电工电子技术教案
第一章 半导体二极管
§1-1 教学目的：
1、了解半导体导电性及特点。
2、初步掌握PN结的基本特性及非线性的实质。
3、熟悉二极管外形和电路符号，伏安特性和主要参数。
4、了解特殊功能的二极管及应用。
半导体的基本知识
教学重点、难点：
教学重点：1）半导体导电性及特点。
2）PN结的基本特性及非线性的实质
3）二极管外形和电路符号，伏安特性和主要参数。
教学难点：二极管外形和电路符号，伏安特性和主要参数
一、半导体的基本概念
人们按照物质导电性能，通常将各种材料分为导体、绝缘体和半导体三大类。导电性能良好的物质称为导体，例如金、银、铜、铝等金属材料。另一类是几乎不导电的物质称为绝缘体，例如陶瓷、橡胶、塑料等材料。再一类是导电性能介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，例如硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓等都是半导体。
纯净半导体也叫本征半导体，这种半导体只含有一种原子，且原子按一定规律整齐排列。如常用半导体材料硅（Si）和锗（Ge）。在常温下，其导电能力很弱；在环境温度升高或有光照时，其导电能力随之增强。
常常在本征半导体中掺入杂质，其目的不单纯是为了提高半导体的导电能力，而是想通过控制杂质掺入量的多少，来控制半导体的导电能力的强弱。
在硅本征半导体中，掺入微量的五价元素(磷或砷)，就形成N型半导体。 在硅本征半导体中，掺入微量的三价元素(铟或硼)，就形成P型半导体。
二、PN结及单向导电性
1、当把一块P型半导体和一块N型半导体用特殊工艺紧密结合时，在二者的交界面上会形成一个具有特殊现象的薄 1
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层，这个薄层被称为PN结。
2、PN结的单向导电性
1）PN结加正向电压――正向导通
正极接Ｐ区，负极接Ｎ区，称“正向偏置”或正偏。 ２）PN结加反向电压――反向截止
电源负极接Ｐ区，正极接Ｎ区，称“反向电压”或反偏。
ＰＮ结加正向电压导通，加反向电压截止，即ＰＮ结的――单向导电性
§1-２
一、二极管的结构、符号和分类 1.二极管的结构、符号
半导体二极管
晶体二极管是由一个PN结构成的，从P区引出的电极为二极管正极， N区引出的电极为二极管负极，用管壳封装起来即成二极管。
二极管的符号用Ｖ表示
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２、二极管的分类
讲述书本上的表１－２ 二极管的命名方法
由五部分组成，见书本Ｐ４讲解
我国半导体器件的型号是按照它的材料、性能、类别来命名的，一般半导体器件的型号由五部分组成。
第一部分——用阿拉伯数字表示器件的电极数目； 第二部分——用汉语拼音字母表示器件的材料和极性； 第三部分——用汉语拼音字母表示器件的类型； 第四部分——用阿拉伯数字表示器件序号； 第五部分——用汉语拼音字母表示规格号。
二、二极管的伏安特性 (1) 正向特性（图中OAB段）
① 当二极管两端所加的正向电压由零开始增大时，在正向电压比较小的范围内，正向电流很小，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，相应的电压叫死区电压。硅二极管的死区电压为0.5V左右，锗二极管的死区电压约为0.1～0.2V。
② 外加电压超过死区电压以后，二极管呈现很小的电阻，正向电流ID迅速增加，这时二极管处于正向导通状态，如图中AB段为导通区，此时管子两端电压降变化不大，该电压值称为正向压降(或管压降)，常温下硅管约为0.6～0.7V，锗管约为0.2～0.3V。
(2) 反向特性 （图中OCD段）
① 当给二极管加反向电压时，所形成的反向电流是很小的，而且在很大范围内基本不
