第十一章 常用半导体元件——【电工电子技术与技能】
半导体及其常用器件资料
章目录
电工电子技术
1. 半导体中少子的浓度虽然很低 ，但少子对温度 非常敏感，因此温度对半导体器件的性能影响很 大。而多子因浓度基本上等于杂质原子的掺杂浓
是这种半导体的导 电主流。
＋4
＋4
＋4
在室温情况下，本征硅中的磷杂质等于10-6数量级时，电 子载流子的数目将增加几十万倍。掺入五价元素的杂质半导
体由于自由电子多而称为电子型半导体，也叫做N型半导体。
章目录
电工电子技术
＋4
＋－ 4
＋4
掺入硼杂质的硅半
+
B
导体晶格中，空穴 载流子的数量大大
＋4
＋4
＋4
章目录
电工电子技术
＋4
＋4
＋4
自由电子载流子运动可以形
容为没有座位人的移动；空穴
载流子运动则可形容为有座位
＋4
＋4
＋4 的人依次向前挪动座位的运动。
半导体内部的这两种运动总是
共存的，且在一定温度下达到
动态平衡。
＋4
＋4
＋4
半导体的导电机理
半导体的导电机理与金属导体导电机理有本质上的区别： 金属导体中只有自由电子一种载流子参与导电；而半导体中 则是本征激发下的自由电子和复合运动形成的空穴两种载流 子同时参与导电。两种载流子电量相等、符号相反，即自由 电子载流子和空穴载流子的运动方向相反。
学习与归纳 度，所以说多子的数量基本上不受温度的影响。
2. 半导体受温度和光照影响，产生本征激发现象而出现电子、空 穴对；同时，其它价电子又不断地 “转移跳进”本征激发出现 的空穴中，产生价电子与空穴的复合。在一定温度下，电子、空 穴对的激发和复合最终达到动态平衡状态。平衡状态下，半导体 中的载流子浓度一定，即反向电流的数值基本不发生变化。
电工电子技术_常用半导体器件汇总
7.1
8
半导体的基础知识
图7.4
硅单晶体掺杂示意图
7.1
9
半导体的基础知识
2. P型半导体 在硅单晶体中掺入微量3价元素，如硼元素（或铝、铟）等，如图7.4(b)所 示。由于硼的价电子只有3个，当它和周围的硅原子形成共价键时，缺少一个电 子，形成不稳定的结构，硼原子很容易从邻近的共价键中夺取一个电子，形成一 个带负电的离子。而在失去电子的共价键中形成一个空穴。在这种半导体中，空 穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。这种半导体称为空穴型半导体或 P型 半导体。在P型半导体中，空穴是传递电流的主要带电粒子，被称为多数载流子 ；电子被称为少数载流子。 需要指出的是，N型和P型半导体都属于电中性，对外不显电性。这是由于单 晶半导体和掺入的杂质都是电中性的，而且掺入的过程中既不丧失电荷也不从外 界获取电荷，只是由于杂质原子的价电子数目比晶体原子的价电子数目多一个或 少一个，而使半导体中出现了可以运动的电子或空穴，并没有破坏整个半导体内 正负电荷的平衡状态。
7.1
4
半导体的基础知识
7.1.1
本征半导体
铜、银、铝等金属材料是很容易导电的，称为导体；陶瓷、塑料、橡胶、玻 璃等材料却不容易导电，称为绝缘体。导体的导电性能良好，电阻率很低，在 10-8～10-6Ω· m之间。例如，铜的电阻率为1.57×10-8Ω· m。绝缘体的导电能力很 差，电阻率很高，在108～ 1016Ω· m之间。例如，橡胶的电阻率为1016Ω· m。 自然界除了导体和绝缘体外，还存在一类物质，它的导电特性介于导体和绝 缘体之间，它既不像导体那样容易导电，也不像绝缘体那样很难导电，这类物质 称为半导体。半导体的电阻率介于导体和绝缘体之间，比较典型的数值为 10-5～ 107Ω· m。例如，纯锗在室温时电阻率为0.47Ω· m。 半导体之所以引起人们的注意，得到广泛的应用，其主要原因不是由于电阻 率在数值上与导体和绝缘体有差别，而在于它的电阻率在受热、光照、掺杂等作 用下将出现很大变化。主要表现在以下3个方面：
《电工电子技术与技能》课程标准(中职)
《电工电子技术与技能》课程标准一、课程性质本课程是中等职业教育农业机械使用与维护专业必修的专业基础平台课程，是一门理论与实践相结合的专业核心课程，其任务是让学生掌握电工电子技术与技能的基础知识、基本技能，为后续《拖拉机汽车电器设备与维修》等课程学习奠定基础。
二、学时与学分150 学时，10 学分。
三、课程设计思路本课程应体现以服务发展为宗旨、以促进就业为导向，按照立德树人的要求，突出核心素养，注重必备品格和关键能力的培养，充分考虑学生的职业生涯发展，兼顾中高职课程衔接。
