二极管基本认识

第5单元 二极管

课题

项目四 二极管知识 课时 4学时

教学内容 1、常用二极管的外形特征。

2、常用二极管的基本功能。

3、二极管常用参数及检测

教学目标 1、认知目标：认识半导体，了解PN 结的原理及结构和掌握二极管伏安特性。

2、技能目标：掌握用万用表判别二极管的极性和好坏的方法，掌握二极管基本分析方法

3、情感目标：通过对二极管基本知识的学习，提高把知识转化为技术的意识，今后在实验过程中培养认真的态度，把理论转化为实践。

教学重点 二极管伏安特性。

教学难点 使用万用表检测二极管的好坏和极性。

教学方法 设疑法、讲解法、提问法、示范法、练习法

教学过程 学生活动

一、 创设意境，导入新课 开始新课之前，先看一下几个问题： 1、我们常用的电源有交流电、直流电，那我们需要的直流电怎么得来？

2、半导体是什么？半导体二极管有哪些特性？

今天，我们将学习一种新的元器件，学过之后你就会明白上面的问题。

二、 新课内容

（一）半导体知识部分

1.半导体概述

半导体是个熟悉的名词，但是什么是半导体呢？

自然界的物质按导电能力的强弱可分为如下几类：

一类是导电能力特别强的物质叫导体（如银、铜、铝等），导体的电阻率通常在m ⋅Ω--5810~10。

另一类是导电能力非常差，几乎可以看成不能导电的物质，叫绝缘体（如塑料、橡胶、陶瓷等），绝缘体的电阻率通常在m ⋅Ω16810~10。

还有一类是半导体，其导电能力介于导体和绝缘体之间（如锗、硅、砷化镓等）叫半导体，半导体的电阻率通常在m ⋅Ω-7410~10。

P

2.半导体特性

半导体除了在导电能力方面与导体和绝缘体不同外，它还具有不同于其它物质的特点，例如，当半导体受到外界光和热的照射时，或掺入某些杂质时其导电能力将发生显著的变化。这个特点说明，半导体的导电机构必然不同于其它物质。

半导体特性：

*1、半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。

2、在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由电子和空穴对，故其有一定的导电能力。

*3、本征半导体的导电能力主要由温度决定；杂质半导体的导电能力主要由所掺杂质的浓度决定。

4、P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子。

*5、半导体的导电能力与温度、光强、杂质浓度和材料性质有关。

3.半导体结构（了解方式学习）

在电子学中，用得最多的半导体是硅和锗，硅和锗的外层电子都是4个，都是四价元素。与相邻四个原子分别用四个共价键相连，形成原子有规律地整齐排列的结构，称为晶体结构，这就是晶体管的来由。本来外层电子受共价键束缚，但是少数电子获得一定的动能才能挣脱共价键的束缚成为自由电子。在电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后，共价键中就留下一个空位，这个空位叫做空穴。于是半导体可以导电，但是在常温下只有极少电子能称为自由电子，所以导电能力较弱。完全纯净的、结构完整的半导体晶体称为本征半导体。但是本征半导体易受温度的影响，而且导电能力差，不能直接使用在电子线路中，必须利用掺杂特性制作杂质半导体。

在硅（或锗）晶体中掺入微量的五价元素P，磷原子的5个价电子中有4个电子和硅原子组成共价键，多出一个电子很容易脱离原子核的束缚而成为自由电子，同时磷原子也就成为带正电的离子。这样，由于磷元素的掺入，使硅晶体中自由电子的数目大大增加。当然硅原子由于热激发也产生少量的电子—空穴对。这种半导体的导电主要是靠电子，所以称它为电子半导体，简称N型半导体。本征半导体中空穴和自由电子成对出现，但是在杂质半导体中不同，略讲多子和少子概念。

在硅（或锗）晶体中掺入微量的三价元素B，硼原子有3个价电子，它与硅原子组成共价键时缺少一个价电子而形成一个空穴，空穴的浓度比电子的浓度大得多。这种半导体的导电主要是靠空穴，所以称它为空穴半导体，简称P型半导体。

4.PN结原理

（1）PN 结的形成

在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。 PN结是多数载流子的扩散运动和少数载流子的漂移运动相较量,最终达到动态平衡的必然结果，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。

（2）PN结的单向导电性

PN结的偏置

PN结加上正向电压（正向偏置）的意思都是：P区加正、N区加负电压。

PN结加上反向电压（反向偏置）的意思都是： P区加负、N区加正电压。

PN结正偏

如上图1.1.6所示,当PN结正偏时，外加电源形成的电场加强了载流子的扩散运动，削弱了内电场，耗尽层变薄，因而多子的扩散运动形成了较大的扩散电流。用流程图表述如下：PN结正偏外电场削弱内电场耗尽层变薄扩散运动漂

移运动多子扩散运动形成正向电流。

PN结的反偏

在PN结加反向偏置时,如图1.1.7所示，外加电源形成的外电场加强了内电场，多子的扩散运动受到阻碍，耗尽层变厚；少子的漂移运动加强，形成较小的漂移电流。其过程表述如下：

PN结反偏外电场加强内电场耗尽层变厚扩散运动

漂移运动少子漂移运动形成反向电流。

综上所述：

1）PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻， PN结导通；

2）PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。

（二）二极管的特性及主要参数

1、半导体二极管的结构和符号

形成PN结的P型半导体和N型半导体上，分别引出两根金属引线，并用管壳封装，就制成二极管。其中从P区引出的线为正极，从N区引出的线为负极。二极管的结构外形及在电路中的文字符号如图1.2.1所示。在图1.2.1(b)所示电路