第一篇：半導(dǎo)體的基本知識(shí)教案

電工電子技術(shù)教案

第一章 半導(dǎo)體二極管

§1-1 教學(xué)目的：

1、了解半導(dǎo)體導(dǎo)電性及特點(diǎn)。

2、初步掌握PN結(jié)的基本特性及非線(xiàn)性的實(shí)質(zhì)。

3、熟悉二極管外形和電路符號(hào)，伏安特性和主要參數(shù)。

4、了解特殊功能的二極管及應(yīng)用。

半導(dǎo)體的基本知識(shí)

教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：

教學(xué)重點(diǎn)：1）半導(dǎo)體導(dǎo)電性及特點(diǎn)。

2）PN結(jié)的基本特性及非線(xiàn)性的實(shí)質(zhì)

3）二極管外形和電路符號(hào)，伏安特性和主要參數(shù)。

教學(xué)難點(diǎn)：二極管外形和電路符號(hào)，伏安特性和主要參數(shù)

一、半導(dǎo)體的基本概念

人們按照物質(zhì)導(dǎo)電性能，通常將各種材料分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三大類(lèi)。導(dǎo)電性能良好的物質(zhì)稱(chēng)為導(dǎo)體，例如金、銀、銅、鋁等金屬材料。另一類(lèi)是幾乎不導(dǎo)電的物質(zhì)稱(chēng)為絕緣體，例如陶瓷、橡膠、塑料等材料。再一類(lèi)是導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱(chēng)為半導(dǎo)體，例如硅(Si)、鍺(Ge)、砷化鎵等都是半導(dǎo)體。

純凈半導(dǎo)體也叫本征半導(dǎo)體，這種半導(dǎo)體只含有一種原子，且原子按一定規(guī)律整齊排列。如常用半導(dǎo)體材料硅（Si）和鍺（Ge）。在常溫下，其導(dǎo)電能力很弱；在環(huán)境溫度升高或有光照時(shí)，其導(dǎo)電能力隨之增強(qiáng)。

常常在本征半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)，其目的不單純是為了提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，而是想通過(guò)控制雜質(zhì)摻入量的多少，來(lái)控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱。

在硅本征半導(dǎo)體中，摻入微量的五價(jià)元素(磷或砷)，就形成N型半導(dǎo)體。在硅本征半導(dǎo)體中，摻入微量的三價(jià)元素(銦或硼)，就形成P型半導(dǎo)體。

二、PN結(jié)及單向?qū)щ娦?/p>

1、當(dāng)把一塊P型半導(dǎo)體和一塊N型半導(dǎo)體用特殊工藝緊密結(jié)合時(shí)，在二者的交界面上會(huì)形成一個(gè)具有特殊現(xiàn)象的薄 1

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層，這個(gè)薄層被稱(chēng)為PN結(jié)。

2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

1）PN結(jié)加正向電壓――正向?qū)?/p>

正極接Ｐ區(qū)，負(fù)極接Ｎ區(qū)，稱(chēng)“正向偏置”或正偏。２）PN結(jié)加反向電壓――反向截止

電源負(fù)極接Ｐ區(qū)，正極接Ｎ區(qū)，稱(chēng)“反向電壓”或反偏。

ＰＮ結(jié)加正向電壓導(dǎo)通，加反向電壓截止，即ＰＮ結(jié)的――單向?qū)щ娦?/p>

§1-２ 一、二極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和分類(lèi) 1.二極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)

半導(dǎo)體二極管

晶體二極管是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的，從P區(qū)引出的電極為二極管正極，N區(qū)引出的電極為二極管負(fù)極，用管殼封裝起來(lái)即成二極管。

二極管的符號(hào)用Ｖ表示

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２、二極管的分類(lèi)

講述書(shū)本上的表１－２ 二極管的命名方法

由五部分組成，見(jiàn)書(shū)本Ｐ４講解

我國(guó)半導(dǎo)體器件的型號(hào)是按照它的材料、性能、類(lèi)別來(lái)命名的，一般半導(dǎo)體器件的型號(hào)由五部分組成。

第一部分——用阿拉伯?dāng)?shù)字表示器件的電極數(shù)目； 第二部分——用漢語(yǔ)拼音字母表示器件的材料和極性； 第三部分——用漢語(yǔ)拼音字母表示器件的類(lèi)型； 第四部分——用阿拉伯?dāng)?shù)字表示器件序號(hào)； 第五部分——用漢語(yǔ)拼音字母表示規(guī)格號(hào)。二、二極管的伏安特性(1)正向特性（圖中OAB段）

① 當(dāng)二極管兩端所加的正向電壓由零開(kāi)始增大時(shí)，在正向電壓比較小的范圍內(nèi)，正向電流很小，二極管呈現(xiàn)很大的電阻，如圖中OA段，通常把這個(gè)范圍稱(chēng)為死區(qū)，相應(yīng)的電壓叫死區(qū)電壓。硅二極管的死區(qū)電壓為0.5V左右，鍺二極管的死區(qū)電壓約為0.1～0.2V。

② 外加電壓超過(guò)死區(qū)電壓以后，二極管呈現(xiàn)很小的電阻，正向電流ID迅速增加，這時(shí)二極管處于正向?qū)顟B(tài)，如圖中AB段為導(dǎo)通區(qū)，此時(shí)管子兩端電壓降變化不大，該電壓值稱(chēng)為正向壓降(或管壓降)，常溫下硅管約為0.6～0.7V，鍺管約為0.2～0.3V。

(2)反向特性（圖中OCD段）

① 當(dāng)給二極管加反向電壓時(shí)，所形成的反向電流是很小的，而且在很大范圍內(nèi)基本不

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隨反向電壓的變化而變化，即保持恒定。如曲線(xiàn)OC段稱(chēng)為反向截止區(qū)，此處的IR稱(chēng)為反向飽和電流。

② 當(dāng)反向電壓大到一定數(shù)值UBR時(shí)，反向電流會(huì)急劇增大，如圖中CD段，這種現(xiàn)象稱(chēng)為反向擊穿，相應(yīng)的電壓叫反向擊穿電壓。正常使用二極管時(shí)（穩(wěn)壓二極管除外），是不允許出現(xiàn)這種現(xiàn)象的，因?yàn)閾舸┖箅娏鬟^(guò)大將會(huì)使管子損壞。三、二極管的主要參數(shù)

選擇二極管時(shí)主要考慮以下三個(gè)參數(shù)；最大整流電流、最高反向工作電壓、反向電流。

1、最大整流電流IFM 是二極管允許通過(guò)的最大正向工作電流的平均值。如實(shí)際工作時(shí)的正向電流平均值超過(guò)此值，二極管內(nèi)的PN結(jié)可能會(huì)過(guò)分發(fā)熱而損壞。