1.依据“中等职业教育农业机械使用与维护专业指导性人才培养方案” 中确定的培养目标、综合素质、职业能力，按照知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度，围绕农业机械的运用、农业机械的操作与维护、农业机械管理、农业机械销售服务等工作岗位要求，结合学生职业生涯发展、中高职分段培养等需要，确定本课程目标。
2.根据“中等职业教育农业机械使用与维护专业岗位职业能力分析表”，依据课程目标、岗位需求，对接职业标准，体现电工电子行业发展的新知识、新技术，结合学生职业生涯发展和终身教育发展需求，确定本课程教学内容。
3.以项目为载体组织教学内容，以电工电子技术与技能相关专业知识的应用设计教学任务，将相关的专业理论知识融于实践性学习任务过程中，做中学、做中教。
四、课程目标学生通过学习本课程，掌握电工电子技术与技能的基础知识和必备能力，形成良好的职业习惯和职业意识。
1.掌握电工电子电路的组成、工作原理和分析计算方法及其应用，基本电器符号和简单电路图识读；了解节能环保和安全用电的基础知识。
2.具备查阅电工电子有关手册及相关资料的能力，对常见电工电子元器件进行识别、选用、检测的能力。
3.能规范使用电工电子实践中用到的工具、仪器和仪表。
4.具有自我学习、团队合作、获取资源，分析问题、解决问题的能力。
5.具有规范操作的职业习惯和良好的职业素养。
五、课程内容与要求项目任务内容及要求参考学时走进实训室1.认知电工电子实训室的电源配置、基本设施以及实训工具和仪器仪表；2.掌握电工电子的操作规范。
电工电子技术基础课件：半导体器件
分的平均有
UO
1 T
T
uidt
0
1 2π
π 0
2Ui sin tdt
2 π
Ui
0.45Ui
在本题中因为Ui =10V，所
以
UO 0.45Ui 4.5V
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半导体器件——二极管
（2）选择整流二极管主要是选择其参数，由于在负半周时二极 管不导通，这时加在二极管上的最大反向电压为10 2V的电压。在 二极管导通期间流过二极管的电流就是流过负载电阻的电流
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半导体器件——二极管
温度变化时的特性曲线
温度升高，正向特性左移，反向特性下移
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半导体器件——二极管
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三、主要参数
半导体器件——二极管
1.最大整流电流 IOM（IF）
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流
当输入为正半周时二极管D导通，负载上得到正弦波 正半周信号。当输入为负半周时二极管D截止，在负载上 得到是一个单向脉动的电压。
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半导体器件——二极管
[例题]如图中 ui (t) 10 2 sin 31试4t,求R输L 出 4电压, 平均值，并选
择整流二极管。
[解]（1）由于整流后的输出电压是脉动直流电压，通常它的大小
最大耗散功率PZM （电流IZM ）
稳压管不因为过热而损坏的最大功率损耗值（电
流值），它取决于PN结面积和散热条件。IZm= PZM／UZ
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《电工电子技术与技能》(文春帆主编)习题参考答案
