(完整版)电子技术教案——半导体二极管(2)

课题

1.1 半导体二极管

课型

新课授课班级授课时数 2 教学目标

1．熟识二极管的外形和符号。

2．掌握二极管的单向导电性。

3．理解二极管的伏安特性、理解二极管的主要参数。

教学重点

二极管的单向导电性。

教学难点

二极管的反向特性。

学情分析

教学效果

教后记

新课

A．引入

自然界中的物质，按导电能力的不同，可分为导体和绝缘体。人们又发现还有一类物质，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，那就是

半导体。

B．新授课

1.1半导体二极管

1.1.1什么是半导体

1．半导体：导电能力随着掺入杂质、输入电压（电流）、温度和光照条件的不同而发生很大变化，人们把这一类物质称为半导体。

2．载流子：半导体中存在的两种携带电荷参与导电的“粒子”。

（1）自由电子：带负电荷。

（2）空穴：带正电荷。

特性：在外电场的作用下，两种载流子都可以做定向移动，形成电流。

3．N型半导体：主要靠电子导电的半导体。

即：电子是多数载流子，空穴是少数载流子。

4．P型半导体：主要靠空穴导电的半导体。

即：空穴是多数载流子，电子是少数载流子。

1.1.2PN结

1．PN结：经过特殊的工艺加工，将P型半导体和N型半导体紧密地结合在一起，则在两种半导体的交界面就会出现一个特殊的接触面，称为PN结。

2．实验演示

（1）实验电路

（2）现象

所加电压的方向不同，电流表指针偏转幅度不同。

（3）结论

PN结加正向电压时导通，加反向电压时截止，这种特性称为PN结的单向导电性。

3．反向击穿：PN结两端外加的反向电压增加到一定值时，反向电流急剧增大，称为PN结的反向击穿。

4．热击穿：若反向电流增大并超过允许值，会使PN结烧坏，称为热击穿。

5．结电容（讲解）

（引入实验电路，观察现象）

PN结存在着电容，该电容称为PN结的结电容。

1.1.3半导体二极管

利用PN结的单向导电性，可以用来制造一种半导体器件——半导体二极管。

1．半导体二极管的结构和符号

（1）结构：由于管芯结构不同，二极管又分为点接触型（如图a）、面接触型（如图b）和平面型（如图c）。

（2）符号：如图所示，箭头表示正向导通电流的方向。

2．二极管的特性

二极管的导电性能由加在二极管两端的电压和流过二极管的电流来决定，这两者之间的关系称为二极管的伏安特性。硅二极管的伏安特性曲线如图所示。

（1）正向特性（二极管正极电压大于负极电压）（展示各种二极管）

（引导分析伏安特性）

① 死区：当正向电压较小时，正向电流极小，二极管呈现很大的电阻，如图中OA 段，通常把这个范围称为死区。

死区电压：硅二极管0.5 V 左右，锗二极管0.1 V ~ 0.2 V 。

② 正向导通：当外加电压大于死区电压后，电流随电压增大而急剧增大，二极管导通。

导通电压：硅二极管0.6 V ~ 0.7 V ，锗二极管0.2 V ~ 0.3 V 。 （2）反向特性（二极管负极电压大于正极电压）

① 反向饱和电流：当加反向电压时，二极管反向电流很小，而且在很大范围内不随反向电压的变化而变化，故称为反向饱和电流。

② 反向击穿：若反向电压不断增大到一定数值时，反向电流就会突然增大，这种现象称为反向击穿。普通二极管不允许出现此种状态。

由二极管的伏安特性可知，二极管属于非线性器件。 3．半导体二极管的主要参数

（1）最大整流电流F I ：二极管长时间工作时允许通过的最大直流电流。

（2）最高反向工作电压RM V ：二极管正常使用时允许加的最高反向电压。

（讲解）

练习

1．晶体二极管加一定的_____电压时导通，加_____电压时_____，这一导电特性称为二极管的_____特性。

2．二极管导通后，正向电流与正向电压呈_____关系，正向电流变化较大时，二极管两端正向压降近似于_____，硅管的正向压降为_____V ，锗管约为_____V 。