2、最高反向工作電壓URM 是二極管允許承受的反向工作電壓的峰值。為了留有余量，通常標(biāo)定的最高反向工作電壓是反向擊穿電壓的一半或三分之一。

3、反向漏電流IR 是在規(guī)定的反向電壓和環(huán)境溫度下測(cè)得的二極管反向電流值。這個(gè)電流值越小，二極管單向?qū)щ娦阅茉胶谩?/p>

硅是非金屬，其反向漏電流較小，在納安數(shù)量級(jí)，而鍺是金屬，其反向漏電流較大，在微安數(shù)量級(jí)。講述書(shū)上例題１－１ 四、二極管的識(shí)別與檢測(cè) １、識(shí)別

可根據(jù)其外部標(biāo)志來(lái)識(shí)別管腳極性 ２、二極管的檢測(cè)

用指針式萬(wàn)用表判別二極管的極性和好壞。如圖5.5所示，將萬(wàn)用表拔至電阻檔的R×100Ω或R×1KΩ檔。此時(shí)，萬(wàn)用表的紅表筆接的是表內(nèi)電池的負(fù)極，黑表筆接的是表內(nèi)電池的正極。具體的測(cè)量方法是：將萬(wàn)用表的紅、黑筆分

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別接在二極管的兩端，測(cè)量此時(shí)的電阻值。正常時(shí)，圖（a）測(cè)得的正向電阻比較?。◣譑Ω以下）；圖（b）測(cè)得的反向電阻比較大（幾百KΩ）。測(cè)得電阻值小的那一次，黑表筆接的是二極管的正極。

如果測(cè)得二極管的正、反向電阻都很小，甚至于為零，表明管子內(nèi)部已短路。如果測(cè)得二極管的正、反向電阻都很大，則表明管子內(nèi)部已斷路。

五、其他二極管 1.發(fā)光二極管

發(fā)光二極管(簡(jiǎn)稱(chēng)LED)的PN結(jié)工作在正向偏置狀態(tài)。它是利用電信號(hào)變成光信號(hào)的一種半導(dǎo)體器件，它具有功耗低、體積小、工作可靠等特點(diǎn)。2.光敏二極管

光敏二極管又稱(chēng)光電二極管，其PN結(jié)工作在反向偏置狀態(tài)。目前使用最多的是硅（Si）光電二極管。

3、變?nèi)荻O管

變?nèi)荻O管的特性曲線(xiàn)及符號(hào)

工作原理

應(yīng)用

變?nèi)荻O管的結(jié)電容主要由耗盡層引起。耗盡層內(nèi)無(wú)載流子，相當(dāng)于平行板電容器兩個(gè)極板間的介質(zhì)，當(dāng)PN結(jié)的面積一定時(shí)，結(jié)電容Cj與耗盡層的寬度成反比；當(dāng)外加反向電壓減小時(shí)，耗盡層變窄，Cj增大，反之,Cj減小。所以，變?nèi)荻O管相當(dāng)于用電壓來(lái)控制容量的可變電容，即壓控電容。

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課堂小結(jié)：

1.半導(dǎo)體中有兩種載流子：電子和空穴。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性是靠本征激發(fā)產(chǎn)生的電子--空穴對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常溫下導(dǎo)電性很弱，但是它具有熱敏特性、光照特性和摻雜特性，因而被廣泛應(yīng)用。

2.雜質(zhì)半導(dǎo)體有兩類(lèi)：N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體，N型半導(dǎo)體中電子是多數(shù)載流子，空穴是少子；P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，電子是少子。PN結(jié)的基本特性是單向?qū)щ娦浴?/p>

3.二極管是由一個(gè)PN結(jié)組成，所以具有單向?qū)щ娦浴６O管的伏安特性是非線(xiàn)性的，故稱(chēng)它是非線(xiàn)性器件。二極管的門(mén)坎電壓（也稱(chēng)死區(qū)電壓），硅管約0.5V，鍺管約0.2V；正向壓降硅管約0.7V，鍺管約0.3V。

4.特殊二極管主要有穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管、光電二極管等。穩(wěn)壓二極管是利用它的反向擊穿時(shí)電壓基本恒定不變，電流變化很大的特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的。變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)電容隨反向電壓變化而變化來(lái)實(shí)現(xiàn)變?nèi)莸?多用于調(diào)諧電路選取信號(hào)。發(fā)光二極管功能是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。而光電二極管則是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。作業(yè)：習(xí)題冊(cè)第1、2、3、4、5頁(yè)。

第二篇：常用半導(dǎo)體器件教案

第一章

常用半導(dǎo)體器件

1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

1.1.1 本征半導(dǎo)體

一、半導(dǎo)體

1． 概念：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。2． 本征半導(dǎo)體：純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。

二、本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)（圖1.1.1）

1． 晶格：晶體中的原子在空間形成排列整齊的點(diǎn)陣。2． 共價(jià)鍵

三、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子（圖1.1.2）

1． 本征激發(fā)：在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴對(duì)的現(xiàn)象。2． 空穴：講解其導(dǎo)電方式； 3． 自由電子

4． 復(fù)合：自由電子與空穴相遇，相互消失。5． 載流子：運(yùn)載電荷的粒子。

四、本征半導(dǎo)體中載流子的濃度

1． 動(dòng)態(tài)平衡：載流子濃度在一定溫度下，保持一定。2． 載流子濃度公式：

ni?pi?K1T3/2e?EGO/(2kT)

自由電子、空穴濃度（cm?5－

3），T為熱力學(xué)溫度，k為波耳茲曼常數(shù)（8.63?10eV/K），EGO為熱力學(xué)零度時(shí)破壞共價(jià)鍵所需的能量（eV），又稱(chēng)禁帶寬度，K1是與半導(dǎo)體材料載流子有效質(zhì)量、有效能級(jí)密度有關(guān)的常量。

1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體

一、概念：通過(guò)擴(kuò)散工藝，摻入了少量合適的雜質(zhì)元素的半導(dǎo)體。

二、N型半導(dǎo)體（圖1.1.3）

1． 形成：摻入少量的磷。2． 多數(shù)載流子：自由電子 3． 少數(shù)載流子：空穴

4． 施主原子：提供電子的雜質(zhì)原子。

三、P型半導(dǎo)體（圖1.1.4）

1． 形成：摻入少量的硼。2． 多數(shù)載流子：空穴 3． 少數(shù)載流子：自由電子

4． 受主原子：雜質(zhì)原子中的空穴吸收電子。

5． 濃度：多子濃度近似等于所摻雜原子的濃度，而少子的濃度低，由本征激發(fā)形成，對(duì)溫度敏感，影響半導(dǎo)體的性能。

1.1.3 PN結(jié)

一、PN結(jié)的形成（圖1.1.5）

1． 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：多子從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動(dòng)。2． 空間電荷區(qū)、耗盡層（忽視其中載流子的存在）3． 漂移運(yùn)動(dòng)：少子在電場(chǎng)力的作用下的運(yùn)動(dòng)。在一定條件下，其與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡。4． 對(duì)稱(chēng)結(jié)、不對(duì)稱(chēng)結(jié)：外部特性相同。