第一章 直流电路 复习与考工模拟参考答案一、填空题1．12 V 、24 V 、36 V 2．5 W 3．2.178×108 J 4．并联 5．12 K Ω 二、选择题 1．D2．A3．D4．D5．C三、判断题1．× 2．× 3．× 4．√ 5．√ 四、分析与计算题1．0.01 A ；10 mA ；1.0×104 μA 2．（1）A 115（或0.45 A ）（2）5.6 KW •h （3）2.8元第二章 电容与电感 复习与考工模拟参考答案一、填空题 1．106；1012 2．耐压3．储能；磁场；电场 4．103；1065．电阻（或欧姆） 二、选择题 1．D2．A3．C4．B5．A三、判断题1．√2．×3．×4．√5．√四、简答题略第三章磁场及电磁感应复习与考工模拟参考答案一、填空题1．安培定则（或右手螺旋定则）2．安培；BIlF=3．软磁物质；硬磁物质；矩磁物质4．电磁感应现象5．楞次二、选择题1．B 2．A 3．C 4．A 5．B三、判断题1．√2．√3．√4．×5．×四、分析与作图题1．略2．电流方向：BADCB第四章单相正弦交流电复习与考工模拟参考答案一、填空题1．振幅（最大值或有效值）；频率（周期或角频率）；初相2．V220（或311 V）；s2.0；rad/s)02（或314πrad/s1003．有效值4．电压与电流同频同相；电压超前电流900；电流超前电压9005．正比；反比6．在电感性负载两端并联一容量适当的电容器二、选择题1．B 2．B 3．B 4．D 5．C三、判断题1．×2．√3．×4．×5．√ 6. ×7. ×四、分析与计算题1．最大值：10 A；有效值：A5；周期：0.2 s；频率：5 Hz；初相：150022．440 W3．（1）R＝6Ω；L＝25.5 mH （2）0.6第五章三相正弦交流电复习与考工模拟参考答案一、填空题1．线电压；相电压；相电压；线电压2．220 V；380 V3．3；等于4．使不对称负载获得对称的相电压5．3；等于二、选择题1．D2．C3．A4．B5． A三、判断题1．√2．√3．√4．√5．×四、分析与作图题1．星形和三角形两种；画图略2．星形联结承受220V相电压；三角形联结时则承受380V线电压。
《电工电子技术与技能》教案
《电工电子技术与技能》教案第一章：电工电子技术基础1.1 电流、电压和电阻的概念1.2 欧姆定律的应用1.3 电路的基本元件1.4 电路的基本连接方式1.5 电路的基本测量工具及使用方法第二章：直流电路分析2.1 直流电路的基本概念2.2 电压源和电流源的等效变换2.3 基尔霍夫定律的应用2.4 电路的简化方法2.5 电路的故障检测与排除第三章：交流电路分析3.1 交流电路的基本概念3.2 交流电的相位和频率3.3 交流电路的电阻、电抗和容抗3.4 交流电路的功率计算3.5 交流电路的谐振现象第四章：电子元器件4.1 电阻、电容和电感的作用及应用4.2 半导体器件的二极管和三极管4.3 晶体管放大电路的基本原理4.4 场效应晶体管和功率晶体管4.5 集成电路的基本概念与应用第五章：基本放大电路5.1 放大电路的基本原理5.2 放大电路的分类及特点5.3 放大电路的设计与调试5.4 放大电路的应用实例5.5 放大电路的故障检测与排除第六章：电源和稳压电路6.1 电源的分类及工作原理6.2 稳压电源的设计与应用6.3 电源滤波电路的作用与设计6.4 电源保护电路的设计与实现6.5 电源电路的故障检测与排除第七章：电动机及其控制7.1 电动机的分类和工作原理7.2 电动机的启动和制动方法7.3 电动机的保护与维修7.4 常用电动机控制电路的设计与实现7.5 电动机控制电路的故障检测与排除第八章：继电接触器控制系统8.1 继电器和接触器的原理与结构8.2 继电器和接触器控制系统的设计与实现8.3 常用继电器和接触器控制电路的应用实例8.4 继电器和接触器控制系统的故障检测与排除8.5 继电器和接触器控制系统的优化与改进第九章：数字电路基础9.1 数字电路的基本概念9.2 逻辑门电路的设计与实现9.3 逻辑电路的设计与分析9.4 数字电路的仿真与实验9.5 数字电路在电工电子技术中的应用第十章：数字电路应用实例10.1 数字电路在通信技术中的应用10.2 数字电路在计算机技术中的应用10.3 数字电路在测量技术中的应用10.4 数字电路在自动控制系统中的应用10.5 数字电路应用实例的故障检测与排除第十一章：传感器与信号处理11.1 传感器的分类与工作原理11.2 传感器的选用与安装11.3 信号处理电路的设计与实现11.4 信号调理电路的应用实例11.5 传感器与信号处理电路的故障检测与排除第十二章：电气控制与PLC编程12.1 电气控制系统的基本组成与原理12.2 继电器控制系统的设计与实现12.3 可编程逻辑控制器（PLC）的基本原理与应用12.4 PLC编程软件的使用与编程实践12.5 电气控制与PLC编程的故障检测与排除第十三章：变频器与调速控制13.1 变频器的工作原理与选用13.2 变频器控制电路的设计与实现13.3 电动机的变频调速技术13.4 变频器在工业应用中的案例分析13.5 变频器与调速控制系统的故障检测与排除第十四章：电力电子技术14.1 电力电子器件的原理与应用14.2 电力电子变换器的设计与实现14.3 电力电子技术在电力系统中的应用14.4 电力电子设备的故障与保护14.5 电力电子技术的未来发展趋势第十五章：电工电子项目的实践与创新15.1 电工电子项目的设计与实施流程15.2 项目实践中的安全注意事项15.3 创新性项目的选题与设计思路15.5 项目实践与创新的经验分享重点和难点解析第一章：电工电子技术基础重点：电流、电压和电阻的概念，欧姆定律的应用，电路的基本元件和基本连接方式。
