11.1 二极管 教学讲义 -2023-2024学年高一下学期（中职）物理（高教版·第3版）《电工电子技术与技能》

11常用半导体器件 【课趣】 11.1二极管 【教学目标】 知道PN结的单向导电性。描述二极管的电压、电流关系。解释主要参数。 【教学重点】 1.二极管的电压、电流关系。 2.二极管的主要参数。 【教学难点】 二极管的电压、电流关系。 【教学过程】 【一、复习】 线性电阻和非线性电阻的电压、电流特性。 【二、引入新课】 半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物体。但半导体之所以得到广泛应用， 是因为它的导电能力会随温度、光照及所摻杂质不同而显著变化。特别是摻杂可以改变半导 体的导电能力和导电类型，这是今天能用半导体材料制造各种器件及集成电路的基本依据。 二极管就是由半导体制成的。半导体按所用半导体材料可分为硅二极管和储二极管：按 内部结构可分为点接触型和面接触型二极管：按用途分类可分为普通二极管、稳压二极管、 发光二极管、变容二极管等，通常所说的二极管是指普通二极管。 【三、讲授新课】 11.11二极管的外形、结构与符号 二极管的外形、内部结构示意图和符号如图111所示。 PN结 (a)外形 (b)内部 (c)符号 图11.1二极管 二极管的阳极引脚由P型半导体一侧引出，对应二极管符号中三角形底边一端。 二极管的阴极引脚由N型半导体一侧引出，对应二极管符号中短竖线一端。 强调指出：符号形象地表示了二极管电流流动的方向，即电流只能从阳极流向阴极，而 不允许反方向流动。 11.1.2二极管的电流、电压关系 1.正向偏置与导通状态 二极管正向电流、电压关系实验电路如图11.2(a)所示，二极管阳极接高电位，阴极 接低电位，二极管正向偏置。 此时调节申联在电路中的电阻大小，二极管表现出不同电压下具有不同的电阻值，记录 每个电压下对应的电流值，从而描绘成曲线，即得到图11.2(b)所示的二极管正向电流、 电压关系特性。 (1)二极管VD两端正向电压小于0.5V时，电路中几平没有电流，对应的电压称为 二极管的死区电压或闵值电压（通常硅管约为0.5V,绪管约为0.2V)。 (2)二极管两端正向电压大于0.5V后，电路中电流增加迅速。 (3)随着二极管电流增大，二极管VD两端电压维持在0.6V~07V之间不再增加（硅 管约为0.6V0.7V,锗管约为0.2V-0.3V)。 VD 1/mA EL F(X U/V (a) (b) 图112二极管正向偏置导通与电流、电压的关系特性 2.反向偏置与截止状态 二极管的反向电流、电压关系实验电路如113(a)所示，二极管阳极接低电位，阴极 接高电位，二极管反向偏置。 此时调节串联在电路中的电阻大小，即使二极管两端反向电压较高时，电路中仍然几乎 没有电流，当二极管两端反向电压达到足够大时（各种二极管数值不同），二极管会突然导 通，并造成二极管的永久损坏。记录每个电压下对应的电流值，从而描绘成曲线，即得到图 113(b)所示的二极管反向电流、电压关系特性。 (1)当反向电压不超过一定范围时，反向电流十分微小并随电压增加而基本不变。通 常可以忽略不计。 (2)当反向电压增加到一定数值时，反向电流将急剧增加，称为反向击穿，此时的电 压称为反向击穿电压。 VD EL U/Y (a) (b) 图113二极管反向偏置截止与电流、电压关系特性 综上所述，二极管具有在正向电压导通，反向电压截止的特性，这个特性称为单向导电 性。 11.1.3二极管的主要参数 二极管的参数是选择和使用二极管的依据。主要参数有： (1)最大整流电流指二极管长期工作时，允许通过二极管的最大正向电流的平均 值。 (2)最高反向工作电压URM指保证二极管不被击穿所允许施加的最大反向电压。 (3)反向电流R指二极管加反向电压而未击穿时的反向电流，如果该值较大，是不能 正常使用的。 11.1.4发光二极管 发光二极管是一种把电能直接转化成光能的固体发光元件，如图114所示为几种发光 二极管外形及其电路图形符号 )外形 b)图形符号 图11.4发光二极管外形及图形符号 发光二极管是由PN结组成，具有单向导电性。当发光二极管加上正向电压时能发出 定波长的光。发光波长除与制作使用材料有关外，还与PN结所掺“杂质”有关。一般用磷 砷化镓材料制作的发光二极管发红光，磷化镓材料制作的发光二极管发绿光或黄光。 发光二极管的作用：用作电子设备的通断指示灯，数字电路的数码及图形显示，也可作 为快速光源，以及光电耦合器中的发光元件。 11.1.5光电二极管 光电二极管由PN结组成，具有单向导电性，但光电二极管管壳上有一个能射入光的窗 口，这个窗口用有机玻璃透镜封闭，入射光通过透镜正好射在管芯上。如图115所示为光 电二极管外形结构及其电路图形符号。 入射光 2CU2 有机玻 管芯 璃透锐 引线 2DUA (a外形结构 6)图形符号 图11.5光电二极管外形结构及电路图