的关系曲线。 （2）主要参数 1）最大整流电流 2）最高反向工作电压 3）最大反向电流 大，则其反向电流就愈小。 （3）.二极管的应用 利用二极管的单向导电性，可实现整流、限幅、钳位、检波、保护、开关等。 1）整流电路 整流电路是利用二极管的单向导电作用，将交流电变成直流电的电路。 2）限幅电路 如果输入信号幅度变化较大，要使其输出信号限制在一定的范围之内，则可接入限幅电路。 3）钳位电路 当二极管正向导通时，由于正向压降很小，可以忽略，所以强制使其阳极电位与阴极电位基本相等，这种作用称为二极管的钳位作用。钳位电路是使输出电位钳制在某一数值上保持不变的电路。 4）检波电路 把信号从调制信号中检出来，称为检波。 任务二 半导体三极管的学习 （一）三极管的结构和分类 结构：三极管内部是由两个PN结、三个区，引出三个电极而构成。 三极管内部的三个区分别称集电区、基区和发射区，三个区中基区最薄，发射区掺杂浓度最高，集电区面积最大。集电区和发射区虽然属于同一类型的掺杂半导体，但不能调换使用。与集电区相连接的PN结称集电结，与发射区相连接的PN结称发射结。由三个区引出的三个电极分别称集电极C、基极B和发射极E。 分类：三极管如按所用的半导体材料可分为硅管和锗管；按功率可分为大、中、小功率管；按频率特性可分为低频管和高频管等,常见三极管外形如图6-14所示。 图6-14常见三极管外形 （二）电流分配和放大作用 三极管要实现放大作用，其条件是发射结正偏，集电结反偏。 三极管内部载流子运动与电流形成过程简述如下（以NPN型三极管为例）： 1.发射区发射电子形成 发射结正偏，由于发射区掺杂