电工讲解
第１章 常用半导体元器件 半导体元器件是用半导体材料制成的电子元器件，随着电子技术的飞速发展，各种新型半导体元器件层出不穷。
半导体元器件是组成各种电子电路的核心元件，学习电子技术必须首先了解半导体元器件的基本结构和工作原理，掌握它们的特性和参数。
本章从讨论半导体的导电特性和PN 结的单向导电性开始，分别介绍二极管、双极型晶体管、绝缘栅场效应晶体管和半导体光电器件等常用的半导体元器件。
1.1 半导体的导电特性1.1.1 导体、绝缘体和半导体自然界的物质，按导电能力的强弱可分为导体、绝缘体和半导体三类。
物质的导电能力可以用电导率σ或电阻率ρ来衡量，二者互为倒数。
物质的导电能力越强，其电导率越大，电阻率越小。
导电能力很强的物质称为导体。
金属一般都是导体，如银、铜、铝、铁等。
原因是其原子最外层的电子受原子核的束缚作用很小，可以自由移动，成为自由电子。
在外电场个用下，自由电子逆电场方向运动而形成电流。
导体的主要特征是电阻率ρ很小，一般在０．０１～１m /mm 2⋅Ω之间，例如铜的电阻率为０．０１７５m /mm 2⋅Ω。
绝缘体是导电能力极弱的物质。
这种物质的核外电子被束缚得很紧，因而不能自由移动。
如橡胶、塑料、陶瓷、石英等都是绝缘体。
绝缘体的电阻率大于１０１４ m /mm 2⋅Ω。
半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。
其电阻率在10～1013 m /mm 2⋅Ω之间。
如硅、锗、硒、砷化镓等都属于半导体。
例如，在27℃ 时，纯硅的电阻率为21×108 m /mm 2⋅Ω；纯锗的电阻率为47×108 m /mm 2⋅Ω。
此外，半导体还具有不同于其他物质的一些特性：（1） 热敏特性 金属的电阻率随温度的变化很小，例如，温度每升高１℃ ，铜的电阻率增加０．４％左右，即温度升高１００℃ ，电阻率增加不到一半。
电子技术而半导体的导电能力对温度变化反应灵敏，电阻率随温度升高而显著降低。
例如，纯锗在温度从２０ ℃升高到３０℃ 时，其电阻率就要降低一半左右。
《电工电子技术基础》_电子技术中常用半导体器件
体
•硅和锗 的简化 原子模 型。
•这是硅和锗构成的 共价键结构示意图 • 晶体结构中的 共价键具有很强的 结合力，在热力学 零度和没有外界能
量激发时，价电子
没有能力挣脱共价
•一般情况下，本征半导体中的载流子浓
键束缚，这时晶体 中几乎没有自由电
度很小，其导电能力较弱，且受温度影响 子，因此不能导电
很大，不稳定，因此其用途还是很有限的
•第3 页
•第3 页
•讨论题
•半导体导电机理 •和导体的导电机
• 半导体的导电机理与金属导体 的导电机理有本质的区别：金属 导体中只有一种载流子—自由电
•理有什么区别？
子参与导电，半导体中有两种载
流子—自由电子和空穴参与导电
，而且这两种载流子的浓度可以
•杂质半导体中的多数载
通过在纯净半导体中加入少量的
• 面接触型二极管PN结面积大，因而能通过较大的电流，但其
•第3 页
•3. PN结
• P型和N型半导体并不能直接用来制造半导体器件。通常是在N型或 P型半导体的局部再掺入浓度较大的三价或五价杂质，使其变为P型或N 型半导体，在P型和N型半导体的交界面就会形成PN结。
•PN结是构成各种半导体器件的基础。
• 左图所示的是一块晶片，两边分别形成 P型和N型半导体。为便于理解，图中P区仅 画出空穴（多数载流子）和得到一个电子的 三价杂质负离子，N区仅画出自由电子（多 数载流子）和失去一个电子的五价杂质正离 子。根据扩散原理，空穴要从浓度高的P区 向N区扩散，自由电子要从浓度高的N区向P 区扩散，并在交界面发生复合(耗尽），形 成载流子极少的正负空间电荷区如图中间区 域，这就是PN结，又叫耗尽层。
•第3 。
页
《电工电子技术与应用》课件——主题9 常用半导体器件