二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

1． PN結(jié)外加正向電壓：導(dǎo)通狀態(tài)（圖1.1.6）正向接法、正向偏置，電阻R的作用。（解釋為什么Uho與PN結(jié)導(dǎo)通時(shí)所表現(xiàn)的外部電壓相反：PN結(jié)的外部電壓為U即平時(shí)的0.7V，而內(nèi)電場(chǎng)的電壓并不對(duì)PN結(jié)的外部電壓產(chǎn)生影響。）

2． PN結(jié)外加反向電壓：截止?fàn)顟B(tài)（圖1.1.7）反向電壓、反向偏置、反向接法。形成漂移電流。

三、PN結(jié)的電流方程

1． 方程（表明PN結(jié)所加端電壓u與流過(guò)它的電流i的關(guān)系）：

i?IS(euUT?1)

UT?kT

q為電子的電量。q2．平衡狀態(tài)下載流子濃度與內(nèi)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系： 3． PN結(jié)電流方程分析中的條件：

4． 外加電壓時(shí)PN結(jié)電流與電壓的關(guān)系：

四、PN結(jié)的伏安特性（圖1.1.10）

1． 正向特性、反向特性

2． 反向擊穿：齊納擊穿（高摻雜、耗盡層薄、形成很強(qiáng)電場(chǎng)、直接破壞共價(jià)鍵）、雪崩擊穿（低摻雜、耗盡層較寬、少子加速漂移、碰撞）。

五、PN結(jié)的電容效應(yīng)

1． 勢(shì)壘電容：（圖1.1.11）耗盡層寬窄變化所等效的電容，Cb（電荷量隨外加電壓而增多或減少，這種現(xiàn)象與電容器的充放電過(guò)程相同）。與結(jié)面積、耗盡層寬度、半導(dǎo)體介電常數(shù)及外加電壓有關(guān)。2． 擴(kuò)散電容：（圖1.1.12）

（1）平衡少子：PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí)的少子。

（2）非平衡少子：PN結(jié)處于正向偏置時(shí)，從P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴和從N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的自由電子。

（3）濃度梯度形成擴(kuò)散電流，外加正向電壓增大，濃度梯度增大，正向電流增大。

（4）擴(kuò)散電容：擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，電荷的積累和釋放過(guò)程與電容器充放電過(guò)程相同。i越大、τ越大、UT越小，Cd就越大。

（5）結(jié)電容Cj?Cb?Cd

pF級(jí)，對(duì)于低頻忽略不計(jì)。

1.2 半導(dǎo)體二極管

（幾種外形）（圖1.2.1）

1.2.1 半導(dǎo)體二極管的幾種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)（圖1.2.2）

一、點(diǎn)接觸型：電流小、結(jié)電容小、工作頻率高。

二、面接觸型：合金工藝，結(jié)電容大、電流大、工作頻率低，整流管。

三、平面型：擴(kuò)散工藝，結(jié)面積可大可小。

四、符號(hào)

1.2.2 二極管的伏安特性 一、二極管的伏安特性

1． 二極管和PN結(jié)伏安特性的區(qū)別：存在體電阻及引線(xiàn)電阻，相同端電壓下，電流??；存在表面漏電流，反向電流大。

2． 伏安特性：開(kāi)啟電壓（使二極管開(kāi)始導(dǎo)通的臨界電壓）（圖1.2.3）

二、溫度對(duì)二極管方案特性的影響

1． 溫度升高時(shí)，正向特性曲線(xiàn)向左移，反向特性曲線(xiàn)向下移。

2． 室溫時(shí)，每升高1度，正向壓降減小2～2.5mV；每升高10度，反向電流增大一倍。

1.2.3 二極管的主要參數(shù)

一、最大整流電流IF：長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過(guò)的最大正向平均電流。

二、最高反向工作電壓UR：工作時(shí)，所允許外加的最大反向電壓，通常為擊穿電壓的一半。

三、反向電流IR：未擊穿時(shí)的反向電流。越小，單向?qū)щ娦栽胶?；此值?duì)溫度敏感。

四、最高工作頻率fM：上限頻率，超過(guò)此值，結(jié)電容不能忽略。

1.2.4 二極管的等效電路 一、二極管的等效電路：在一定條件下，能夠模擬二極管特性的由線(xiàn)性元件所構(gòu)成的電路。一種建立在器件物理原理的基礎(chǔ)上（復(fù)雜、適用范圍寬），另一種根據(jù)器件外特性而構(gòu)造（簡(jiǎn)單、用于近似分析）。

二、由伏安特性折線(xiàn)化得到的等效電路：（圖1.2.4）

1． 理想二極管：注意符號(hào) 2． 正向?qū)〞r(shí)端電壓為常量

3． 正向?qū)〞r(shí)端電壓與電流成線(xiàn)性關(guān)系 4． 例1（圖1.2.5）三種不同等效分析：（1）V遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于UD，（2）UD變化范圍很小，(3)接近實(shí)際情況。5． 例2（圖1.2.6）三、二極管的微變等效電路（圖1.2.7）（圖1.2.8）（圖1.2.9）

動(dòng)態(tài)電阻的公式推倒：

1.2.5 穩(wěn)壓二極管

一、概念：一種由硅材料制成的面接觸型晶體二極管，其可以工作在反向擊穿狀態(tài)，在一定電流范圍內(nèi)，端電壓幾乎不變。

二、穩(wěn)壓管的伏安特性：（圖1.2.10）

三、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)

1． 穩(wěn)定電壓UZ：反向擊穿電壓，具有分散性。2． 穩(wěn)定電流IZ：穩(wěn)壓工作的最小電流。

3． 額定功耗PZM：穩(wěn)定電壓與最大穩(wěn)定電流的乘積。4． 動(dòng)態(tài)電阻rZ：穩(wěn)壓區(qū)的動(dòng)態(tài)等效電阻。

5． 溫度系數(shù)α：溫度每變化1度，穩(wěn)壓值的變化量。小于4V為齊納擊穿，負(fù)溫度系數(shù)；大于7V為雪崩擊穿，正溫度系數(shù)。

四、例（圖1.2.11）

1.2.6 其他類(lèi)型二極管

一、發(fā)光二極管（圖1.2.12）可見(jiàn)光、不可見(jiàn)光、激光；紅、綠、黃、橙等；開(kāi)啟電壓大。

二、光電二極管（圖1.2.13）遠(yuǎn)紅外接受管，伏安特性（圖1.2.14）光電流（光電二極管在反壓下，受到光照而產(chǎn)生的電流）與光照度成線(xiàn)性關(guān)系。