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随反向电压的变化而变化，即保持恒定。如曲线OC段称为反向截止区，此处的IR称为反向饱和电流。
② 当反向电压大到一定数值UBR时，反向电流会急剧增大，如图中CD段，这种现象称为反向击穿，相应的电压叫反向击穿电压。正常使用二极管时（稳压二极管除外），是不允许出现这种现象的，因为击穿后电流过大将会使管子损坏。
三、二极管的主要参数
选择二极管时主要考虑以下三个参数；最大整流电流、最高反向工作电压、反向电流。
1、最大整流电流IFM 是二极管允许通过的最大正向工作电流的平均值。如实际工作时的正向电流平均值超过此值，二极管内的PN结可能会过分发热而损坏。
2、最高反向工作电压URM 是二极管允许承受的反向工作电压的峰值。为了留有余量，通常标定的最高反向工作电压是反向击穿电压的一半或三分之一。
3、反向漏电流IR 是在规定的反向电压和环境温度下测得的二极管反向电流值。这个电流值越小，二极管单向导电性能越好。
硅是非金属，其反向漏电流较小，在纳安数量级，而锗是金属，其反向漏电流较大，在微安数量级。 讲述书上例题１－１
四、二极管的识别与检测 １、识别
可根据其外部标志来识别管脚极性 ２、二极管的检测
用指针式万用表判别二极管的极性和好坏。如图5.5所示，将万用表拔至电阻档的R×100Ω或R×1KΩ档。此时，万用表的红表笔接的是表内电池的负极，黑表笔接的是表内电池的正极。具体的测量方法是：将万用表的红、黑笔分
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别接在二极管的两端，测量此时的电阻值。正常时，图（a）测得的正向电阻比较小（几KΩ以下）；图（b）测得的反向电阻比较大（几百KΩ）。测得电阻值小的那一次，黑表笔接的是二极管的正极。
如果测得二极管的正、反向电阻都很小，甚至于为零，表明管子内部已短路。 如果测得二极管的正、反向电阻都很大，则表明管子内部已断路。
五、其他二极管 1.发光二极管
发光二极管(简称LED)的PN结工作在正向偏置状态。它是利用电信号变成光信号的一种半导体器件，它具有功耗低、体积小、工作可靠等特点。 2.光敏二极管
光敏二极管又称光电二极管，其PN结工作在反向偏置状态。目前使用最多的是硅（Si）光电二极管。
3、变容二极管
变容二极管的特性曲线及符号
工作原理
应用
变容二极管的结电容主要由耗尽层引起。耗尽层内无载流子，相当于平行板电容器两个极板间的介质，当PN结的面积一定时，结电容Cj与耗尽层的宽度成反比；当外加反向电压减小时，耗尽层变窄，Cj增大，反之,Cj减小。所以，变容二极管相当于用电压来控制容量的可变电容，即压控电容。
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课堂小结：
1.半导体中有两种载流子：电子和空穴。半导体的导电性是靠本征激发产生的电子--空穴对来实现的。常温下导电性很弱，但是它具有热敏特性、光照特性和掺杂特性，因而被广泛应用。
2.杂质半导体有两类：N型半导体和P型半导体，N型半导体中电子是多数载流子，空穴是少子；P型半导体中空穴是多数载流子，电子是少子。PN结的基本特性是单向导电性。
3.二极管是由一个PN结组成，所以具有单向导电性。二极管的伏安特性是非线性的，故称它是非线性器件。二极管的门坎电压（也称死区电压），硅管约0.5V，锗管约0.2V；正向压降硅管约0.7V，锗管约0.3V。
4.特殊二极管主要有稳压二极管、变容二极管、发光二极管、光电二极管等。稳压二极管是利用它的反向击穿时电压基本恒定不变，电流变化很大的特性，来实现稳压的。变容二极管是利用PN结电容随反向电压变化而变化来实现变容的,多用于调谐电路选取信号。发光二极管功能是将电信号转换为光信号。而光电二极管则是将光信号转换为电信号。 作业：习题册第
1、
2、
3、
4、5页。