§9-1 二极管
※识别与检测二极管
二、检测二极管
1. 用模拟式万用表检测
（1）检测原理
利用二极管具有单向导电性的特性，用万用表的欧姆挡分别测
量其正、反向电阻，反向电阻应远大于正向电阻。对于锗二极管，
正向电阻一般为 100 ~ 1 000 Ω ；对于硅二极管，正向电阻一般为几
百欧至几千欧。检测二极管时，万用表一般选用“R×100”挡或
2.三极管内部电流的分配与放大作用
分配（各极电流满足KCL）： I E I B IC
三极管 内部电 流的形 成
放大作用： IC IB
注意：三极管的电流放大作用不是真正地把微小电流放大了，而是 以基极电流微小的变化去控制集电极电流的较大变化。 20
电工电子技术与应用
主题9 常用半导体器件
§9-2 三极管
主题9 常用半导体器件
§9-2 三极管
※认识三极管
三、三极管的特性曲线
2. 输出特性曲线
输出特性曲线是指基极电流 i B 一定时，u CE 与 i C 之 间的关系。
输出特性曲线
三极管输出特性曲线分为三个区：截止区、饱和区和放大区。
（1）截止区 i B = 0 曲线以下的区域称为截止区，此时三极管处于截止状态。 三极管处于截止状态的条件是发射结和集电结均反偏。
结反偏。
输出特性曲线
24
电工电子技术与应用
主题9 常用半导体器件
§9-2 三极管
※认识三极管
三、三极管的特性曲线 2. 输出特性曲线 从以上的分析可知，三极管工作于放大状态时，具有电流放大作用；工作
于截止和饱和状态时，相当于一个由基极电流控制的无触点的开关，具有开关 作用（饱和时 C、E 间相当于开关闭合，截止时 C、E 间相当于开关断开）。 三极管的工作状态可以根据各极电位的高低来判定。
11半导体基础知识
第一章 常用半导体器件
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25
多余 电子
磷原子
+4 +4 +5 +4
N 型半导体中 的载流子是什 么？
1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自 由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流 子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
变薄
+ P
－+ －+ －+ －+
内电场被削弱，多子 的扩散加强能够形成 较大的扩散电流。
_ N
外电场
R
内电场
E
第一章 常用半导体器件
back
38
2、PN 结反向偏置
变厚
_ P
－+ －+ －+ －+
内电场被被加强，多子
的扩散受抑制。少子漂
移加强，但少子数量有
限，只能形成较小的反
向电流。
+
N
内电场
外电场
第一章 常用半导体器件
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26
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼
（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质
取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的
半导体原子形成共价键时， 空穴
产生一个空穴。这个空穴 可能吸引束缚电子来填补，
+4
+4
使得硼原子成为不能移动
的带负电的离子。由于硼 原子接受电子，所以称为
比掺杂前载流子增加106，即一百万倍。
第一章 常用半导体器件
back
29
电工与电子技术课件：常用电子元器件
常用电子元器件 （2） 耐压： 电容器长期可靠工作时能承受的最大直流 电压就是电容器的耐压， 也称为电容器的直流工作电压。 应 用时绝对不允许超过电容器的耐压值； 一旦超过， 电容器就 会被击穿短路， 造成永久性损坏。
常用电子元器件
（3） 绝缘电阻： 由于电容器两极板间的介质不是绝对 的绝缘体， 因而其电阻不是无穷大， 而是一个有限值。 电容 器两极之间的电阻称为绝缘电阻， 或称为漏电电阻。 一般小 容量无极性电容器的绝缘电阻可达1000 MΩ以上， 而电解电 容的绝缘电阻一般较小。 电容器漏电会引起能量损耗， 影响 电容器的寿命和电路的工作性能， 因此， 电容器的绝缘电阻 愈大愈好。