三、例（圖1.2.15）

1.3 雙極型晶體管

雙極型晶體管（BJT: Bipolar Junction Transistor）幾種晶體管的常見(jiàn)外形（圖1.3.1）

1.3.1 晶體管的結(jié)構(gòu)及類(lèi)型（圖1.3.2）

一、構(gòu)成方式：同一個(gè)硅片上制造出三個(gè)摻雜區(qū)域，并形成兩個(gè)PN結(jié)。

二、結(jié)構(gòu)：

1． 三個(gè)區(qū)域：基區(qū)（薄且摻雜濃度很低）、發(fā)射區(qū)（摻雜濃度很高）、集電區(qū)（結(jié)面積大）；

2． 三個(gè)電極：基極、發(fā)射極、集電極； 3． 兩個(gè)PN結(jié)：集電結(jié)、發(fā)射結(jié)。

三、分類(lèi)及符號(hào)：PNP、NPN 1.3.2 晶體管的電流放大作用

一、放大：把微弱信號(hào)進(jìn)行能量的放大，晶體管是放大電路的核心元件，控制能量的轉(zhuǎn)換，將輸入的微小變化不失真地放大輸出，放大的對(duì)象是變化量。

二、基本共射放大電路（圖1.3.3）

1． 輸入回路：輸入信號(hào)所接入的基極－發(fā)射極回路；

2． 輸出回路：放大后的輸出信號(hào)所在的集電極－發(fā)射極回路； 3． 共射放大電路：發(fā)射極是兩個(gè)回路的公共端； 4． 放大條件：發(fā)射結(jié)正偏且集電結(jié)反偏；

5． 放大作用：小的基極電流控制大的集電極電流。

三、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)（圖1.3.4）分析條件?uI?0

1． 發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流IE，空穴電流IEP由于基區(qū)摻雜濃度很低，可以忽略不計(jì)；IE?IEN?IEP

2． 擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成電流IBN；

3． 集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流IC，其中非平衡少子的漂移形成ICN，平衡少子形成ICBO。

??ICBO4． 晶體管的電流分配關(guān)系：IC?ICN?ICBO，IB?IBN?IEP?ICBO?IB，IE?IB?IC

四、晶體管的共射電流放大系數(shù)

1． 共射直流電流放大系數(shù)：??ICNIC?ICBO ??IBIB?ICBO2． 穿透電流ICEO：IC??IB?(1??)ICBO??IB?ICEO

基極開(kāi)路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間的電流；

3． 集電結(jié)反向飽和電流ICBO：發(fā)射極開(kāi)路時(shí)的IB電流； 4．近似公式：IC??IB，IE?(1??)IB

5． 共射交流電流放大系數(shù)：當(dāng)有輸入動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，???ic ?iB6． 交直流放大系數(shù)之間的近似：若在動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)，交流放大系數(shù)基本不變，則有iC?IC??iC??IB?ICEO???iB??(IB??iB)?ICEO因?yàn)橹绷鞣糯笙禂?shù)在線(xiàn)性區(qū)幾乎不變，可以把動(dòng)態(tài)部分看成是直流大小的變化，忽略穿透電流，有：???，放大系數(shù)一般取幾十至一百多倍的管子，太小放大能力不強(qiáng)，太大性能不穩(wěn)定；

7． 共基直流電流放大系數(shù)：??ICN??，??，??

1??IE1???iC，??? ?iE8． 共基交流電流放大系數(shù)：??

1.3.3 晶體管的共射特性曲線(xiàn)

一、輸入特性曲線(xiàn)（圖1.3.5）iB?f(uBE)u的能力有關(guān)。

二、輸出特性曲線(xiàn)（圖1.3.6）iC?f(uCE)IB?常數(shù)CE?常數(shù)，解釋曲線(xiàn)右移原因，與集電區(qū)收集電子

（解釋放大區(qū)曲線(xiàn)幾乎平行于橫軸的原因）

1． 截止區(qū)：發(fā)射結(jié)電壓小于開(kāi)啟電壓，集電結(jié)反偏，穿透電流硅1uA，鍺幾十uA；

2． 放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，iB和iC成比例；

3． 飽和區(qū)：雙結(jié)正偏，iB和iC不成比例，臨界飽和或臨界放大狀態(tài)（uCB?0）。

1.3.4 晶體管的主要參數(shù)

一、直流參數(shù)

1． 共射直流電流系數(shù)? 2． 共基直流電流放大系數(shù)? 3． 極間反向電流ICBO

二、交流參數(shù) 1． 共射交流電流放大系數(shù)? 2． 共基交流電流放大系數(shù)?

3． 特征頻率fT：使?下降到1的信號(hào)頻率。

三、極限參數(shù)（圖1.3.7）

1． 最大集電極耗散功率PCM；

2． 最大集電極電流ICM：使?明顯減小的集電極電流值；

3． 極間反向擊穿電壓：晶體管的某一電極開(kāi)路時(shí)，另外兩個(gè)電極間所允許加的最高反向電壓，UCBO幾十伏到上千伏、UCEO、UEBO幾伏以下。

UCBO?UCEX?UCES?UCER?UCEO

1.3.5 溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響

一、溫度對(duì)ICBO影響：每升高10度，電流增加一倍，硅管的ICBO要小一些。

二、溫度對(duì)輸入特性的影響：（圖1.3.8）與二極管伏安特性相似。溫度升高時(shí)，正向特性曲線(xiàn)向左移，反向特性曲線(xiàn)向下移，室溫時(shí)，每升高1度，發(fā)射結(jié)正向壓降減小2～2.5mV。

三、溫度對(duì)輸出特性的影響：（圖1.3.9）溫度升高?變大。

四、兩個(gè)例題

1.3.6 光電三極管

一、構(gòu)造：（圖1.3.10）

二、光電三極管的輸出特性曲線(xiàn)與普通三極管類(lèi)似（圖1.3.11）

三、暗電流：ICEO無(wú)光照時(shí)的集電極電流，比光電二極管的大，且每上升25度，電流上升10倍；

四、光電流：有光照時(shí)的集電極電流。

1.4 場(chǎng)效應(yīng)管

1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 1.4.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管

一、N溝道增強(qiáng)型MOS管（圖1.4.7）

1． 結(jié)構(gòu)：襯底低摻雜P，擴(kuò)散高摻雜N區(qū)，金屬鋁作為柵極； 2． 工作原理：

(1)柵源不加電壓，不會(huì)有電流；

(2)（圖1.4.8）uDS?0且uGS?0時(shí)，柵極電流為零，形成耗盡層；加大電壓，形成反型層（導(dǎo)電溝道）；開(kāi)啟電壓UGS(th)；

(3)（圖1.4.9）uGS?UGS(th)為一定值時(shí)，加大uDS，iD線(xiàn)性增大；但uDS的壓降均勻地降落在溝道上，使得溝道沿源－漏方向逐漸變窄；當(dāng)uGD＝UGS(th)時(shí)，為預(yù)夾斷；之后，uDS增大的部分幾乎全部用于克服夾斷區(qū)對(duì)漏極電流的阻力，此時(shí)，對(duì)應(yīng)不同的uGS就有不同的iD，從而可以將iD看為電壓uGSiD出現(xiàn)恒流?？刂频碾娏髟础?/p>

3． 特性曲線(xiàn)與電流方程：(1)特性曲線(xiàn)：（圖1.4.10）轉(zhuǎn)移特性、輸出特性；

?u?(2)電流方程：iD?IDO?GS?1?

