电工电子 教案11分解

1 11 常用半导体元件 【课题】 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、光照及所掺杂质不同而显著变化。特别是掺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锗二极管；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】 11.1.1 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11.1所示。

（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 2

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。 此时调节串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0.5 V时，电路中几乎没有电流，对应的电压称为二极管的死区电压或阈值电压（通常硅管约为0.5 V，锗管约为0.2 V）。 （2）二极管两端正向电压大于0.5 V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0.6 V ~ 0.7 V之间不再增加（硅管约为0.6 V~0.7 V，锗管约为0.2 V~0.3 V）。

（a） （b） 图11.2 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11.3（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11.3（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。

（a） （b） 图11.3 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。 3

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IFM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IR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11.4所示为几种发光二极管外形及其电路图形符号。

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一定波长的光。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11.5所示为光电二极管外形结构及其电路图形符号。

图11.5 光电二极管外形结构及电路图形符号 光电二极管工作在反向偏置状态。当在PN结上加反向电压，再用光照射PN结时，能形成反向光电流，光电流的大小与光照射强度成正比。光电二极管用途很广，一般常用作传感器的光敏电元件，在光电输入机上用作光电读出器件。 【四、小结】 1．二极管对来自两个方向的电流呈现不同的性质，在外加电压足够大时（一般约0.3 V0.6 V），电流只能从阳极（P型半导体一侧）流向阴极（N型半导体一侧），反方向是不能导通的。这个特性称为单向导电性。 2．二极管的参数反映二极管在各方面的性能，是正确的选择和使用二极管的依据。二极管的参数主要针对单向导电性提出来的。使用较多的是最大整流电流和最高反向工作电压。 3．了解发光二极管的作用。 4．了解光电二极管的作用。

【五、习题】 4

一、是非题：1、2； 二、选择题：1； 三、填空题：1、2；四、计算题：1。 5

【课题】 11.2 三极管 【教学目标】 1．知道三极管结构与符号。 2．三极管的放大作用。

【教学重点】 1．三极管结构与符号。 2．三极管的放大作用。

【教学难点】 三极管的放大作用。 【教学过程】 【一、复习】 1．二极管的正向偏置和反向偏置的不同表现。 2．基尔霍夫电流定律。

【二、引入新课】 三极管的分类：按材料分有硅三极管和锗三极管；按结构类型分有NPN型和PNP型。 【三、讲授新课】 11.2.1 三极管的外形、结构和符号 三极管的外形、内部结构示意图和符号如图11.6所示。

（a）外形 6

（b）NPN管结构和符号 （c）PNP管结构和符号 图11.6 三极管 NPN型三极管发射极电极（符号箭头向外）形象地指出发射极电流的流动方向是由管内流向管外，而基极电流和集电极电流是流入管内的；PNP型三极管的情况正好相反（符号箭头向内），电流由发射极流入，由集电极和基极流出。

11.2.2 三极管的放大作用 三极管放大作用可按图11.7连接电路。发射极作为公共端接地，并选取UCC > UBB。 在基极回路电源UBB作用下，发射结正向偏置（即基极电位高于发射极电位）。 在集电极回路电源UCC作用下，集电结反向偏置（即集电极电位高于基极电位）。

图11.7 三极管的放大作用 调节电阻RB，观察基极电流IB、集电极电流IC和发射极电流IE。 （1）IB变化（增大或减少），IC和IE都会随之相应的变化（增大或减少）。 （2）IE IB + IC = ( 1+ )IB ，且IC >>IB 。 （3）IC和IE的比值基本为一常数，称为三极管的电流放大系数，用字母β表示。

 = BCII 或 IC = IB

（4）发射结电压在0.5 V以下时，ICIE0，这种情况下三极管处于截止状态。 （5）基极电流IB增加到一定数值时，就会发现集电极电流IC不随基极电流IB增大而增大。这种情况下三极管处于饱和状态。 就其本质而言，三极管的“放大”是一种控制，是以较小的电流IB控制较大的电流IC。

11.2.3 三极管的主要参数 1．电流放大系数（ ）是表征三极管电流放大能力的参数。通常以100左右为宜。 2．集电极最大允许电流（ICM）是指当三极管集电极电流超过ICM时，三极管的参数将会明显变 7

化。 3．集电极最大允许耗散功率（PCM）是指为了限制集电结温升不超过允许值而规定的最大值，该值除了与集电极电流有关外，还与集电极和发射极之间的电压有关。 4．集电极、发射极之间反向击穿电压（U（BR）CEO）是指三极管基极开路时，集电极和发射极之间能够承受的最大电压。

【四、小结】 1．三极管是由两个PN结构成的，所以就有NPN型管和PNP型管之分。所以外加电压极性和电流方向都相反。 2．三极管要具有放大作用，就必须满足其外部条件，即发射结正向偏置，集电结反向偏置，这一条是组成放大电路的基本原则。 3．三极管放大时电流分配的关系式：IE = IC +IB =（1+ ）IB

4．β称为三极管的电流放大系数：IC = IB

5．三极管的主要参数其物理意义是：——反映电流放大能力；ICM——对三极管集电极电流的限制；U（BR）CEO——三极管集电极和发射极之间能够承受最大电压的限制等。

【五、习题】 一、是非题：3、4；二、选择题：2；三、填空题：3、4。