常用电子元器件 若将电容器与电池分开， 用导线把电容器两块金属板连 接起来， 再接入一块电流表， 则刚接上时， 会发现电流表上 有电流指示， 说明电路中有电流流动。 随着时间的推移， 两 金属板之间的电压很快降低， 直到电流表指示为零， 这种现 象称为电容器的“放电”。
常用电子元器件
2） 常见电容器的外形图如图6.7所示。 (1） 按结构分类： 固定电容器、 可变电容器和微调电 容器三类。 (2） 按介质分类： 陶瓷电容器、 云母电容器、 纸介电 容器、 油质电容器、 薄膜电容器、 电解电容器、 钽电容 器等。
常用电子元器件 图6.3 四道色环电阻器的表示方法
常用电子元器件
3. 1） （1) 半可调式电阻器： 半可调式电阻器又称微调电阻器， 其实物图如图6.4所示。 它主要用在阻值不需要经常变动的电 路中， 例如偶而需要调整三极管偏流的电阻等。 半可调式电 阻器用于小电流电路中， 多为碳膜电位器， 其额定功率较小。
常用电子元器件
（1） 测量时， 万用表表针一下摆到“0”之后， 并不回 摆， 说明该电容器已经被击穿短路。
《电工电子技术与技能》教案
《电工电子技术与技能》教案第一章：电工电子基础知识1.1 电流、电压和电阻的概念1.2 欧姆定律和功率计算1.3 电路的基本元件1.4 电路图的识别与绘制1.5 课后练习题第二章：电工元件2.1 电阻器的识别与测量2.2 电容器的识别与测量2.3 电感器的识别与测量2.4 二极管、三极管的识别与测量2.5 课后练习题第三章：基本电路分析3.1 串联电路和并联电路3.2 串并联电路的计算3.3 电路的欧姆定律应用3.4 电路的功率计算3.5 课后练习题第四章：电子元件4.1 半导体器件的认识4.2 晶体管放大电路4.3 数字电路的基本元件4.4 集成电路的认识与应用4.5 课后练习题第五章：实用电路制作与调试5.1 简单电路的制作与调试5.2 收音机的组装与调试5.3 照明电路的设计与安装5.4 电子设备的维护与检修5.5 课后练习题第六章：安全用电与触电急救6.1 安全用电的基本原则6.2 触电的危害与预防6.3 触电急救措施与流程6.4 电器设备的正确使用与维护6.5 课后练习题第七章：电机与控制7.1 直流电机的工作原理与控制7.2 交流电机的工作原理与控制7.3 电机控制电路的设计与调试7.4 常用控制器件的认识与使用7.5 课后练习题第八章：变压器与transformers8.1 变压器的工作原理与结构8.2 变压器的接线与额定参数8.3 变压器的检测与维护8.4 变压器在电路中的应用案例8.5 课后练习题第九章：电力电子技术9.1 电力电子器件的认识与选用9.2 整流电路的设计与应用9.3 逆变电路的设计与应用9.4 变频电路的设计与应用9.5 课后练习题第十章：综合实践项目10.1 项目一：家庭照明电路的设计与安装10.2 项目二：小型风力发电装置的制作10.3 项目三：充电器的设计与制作10.4 项目四：电子温度计的制作与调试10.5 项目五：智能家居系统的基本构成与实现10.6 课后练习题重点和难点解析一、电流、电压和电阻的概念：重点关注电流、电压和电阻的定义及它们之间的关系。
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第十一章常用半导体元件
第一节二极管
【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】
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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
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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I FM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U RM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I 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。
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