?U??GS(th)?

二、N溝道耗盡型MOS管（圖1.4.10）

1． 結(jié)構(gòu)：絕緣層加入大量的正離子，直接形成反型層； 2． 符號(hào)

三、P溝道MOS管：漏源之間加負(fù)壓

四、VMOS管

21.4.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)

一、直流參數(shù)

1． 開(kāi)啟電壓UGS(th)：是UDS一定時(shí)，使iD大于零所需的最小UGS值；

2． 夾斷電壓UGS(off)：是UDS一定時(shí)，使iD為規(guī)定的微小電流時(shí)的uGS；

3． 飽和漏極電流IDSS：對(duì)于耗盡型管，在UGS＝0情況下，產(chǎn)生預(yù)夾斷時(shí)的漏極電流； 4． 直流輸入電阻RGS(DC)：柵源電壓與柵極電流之比，MOS管大于10?。

二、交流參數(shù)

1． 低頻跨導(dǎo)：gm?9?iD?uGS

UDS?常數(shù)2． 極間電容：柵源電容Cgs、柵漏電容Cgd、1～3pF，漏源電容Cds0.1～1pF

三、極限參數(shù)

1． 最大漏極電流IDM：管子正常工作時(shí)，漏極電流的上限值； 2． 擊穿電壓：漏源擊穿電壓U(BR)DS，柵源擊穿電壓U(BR)GS。3． 最大耗散功率PDM：

4． 安全注意：柵源電容很小，容易產(chǎn)生高壓，避免柵極空懸、保證柵源之間的直流通路。

四、例

1.4.4 場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較

一、場(chǎng)效應(yīng)管為電壓控制、輸入電阻高、基本不需要輸入電流，晶體管電流控制、需要信號(hào)源提供一定的電流；

二、場(chǎng)效應(yīng)管只有多子參與導(dǎo)電、穩(wěn)定性好，晶體管因?yàn)橛猩僮訁⑴c導(dǎo)電，受溫度、輻射等因素影響大；

三、場(chǎng)效應(yīng)管噪聲系數(shù)很?。?/p>

四、場(chǎng)效應(yīng)管漏極、源極可以互換，而晶體管很少這樣；

五、場(chǎng)效應(yīng)管比晶體管種類(lèi)多，靈活性高；

六、場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)用更多。

1.5 單結(jié)晶體管和晶閘管 1.6 集成電路中的元件

第三篇：半導(dǎo)體三極管教案

半導(dǎo)體三極管

學(xué)科：電子技術(shù)基礎(chǔ) 班級(jí)：11秋電子技術(shù)應(yīng)用9班 教師：胡明鋒 授課類(lèi)型：講授 課時(shí)：一課時(shí)

一、教學(xué)目標(biāo)：

知識(shí)目標(biāo) 識(shí)記半導(dǎo)體三極管的定義、掌握三極管的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)和符號(hào)。技能目標(biāo) 能夠畫(huà)出半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)，能夠識(shí)別出三極管。情感目標(biāo) 培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力，歸納知識(shí)的能力。

二、教學(xué)重點(diǎn)：

1.三極管的定義、結(jié)構(gòu)、符號(hào)。2.三極管的NPN、PNP兩種類(lèi)型的認(rèn)識(shí)。

三、教學(xué)難點(diǎn)

三極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)、三極管的NPN、PNP兩種類(lèi)型的認(rèn)識(shí)

四、教學(xué)媒體

多媒體課件、半導(dǎo)體三極管、半導(dǎo)體二極管、粉筆。

五、教學(xué)方法 講授法、演示法。

六、教學(xué)過(guò)程

（一）、導(dǎo)入新課

1.復(fù)習(xí)內(nèi)容：復(fù)習(xí)上節(jié)課半導(dǎo)體二極管的知識(shí)，重點(diǎn)復(fù)習(xí)半導(dǎo)體的定義、PN結(jié)的定義和特性，半導(dǎo)體二極管的符號(hào)和主要特性。

2.導(dǎo)入新課：在半導(dǎo)體器件中，除了半導(dǎo)體二極管外還有一種廣泛應(yīng)用于各種電子電路的重要器件，那就是半導(dǎo)體三極管，通常也稱(chēng)為晶體管。半導(dǎo)體三極管在電子電路里的主要作用是放大作用

（二）、半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)：

1.觀察半導(dǎo)體三級(jí)管的結(jié)構(gòu)并熟識(shí)該圖，要求能完整畫(huà)出該圖。2.PNP型及NPN型三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖所示

半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)

PNP型 NPN型

3.半導(dǎo)體三極管是一種有三個(gè)電極、兩個(gè)PN結(jié)的半導(dǎo)體器件。三區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)。三極：發(fā)射極E、基極B、集電極C。

兩結(jié)：發(fā)射結(jié)（發(fā)射極與基極之間的PN結(jié)）、集電結(jié)（集電極與基極之間的PN結(jié)）。

4.根據(jù)半導(dǎo)體基片材料不同，三極管可分為PNP型和NPN型兩大類(lèi)。

5.兩者的符號(hào)區(qū)別在于發(fā)射極的箭頭方向不同。箭頭方向就是發(fā)射極正向電流的方向。

（三）、半導(dǎo)體三極管的分類(lèi)

1.按半導(dǎo)體基片材料不同：NPN型和PNP型。2.按功率分：小功率管和大功率管。3.按工作頻率分：低頻管和高頻管。4.按管芯所用半導(dǎo)體材料分：鍺管和硅管。5.按結(jié)構(gòu)工藝分：合金管和平面管。6.按用途分：放大管和開(kāi)關(guān)管。

（四）、外形及封裝形式

三極管常采用金屬、玻璃或塑料封裝。常用的外形及封裝形式如圖所示。

七、作業(yè)

1.畫(huà)出PNP型及NPN型三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及符號(hào)并指出三個(gè)電極、兩個(gè)PN結(jié)。2.半導(dǎo)體三極管的分類(lèi)有哪幾種？