小结

1．PN 结具有单向导电性。

2．用PN 结可制成二极管。符号如图所示。

3．二极管的伏安特性分正向特性和反向特性两部分。

布置作业 P22习题一

1-1，1-2，1-3，1-4，1-5。

课题

1.2半导体三极管

课型

新课授课班级授课时数 2 教学目标

1．掌握三极管的结构、分类和符号。

2．理解三极管的电流放大作用。

3．掌握三极管的基本连接方式。

教学重点

三极管的结构、分类、电流放大作用。

教学难点

三极管的电流放大作用。

学情分析

教学效果

教后记

新课

A．引入

在半导体器件中，有一种广泛应用于各种电子电路的重要器件，那就是半导体三极管，通常也称为晶体管。

B．新授课

1.2半导体三极管

1.2.1半导体三极管的基本结构与分类

1．结构及符号

PNP型及NPN型三极管的内部结构及符号如图所示。

三区：发射区、基区、集电区。

三极：发射极E、基极B、集电极C。

两结：发射结、集电结。

实际上发射极箭头方向就是发射结正向电流方向。

2．分类：

（1）按半导体基片材料不同：NPN型和PNP型。

（2）按功率分：小功率管和大功率管。

（3）按工作频率分：低频管和高频管。

（4）按管芯所用半导体材料分：锗管和硅管。

（5）按结构工艺分：合金管和平面管。

（6）按用途分：放大管和开关管。

3．外形及封装形式

三极管常采用金属、玻璃或塑料封装。常用的外形及封装形式如图所示。（介绍，参考教材）

（展示各种二极管）

1.2.2 三极管的电流放大作用 1．三极管各电极上的电流分配 （1）实验电路

（2）实验数据

表1-1 三极管三个电极上的电流分配

mA B /I 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 mA C /I

0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91 mA E /I

0.01

0.57

1.16

1.77

2.37

2.96

（3）结论：C B E I I I +=

三极管的电流分配规律：发射极电流等于基极电流和集电极电流之和。

2．三极管的电流放大作用 由上述实验可得结论：

基极电流B I 的微小变化控制了集电极电流较大的变化，这就是三极管的电流放大原理。

注意：

（1）三极管的电流放大作用，实质上是用较小的基极电流信号控制集电极的大电流信号，是“以小控大”的作用。

（2）要使三极管起放大作用，必须保证发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压。

1.2.3 三极管的基本连接方式

利用三极管的电流放大作用，可以用来构成放大器，其方框图如图所示。

（讲解实验电路，分析数据）

（学生讨论完成）

（讲解）

三极管在构成放大器时，有三种基本连接方式：

1．共发射极电路（CE）：把三极管的发射极作为公共端子。

2．共基极电路（CB）：把三极管的基极作为公共端子。

3．共集电极电路（CC）：把三极管的集电极作为公共端子。

（引导学

生阅读教

材）

练习

1．三极管的放大作用的实质是_____电流对_____电流的控制作用。

2．三极管的电流分配关系是怎样的？

3．如何理解三极管的电流放大作用？

小结

1．三极管是一种有三个电极、两个PN结和两种结构形式（NPN和PNP）的半导体器件。

2．三极管内电流分配关系为：

C

B

E

I

I

I+

=。

3．三极管实现放大作用的条件是：三极管的发射结要加正向电压，集电结要加反向电压。

4．三极管有三种基本连接方式：共发射极电路、共基极电路和共集电极电路。

P23习题一

1-6。

布置作业

课题

1.2半导体三极管

课型

新课授课班级授课时数 2 教学目标

1．掌握三极管的特性曲线和主要参数。

2．掌握三极管的测试方法。

3．了解片状三极管。

教学重点

1．三极管的特性曲线和主要参数。

2．三极管的测试方法。

教学难点

三极管的特性曲线和主要参数。

学情分析

教学效果

教后记

新课

A．新授课