八、板書(shū)設(shè)計(jì) 1.半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu) 2.半導(dǎo)體三極管的符號(hào) 3.半導(dǎo)體三極管的定義 4.NPN型和PNP型半導(dǎo)體三極管 5.半導(dǎo)體三極管的分類(lèi)

6.半導(dǎo)體三極管的外形及封裝形式

九、教學(xué)后記

1．通過(guò)學(xué)生自主活動(dòng)及多媒體課件演示，不僅使各教學(xué)內(nèi)容有機(jī)的結(jié)合，而且豐富了教學(xué)手段，增強(qiáng)了教學(xué)的直觀性，達(dá)到良好的教學(xué)效果，從而增強(qiáng)了學(xué)生的自信心。

2．遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，堅(jiān)決貫徹“學(xué)做合一”或“做、學(xué)、做”的雙向程序模式，學(xué)生學(xué)會(huì)在活動(dòng)過(guò)程中獲取新知識(shí)的樂(lè)趣和能力。

3．透過(guò)活動(dòng)項(xiàng)目過(guò)程，表明教學(xué)效果良好，同學(xué)們加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和記憶，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力顯著提高。部分學(xué)生自主活動(dòng)能力還是有所欠缺，通過(guò)教師引導(dǎo)和講解能夠有較大的提高，另一個(gè)問(wèn)題是學(xué)生對(duì)活動(dòng)內(nèi)容的熟練程度不夠，應(yīng)該增加練習(xí)的時(shí)間。

第四篇：半導(dǎo)體工藝教案第八章

第九章 摻雜

【教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)過(guò)程】 8.1 引言

8.1.1 刻蝕的概念

刻蝕（Etching）是把進(jìn)行光刻前所淀積的薄膜（厚度約在數(shù)百到數(shù)十納米）中沒(méi)有被光刻膠覆蓋和保護(hù)的部分，用化學(xué)或物理的方式去除，以完成轉(zhuǎn)移掩膜圖形到薄膜上面的目的，如圖8?1所示。

圖 8-1 刻蝕圖形轉(zhuǎn)移示意圖

1)濕法刻蝕是利用合適的化學(xué)試劑將未被光刻膠保護(hù)的晶圓部分分解，然后形成可溶性的化合物以達(dá)到去除的目的。

2)干法刻蝕是利用輝光(Glow Discharge)的方法產(chǎn)生帶電離子以及具有高濃度化學(xué)活性的中性原子和自由基，這些粒子和晶圓進(jìn)行反應(yīng)，從而將光刻圖形轉(zhuǎn)移到晶圓上。8.1.2 刻蝕的要求 1.圖形轉(zhuǎn)換的保真度高 2.選擇比 3.均勻性 4.刻蝕的清潔 8.2 刻蝕工藝 8.2.1 濕法刻蝕

最早的刻蝕技術(shù)是利用溶液與薄膜間所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，來(lái)去除薄膜未被光刻膠覆蓋的部分，從而達(dá)到刻蝕的目的。這種刻蝕方式就是濕法刻蝕技術(shù)。濕法刻蝕又稱(chēng)濕化學(xué)腐蝕，其腐蝕過(guò)程與一般化學(xué)反應(yīng)相似。由于是腐蝕樣品上沒(méi)有光刻膠覆蓋部分，因此，理想的腐蝕應(yīng)當(dāng)是對(duì)光刻膠不發(fā)生腐蝕或腐蝕速率很慢。刻蝕不同材料所選取的腐蝕液是不同的。1)濕法刻蝕的反應(yīng)生成物必須是氣體或能溶于刻蝕劑的物質(zhì)，否則會(huì)造成反應(yīng)生成物沉淀，從而影響刻蝕正常進(jìn)行。

2)濕法刻蝕是各向異性的，刻蝕中腐蝕液不但浸入到縱向方向，而且也在側(cè)向進(jìn)行腐蝕。3)濕法刻蝕過(guò)程伴有放熱和放氣過(guò)程。1)反應(yīng)物擴(kuò)散到被刻蝕材料的表面。2)反應(yīng)物與被刻蝕材料反應(yīng)。

3)反應(yīng)后的產(chǎn)物離開(kāi)刻蝕表面擴(kuò)散到溶液中，隨溶液被排除。8.2.2 干法刻蝕

干法刻蝕是以等離子體來(lái)進(jìn)行薄膜刻蝕的一種技術(shù)。在干法刻蝕過(guò)程中，不涉及溶液，所以稱(chēng)為干法刻蝕。

1)物理刻蝕是利用輝光放電將氣體(比如氬氣)解離成帶正電的離子，再利用偏壓將帶正電的離子加速，轟擊在被刻蝕薄膜的表面，從而將被刻蝕物質(zhì)的原子轟擊出去。2)化學(xué)刻蝕又叫做等離子刻蝕，它與物理刻蝕完全不同，它是利用等離子體，將反應(yīng)氣體解離，然后借助離子與薄膜之間的化學(xué)反應(yīng)，把裸露在等離子體中的薄膜，反應(yīng)生成揮發(fā)性的物質(zhì)而被真空系統(tǒng)抽離。1.等離子體的概念 2.等離子體的產(chǎn)生方式

(1)氣體放電法 通常把在電場(chǎng)作用下，氣體被擊穿而導(dǎo)電的現(xiàn)象稱(chēng)為氣體放電。

(2)射線(xiàn)輻照法 射線(xiàn)輻照法是利用各種射線(xiàn)或粒子束輻照，使得氣體電離而產(chǎn)生等離子體。8.2.3 兩種刻蝕方法的比較

濕法刻蝕是在水溶液下進(jìn)行的，所以刻蝕速度較快，同時(shí)選擇度較高，但刻蝕時(shí)是各向同性腐蝕，也就是說(shuō)，除了在縱向進(jìn)行腐蝕以外，在橫向上也會(huì)有腐蝕，這樣就造成圖形轉(zhuǎn)換時(shí)保真度較低，因此，濕法刻蝕不能滿(mǎn)足超大規(guī)模集成電路制造的要求。

圖8-2 干法刻蝕與濕法刻蝕效果的比較 8.3 干法刻蝕的應(yīng)用 8.3.1 介質(zhì)膜的刻蝕

集成電路工藝中所廣泛用到的介質(zhì)膜主要是SiO2膜及Si3N4膜。1.二氧化硅的干法刻蝕

圖8-3 HWP結(jié)構(gòu)圖 8.3 干法刻蝕的應(yīng)用

圖8-4 等離子體擴(kuò)散腔外圍磁場(chǎng)(1)氧的作用 在CF4中加入氧后，氧會(huì)和CF4反應(yīng)釋放出F原子，因而增加F原子的含量，則增加了Si與SiO2的刻蝕速率，并消耗掉部分C，使得等離子體中碳與氟的比例下降。

圖8-5 所占百分比與Si和Si的 刻蝕速率的關(guān)系

(2)氫的作用

圖8-6 所占百分比與Si和Si刻速率的關(guān)系

(3)反應(yīng)氣體 在目前的半導(dǎo)體刻蝕制備中，大多數(shù)的干法刻蝕都采用CHF3與氯氣所混合的等離子體來(lái)進(jìn)行SiO2的刻蝕。2.氮化硅(Si3N4)的干法刻蝕

圖8-7 圓筒形結(jié)構(gòu)示意圖 8.3.2 多晶硅膜的刻蝕

在MOS器件中，柵極部分起著核心的作用，因此柵極的寬度需要嚴(yán)格控制，因?yàn)樗砹薓OS器件的溝道長(zhǎng)度，從而與MOS器件的特性息息相關(guān)。因此，多晶硅的刻蝕必須嚴(yán)格地將掩膜上的圖形轉(zhuǎn)移到多晶硅薄膜上。此外，刻蝕后的輪廓也很重要，如柵極多晶硅刻蝕后側(cè)壁有傾斜時(shí)，將會(huì)遮蔽源極和漏極的離子分布，造成雜質(zhì)分布不均勻，通道的長(zhǎng)度將隨傾斜程度的不同而改變。同時(shí)，刻蝕時(shí)要求Si對(duì)SiO2的選擇性要高，如果多晶硅覆蓋在很?。ㄐ∮?0nm）的柵極氧化層上，如果氧化層被穿透，氧化層下面的源—漏極間的Si將很快被刻蝕。因此，若采用CF4、CF6等氟離子為主的等離子體來(lái)刻蝕多晶硅，則不太合適，較低的選擇比會(huì)對(duì)器件造成損壞。

除此之外，此類(lèi)氣體還具有負(fù)載效應(yīng)，負(fù)載效應(yīng)是指當(dāng)被刻蝕的材料裸露在等離子體中的面積較大的刻蝕速率比面積小的慢，也就是局部腐蝕速率不均勻。8.3.3 金屬的干法刻蝕

金屬鋁是目前半導(dǎo)體器件及集成電路制造中應(yīng)用最多的導(dǎo)電材料。因?yàn)殇X的導(dǎo)電性能良好，價(jià)格低廉，而且鋁膜的淀積和刻蝕都比較方便，所以鋁電極幾乎占了所有半導(dǎo)體器件及集成電路中的導(dǎo)電體。但是，隨著元器件的集成度和工藝的進(jìn)一步提高，采用金屬鋁作為電極引線(xiàn)也遇到了困難。這是由于在高溫下，硅原子和鋁原子容易向彼此間擴(kuò)散，從而產(chǎn)生被稱(chēng)為“尖刺”的現(xiàn)象，導(dǎo)致鋁引線(xiàn)與MOS管接觸不好。此外，當(dāng)鋁線(xiàn)線(xiàn)條寬度設(shè)計(jì)得十分細(xì)小時(shí)，由于“電遷移”現(xiàn)象，引發(fā)鋁原子的移動(dòng)，使得鋁絲斷開(kāi)。因此，后來(lái)，人們采用銅線(xiàn)來(lái)取代鋁線(xiàn)，也有采用鋁?硅?銅合金來(lái)代替金屬鋁。但是，鋁還是目前集成電路和半導(dǎo)體器件中主流的導(dǎo)電引線(xiàn)。1.鋁的刻蝕 2.鋁合金的刻蝕

1)將晶圓以大量的去離子水清洗。2)刻蝕之后，晶圓還在真空中時(shí)以氧氣等離子體將掩膜去除并在鋁合金表面形成氧化層來(lái)保護(hù)鋁合金。

3)在晶圓移出刻蝕腔前，以氟化物的等離子體做表面處理，如CF4、CHF3，將殘留的氯置換成氟，形成AlF3,或在鋁合金表面形成一層聚合物來(lái)隔離鋁合金與氯的接觸。3.鎢的回蝕 4.銅的腐蝕

8.3.4 光刻膠的去除

晶圓表面薄膜材料腐蝕完畢，必須將光刻膠去除掉，這一工序稱(chēng)為去膠。常用的去膠方法有溶劑去膠、氧化去膠和等離子體去膠。下面分別加以闡述。1.溶劑去膠 2.氧化去膠 3.等離子體去膠

圖8-8 等離子體去膠設(shè)備示意圖

1)系統(tǒng)真空度要達(dá)到3×12-2Torr(1Torr=133.322Pa)，然后通入氧氣，并用針型閥門(mén)調(diào)節(jié)流量。2)高頻信號(hào)源的頻率是11~12MHz，輸出功率為150~200W。3)通入氧氣的流量

8.4 干法刻蝕的質(zhì)量控制 分析光學(xué)放射原理

圖8-9 光學(xué)放射頻譜 1.光學(xué)放射頻譜分析 2.激光干涉測(cè)量

圖8-10 激光干涉測(cè)量圖形

1)激光束要聚焦在晶圓的被刻蝕區(qū)，且該區(qū)域的面積應(yīng)足夠大。2)必須對(duì)準(zhǔn)在該區(qū)域上，因而增加了設(shè)備鏡片的設(shè)計(jì)難度。8.4 干法刻蝕的質(zhì)量控制

3)被激光照射的區(qū)域溫度升高而影響刻蝕速率，造成刻蝕速率與不受激光照射區(qū)域的不同。4)如果被刻蝕的表面粗糙不平，則所測(cè)得的信號(hào)將很弱。3.質(zhì)譜分析

1)部分物質(zhì)的質(zhì)量/電荷比相同，如N2、CO、Si等，使得檢測(cè)同時(shí)擁有這些成分的刻蝕時(shí)無(wú)法判斷刻蝕是否完成。

2)從空腔取樣的結(jié)果會(huì)影響刻蝕終點(diǎn)的檢測(cè)。3)設(shè)備不容易安裝到各種刻蝕機(jī)上。【作業(yè)布置】

【課后分析】

第五篇：高一物理半導(dǎo)體教案

第十二節(jié) 電阻的測(cè)量（2）

教學(xué)目的：（1）掌握伏安法測(cè)電阻的原理，方法。

（2）了解歐姆表的基本構(gòu)造，簡(jiǎn)單原理和測(cè)量電阻的方法。教 具：萬(wàn)用表一個(gè)，電阻若干

課時(shí)安排：伏安法1課時(shí)；歐姆表法1課時(shí).教學(xué)過(guò)程：

引入新課：電阻值是導(dǎo)體的一個(gè)重要特性，測(cè)量導(dǎo)體的電阻值有很多用途，我們發(fā)展了許多測(cè)量電阻值的方法?，F(xiàn)在只介紹其中的兩種方法：伏安法和歐姆表法。