1.2.4三极管的特性曲线

1．输入特性曲线

输入特性：在

CE

V一定条件下，加在三极管基极与发射极之间的电压

BE

V和它产生

的基极电流

B

I之间的关系。

（1）实验电路

改变

P2

R可改变

CE

V，

CE

V一定后，改变

P1

R可得到不同的

B

I和

BE

V。

（2）输入特性曲线

三极管的输入特性曲线与二极管的十分相似，当

BE

V大于导通电压时，三极管才出

现明显的基极电流。

导通电压：硅管0.7 V，锗管0.2 V。

2．输出特性曲线

输出特性：在

B

I一定条件下，集电极与发射极之间的电压

CE

V与集电极电流

C

I之

间的关系。

（1）实验电路

先调节

P1

R，使

B

I为一定值，再调节

P2

R得到不同的

CE

V和

C

I值。

（2）输出特性曲线

（引导观

察电路）

（引导观

察电路）

（分析，讲

解）

① 截止区：B I = 0以下的区域。

a ．发射结和集电结均反向偏置，三极管截止。

b ．B I = 0，C I ≠0，即为CEO I ，穿透电流。

c ．三极管发射结反偏或两端电压为零时，为截止。

② 放大区：指输出特性曲线之间间距接近相等，且互相平行的区域。

a ．C I 与B I 成正比增长关系，具有电流放大作用。

b ．恒流特性：CE V 大于1 V 左右以后，B I 一定，C I 不随CE V 变化，C I 恒定。

c ．发射结正偏，集电结反偏，三极管处于放大状态。

d ．电流放大倍数

B

C

I I ??=β ③ 饱和区：指输出特性曲线靠近左边陡直且互相重合的曲线与纵轴之间的区域。 a ．C I 不随B I 的增大而变化，这就是所谓的饱和。

b ．饱和时的CE V 值为饱和压降CES V ，CES V ：硅管为0.3 V ，锗管为0.1 V 。

c ．发射结、集电结都正偏，三极管处于饱和状态。

④ 总结：

截止区：发射结和集电结均反偏。

放大区：发射结正偏，集电结反偏。

饱和区：发射结和集电结均正偏。

3．三极管的主要参数

（1）共射极电流放大系数

用 β 表示，选用管子时，β 值应恰当，一般说来，β 值太大的管子工作稳定性差。

（2）极间反向饱和电流

① 集电极-基极反向饱和电流CBO I 。

② 集电极-发射极反向饱和电流CEO I 。

两者关系：

CEO I =（1+β）CBO I

（3）极限参数

① 集电极最大允许电流CM I （分析，讲解）

（学生讨

论完成）

（讲解）

当

C

I过大时，电流放大系数β 将下降。在技术上规定，β 下降到正常值的2/3时的集电极电流称集电极最大允许电流。

②反向击穿电压

当基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反向电压——

(BR)CEO

V。

当发射极开路时，集电极与基极之间所能承受的最高反向电压——

(BR)CBO

V。

当集电极开路时，发射极与基极之间所能承受的最向反向电压——

(BR)EBO

V。

③集电极最大允许耗散功率

CM

P

在三极管因温度升高而引起的参数变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率称集电极最大允许耗散功率。

三极管应工作在三极管最大损耗曲线图中的安全工作区。三极管最大损耗曲线如图所示。

1.2.5三极管的简易测试

1．用万用表判别三极管的管型和管脚

（1）万用表置于“R? 1 k”挡或“R? 100”挡。

（2）方法：

①黑表笔和三极管任一管脚相连，红表笔分别和另外两个管脚相连测其阻值，若阻值一大一小，则将黑表笔所接的管脚调换重新测量，直至两个阻值接近。如果阻值都很小，则黑表笔所接的为NPN型三极管的基极。若测得的阻值都很大，则黑表笔所接的是PNP型三极管的基极。

②若为NPN型三极管，将黑红表笔分别接另两个引脚，用手指捏住基极和假设的集电极，观察表针摆动。再将假设的集电极和发射极互换，按上述方法重测。比较两次表针摆幅，摆幅较大的一次黑表笔所接的管脚为集电极，红表笔所接的管脚为发射极。

③若为PNP型三极管，只要将红表笔和黑表笔对换再按上述方法测试即可。

判断三极管C脚和E脚示意图如图所示。（实物演示）

2．判断三极管的好坏

（1）万用表：“R? 1 k”挡或“R? 100”挡。

（2）方法：

分别测量三极管集电结与发射结的正向电阻和反向电阻，只要有一个PN结的正、

反向电阻异常，就可判断三极管已损坏。

3．判断三极管 β 的大小

将两个NPN管接入判断三极管C脚和E脚的测试电路，万用表显示阻值小的，则

该管的 β 大。

4．判断三极管

CEO

I的大小

以NPN型为例，用万用表测试C、E间的阻值，阻值越大，表示

CEO

I越小。

1.2.6片状三极管

1．片状三极管的封装

（1）小功率三极管：额定功率在100 mW ~ 200 mW的小功率三极管，一般采用

SOT-23形式封装，如图所示。

1—基极，2—发射极，3—集电极。

（2）大功率三极管：额定功率在1 W ~ 1.5 W的大功率三极管，一般采用SOT-89

形式封装。

1—基极，3—发射极，2、4（内部连接在一起）—集电极。

2．带阻片状三极管

在三极管的管芯内加入一只或两只偏置电阻的片状三极管称带阻片状三极管。

（1）带阻片状三极管内部电路

（2）型号及极性

表1-2部分带阻片状三极管型号和极性

（引导学

生阅读教

材）

型号极性

1

R/

2

R型号极性

1

R/

2

R

DTA114Y P 10 kΩ/47 kΩDTC114E N 10 kΩ/10 kΩ

DTA114E P 100 kΩ/100 kΩDTC124E N 22 kΩ/22 kΩ

DTA123Y P 2.2 kΩ/2.2 kΩDTC114 N 47 kΩ/47 kΩ

DTA143X P 4.7 kΩ/22 kΩDTC114WK N 47 kΩ/22 kΩ

DTC143X N 4.7 kΩ/10 kΩDTC114T N

1

R=10 kΩ

DTC363E N 6.8 kΩ/6.8 kΩDTC124T N

1

R=22 kΩ

3．复合双三极管

在一个封装内包含两只三极管的新型器件。

常见外型封装形式如图所示。

SOT—36 SOT—25 UM—6

练习

1．晶体三极管集电极电流过大，过小都会使其 β 值_____。

2．三极管输出特性曲线常用一族曲线表示，其中每一条曲线对应一个特定的_____。

3．三极管的输出特性曲线是如何绘制的？

小结

1．三极管的特性曲线表示管子各极电流与各极间的电压的关系。包括输入和输出特性曲线。

2．三极管的输入特性曲线与普通二极管的伏安特性曲线相似。

3．三极管的输出特性曲线，分为饱和区、放大区和截止区。

布置作业

P23习题一

1-7，1-8，1-9，1-10。

课题

1.3场效晶体管

课型

新课授课班级授课时数 2 教学目标

1．了解场效晶体管结构特点和类型。

2．理解场效晶体管电压放大原理。

教学重点

1．场效晶体管类型、结构特点和工作原理。

2．场效晶体管与三极管的比较。

教学难点

场效晶体管电压放大原理。

学情分析

教学效果

教后记

新课

A．引入

半导体三极管是利用输入电流控制输出电流的半导体器件，称为电

流控制型器件。场效晶体管是利用输入电压产生电场效应来控制输出电

流的器件，称为电压控制型器件。

B．新授课

1.3场效晶体管

1.3.1结型场效晶体管

1．符号和分类

（1）电路符号和外形

三个电极：漏极（D）、源极（S）、栅极（G），D和S可交换使用，电路符号和外

形如图所示。

（2）分类

结型场效晶体管可分为P沟道和N沟道两种。

2．电压放大作用

（1）放大电路

（2）总结：

场效晶体管共源极电路中，漏极电流

D

I受栅源电压

GS

V控制。场效晶体管是电压

控制器件，具有电压放大作用。

1.3.2绝缘栅场效晶体管

栅极与漏、源极完全绝缘的场效晶体管，称绝缘栅场效晶体管。

1．电路符号和分类

四种场效晶体管的电路符号如图所示。

（引导观

察电路）

（讲解）

N沟道增强型P沟道增强型N沟道耗尽型 P沟道耗尽型

①N沟道—箭头指向内。沟道用虚线为增强型，用实线为耗尽型，N沟道称NMOS

管。

②P沟道—箭头指向外。沟道用虚线为增强型，用实线为耗尽型，P沟道称PMOS

管。

2．结构和工作原理

以N沟道增强型MOSFET为例。

（1）结构

①N型区引出两个电极：漏极（D）、源极（S）。

②在源区和漏区之间的衬底表面覆盖一层很薄的绝缘层，再在绝缘层上覆盖一层

金属薄层，形成栅极（G）。

③从衬底基片上引出一个电极，称为衬底电极。

（2）工作原理

工作原理示意图如图所示。

①当

GS

V= 0时，漏极电流

D

I≈ 0，处于截止状态。

②

GS

V增大，超过开启电压，形成漏区和源区间的导电沟道。若此时在漏极和源

极之间加正向电压

DS

V> 0，就会形成漏极电流

D

I。

总结：

GS

V越大，导电沟道越宽，沟道电阻越小，

D

I越大。则通过调节

GS

V可控制

漏极电流

D

I。

（3）输出特性和转移特性（与晶体管类似）。

（分析工

作原理）

（引导学

生阅读教

材）

3．电压放大作用

MOS场效晶体管放大电路与结型场效晶体管放大电路的工作原理相似。不同的是

N沟道增强型场效晶体管的

GS

V的正向电压应大于开启电压才能正常工作。而N沟道耗

尽型场效晶体管的

GS

V不仅可取负值，取正值和零均能正常工作。P沟道MOS管的工作电路只需将相应的电压方向改变即可。

1.3.3MOSFET和三极管的比较

1．MOSFET温度稳定性好。

2．MOSFET输入电阻极高，因此，MOSFET放大级对前级的放大能力影响极小。

3．MOSFET存放时，应使栅极与源极短接，避免栅极悬空。

4．MOSFET的源极和漏极可以互换使用。

练习

1．场效晶体管是一种_____控制器件，用_____极电压来控制_____极电流。它具有高_____和低_____特性。

2．场效晶体管有_____场效晶体管和_____场效晶体管两大类，每类又有_____沟道和_____沟道的区分。

小结

1．场效晶体管分为结型场效晶体管和绝缘栅型场效晶体管。

2．场效晶体管具有电压放大作用。

3．场效晶体管与三极管比较，具有温度稳定性好，输入电阻高，易于集成化等优点。

布置作业P22习题一1-11。