新課教學(xué): 1.伏安法:(1)一般地說(shuō),一個(gè)物理量的定義就告訴了我們測(cè)量它的方法.伏安法測(cè)電阻是根據(jù)電阻的定義來(lái)的.設(shè) 問(wèn): 電阻是如何定義的?(要求學(xué)生回答R=U/I)說(shuō) 明: 根據(jù)定義可知只要測(cè)出電阻兩端的電壓UR和通過(guò)電阻的電流IR就可以算出電阻值Rx=UR/IR..這種測(cè)量電阻的方法叫做伏安法.(注意:用符號(hào)UR,IR是為了準(zhǔn)確表達(dá)電阻上的電壓和電阻中通過(guò)的電流)(2)具體測(cè)量時(shí)應(yīng)在待測(cè)電阻Rx上加一電壓,再用伏特表,安培表測(cè)電壓,電流.(引導(dǎo)學(xué)生畫(huà)出圖甲和圖乙所示的兩種測(cè)量電路)指 出:（甲）圖叫安培表外接法，（乙）圖叫安培表內(nèi)接法。

說(shuō) 明： 我們認(rèn)為待測(cè)電阻值就等于電壓表讀數(shù)

與安培表讀數(shù)之比.設(shè) 問(wèn):（甲）（乙）兩圖測(cè)量的電阻值相同嗎? 引導(dǎo)學(xué)生討論,總結(jié)討論結(jié)果時(shí)明確下述問(wèn)題.按照定義Rx=UR/IR 但實(shí)際上電壓表,電流表都有一定的電阻.對(duì)(甲)圖,伏特表指示的電壓UV等于電阻兩端的電壓UR,即UV=UR.安培表指示的電流IA等于通過(guò)電阻和伏特表電流之和,即IA=IR+IV.故(甲)圖測(cè)得的電阻值Rx甲=UV/IA=UR/(IR+IV)＜待測(cè)電阻的真實(shí)值Rx=UR/IR

即RX甲＜Rx.對(duì)（乙）圖,伏特表指示的電壓UV等于電阻和安培表的電壓之和,即UV=UR+UA.安培表指示的電流等于通過(guò)電阻的電流,即IR=IA.故（乙）圖測(cè)得的電阻值Rx乙=UV/IA=(UR+UA)/IR＞電阻的真實(shí)值Rx

即Rx乙＞Rx.設(shè)問(wèn)(甲)（乙）兩圖的測(cè)量都有誤差,為了減小誤差我們應(yīng)該選(甲)圖還是選（乙）圖的電路來(lái)測(cè)量呢? 要求學(xué)生根據(jù)上述思想得到結(jié)論: RX＜＜RV時(shí)：用(甲)圖電路測(cè)量誤差小,且總是偏小.RX＞＞RA時(shí)：用（乙）圖電路測(cè)量誤差小,且總是偏大.(3)例題分析: 設(shè)已知伏特表電阻RV=5000歐,安培表電阻RA=0.2000歐

①待測(cè)電阻RX約為幾歐,應(yīng)采用哪個(gè)電路圖來(lái)測(cè)理電阻?(甲)如電壓表示數(shù)為2.50伏,電流表示數(shù)為0.50安,則Rx的測(cè)量值是多少?(5.0歐)RX的準(zhǔn)確值是多少?(5.01歐)②若待測(cè)電阻RX約為幾百歐,應(yīng)采用哪個(gè)電路圖來(lái)測(cè)量?(乙)如電壓表示數(shù)為16.0伏,安培表示數(shù)為0.080安.求RX的測(cè)量值和準(zhǔn)確值(200歐；199.8歐)作

業(yè)：《高二物理》P62（1）（2）

2．歐姆表

提出：伏安法測(cè)電阻的缺點(diǎn)除了測(cè)量原理上帶來(lái)的誤差外，還要同時(shí)應(yīng)用兩個(gè)電表：電壓表和安培表，也不方便.實(shí)際中常用歐姆表粗測(cè)電阻值.(1)歐姆表測(cè)電阻的原理:是閉合電路歐姆定律.如圖所示:I=ε/(r+Rg+Rx).如已知電池電動(dòng)勢(shì)ε,內(nèi)電阻r,電流表內(nèi)阻Rg,則只要測(cè)電流I就可算出待測(cè)電阻值Rx.(2)歐姆表的基本構(gòu)造: 如圖所示:電池(ε,r)與電流表(Rg),可變電阻(R)串聯(lián).紅表筆接電池負(fù)極 黑表筆通過(guò)R,Rg接電池正極.Ⅰ:紅黑表筆短路時(shí) Rx=0,調(diào)整R使電表滿(mǎn)偏.Ig=ε/(Rg+r+R)電流表指針滿(mǎn)偏時(shí) 表明Rx=0 我們把Rg+r+Rx叫歐姆表的中值電阻R內(nèi) Ⅱ:紅黑表筆不接觸時(shí)

I=0指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),即指著電流表的零點(diǎn).Rx=∞ Ⅲ:紅黑表筆間接上待測(cè)電阻Rg時(shí)

電流I=ε/Rg+R+r+Rx 已知ε和R內(nèi),測(cè)出I就可算出Rx Rx改變,I隨著改變.可見(jiàn)每一個(gè)Rx值都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的電 流值I.如果我們?cè)诳潭缺P(pán)上直接標(biāo)出與I對(duì)應(yīng)的電阻Rx 的值,那么只要用紅黑表筆分別接觸待測(cè)電阻的兩端,就可 以從表盤(pán)上直接讀出它的阻值.說(shuō)明:歐姆表的刻度值與伏特表和安培表不同.歐姆表是反刻 度的.指針滿(mǎn)偏時(shí)Rx=0,指針不動(dòng)時(shí)Rx=∞；歐姆表的刻度不 均勻.(3)使用方法: 選擇合適檔位: 根據(jù)Rx的估計(jì)值選擇合檔位使指針在中點(diǎn)附

近,這樣測(cè)量值精確些.(改變中值電阻)調(diào) 零: 紅黑表筆短路,調(diào)整調(diào)零電阻使指針滿(mǎn)偏.測(cè)量 讀數(shù): 說(shuō)明:用歐姆表來(lái)測(cè)電阻是很方便的,但是電池用久了,它的電 動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻都要變化,那時(shí)歐姆表指示的電阻值,誤差就相 當(dāng)大了,所以歐姆表只能用來(lái)粗測(cè)電阻.用歐姆表測(cè)量電阻時(shí),一定要使被測(cè)電阻同其它電路脫離開(kāi).作 業(yè):預(yù)習(xí)《高二物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告》練習(xí)用多用電表測(cè)量電阻