《新能源汽车电力电子技术》教案 第2课 认识电力二极管.docx

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课题

认识电力二极管

课时

2课时（90min）

教学目标

知识目标：

掌握电力二极管的结构、主要参数、选用方法和主要特性。

技能目标：

能测试电力二极管的伏安特性。

素质目标：

（1）具有一定的沟通能力和团队意识。

（2）树立民族自尊心、自豪感和文化自信。

（3）养成安全、规范、高效完成工作的职业习惯。

教学重难点

教学重点：电力二极管的结构、主要参数、选用方法和主要特性

教学难点：电力二极管的伏安特性

教学方法

讲授法、问答法、讨论法、实践教学法

教学用具

电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程

主要教学内容及步骤

考勤

【教师】使用APP进行签到

【学生】班干部报请假人员及原因

任务导入

【教师】展示电力二极管，询问学生是否认识，能否说出其名称、作用和应用场合

【学生】观看、聆听、思考、回答

【教师】扫码播放“电力二极管的类型”微课视频（详见教材），展示“常用的电力二极管类型”图片（详见教材），讲述“任务导入”的相关内容

电力二极管又称功率二极管或半导体整流器，人们在20世纪50年代初期就已开始应用。由于结构简单、工作可靠，因此电力二极管常用于高压电、大功率及不需要调压的整流场合。

【学生】观看、聆听、思考

传授新知

【教师】讲解新知

PN结是构成电力二极管的核心元件，它通常由一个N型掺杂区（简称N区）和一个P型掺杂区（简称P区）紧密接触所构成。其中，P区会产生空穴，带正电荷，而N区会产生自由电子，带负电荷。

【教师】展示“扩散运动”图片（详见教材），讲解PN结的形成原理

由于P区的空穴多于自由电子，N区的自由电子多于空穴，因此在浓度梯度的影响下，P区和N区的交界面附近将产生多子的扩散运动，即载流子（空穴或自由电子）由浓度高的一侧向浓度低的一侧运动。P区的空穴向N区扩散，与N区的自由电子复合；N区的自由电子向P区扩散，与P区的空穴复合。

上述这种扩散运动使N区失掉自由电子而产生正离子，P区得到自由电子而产生负离子，结果在交界面两侧由等量正、负离子形成了空间电荷区。在这个区域内，由于多子已扩散到对方区域并被复合掉，好像耗尽了一样，因此空间电荷区又称耗尽层。

空间电荷区的形成，建立了由N区指向P区的内电场。在内电场作用下，N区的空穴向P区漂移，P区的自由电子向N区漂移，最终使空间电荷区变窄，内电场被削弱。扩散运动和漂移运动既相互联系又彼此矛盾，最终达到一种动态平衡，使空间电荷区的正负电荷量达到稳定值。

将PN结用外壳封装起来，并引出两根电极引线，就可以构成一个电力二极管。其中从PN结的P端引出的电极称为阳极A，从PN结的N端引出的电极称为阴极K。

【教师】展示“电力二极管的电气图形符号”图片（详见教材），要求学生记清楚正负极

【学生】观看、聆听、思考、理解、记忆

【教师】提出问题，随机邀请学生回答

电力二极管实质上就是一个PN结。这种说法是否正确？

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生回答

1.1.1电力二极管的结构与工作原理

1．电力二极管的结构

电力二极管是指可以承受高压、大电流，具有较大耗散功率的二极管。它可与其他电力电子器件相配合，实现整流、续流、电气隔离、钳位、保护等功能。

【教师】展示“电力二极管的封装形式、结构”图片（详见教材），提出问题，随机邀请学生回答

图片中A和K哪个表示正极？哪个表示负极？

【学生】观察、思考、回答

【教师】总结学生回答，讲解电力二极管的封装形式、结构

从外形上看，电力二极管主要有螺栓型和平板型两种封装形式。其中“+”表示高掺杂浓度区域，“-”表示低掺杂浓度区域。

电力二极管在P区和N区之间有低掺杂N区存在，令PN结在保持开通的同时为多子的扩散提供了缓冲区域，从而使电力二极管能够耐受更大的反向电压而不被击穿。

【教师】讲述“点拨”的相关内容

低掺杂N区由于掺杂浓度低而近似于无掺杂的纯半导体材料（本征半导体），因此，电力二极管的结构也被称为P-i-N结构。

【学生】聆听、思考、理解、记忆

2．电力二极管的工作原理

当无外加电压时，扩散运动和漂移运动处于动态平衡，流过电力二极管的电流为零。当有外加电压时，电力二极管会因外加电压极性的不同而表现出截然不同的导电性，即单向导电性。

电力二极管阳极A电位高于阴极K电位的外加电压称为正向电压，此时电力二极管处于正向偏置状态（简称正偏），电力二极管开通。此时的PN结表现为低阻抗状态，允许有较大的电流通过。

电力二极管阳极A电位低于阴极K电位的外加电压称为反向电压，此时电力二极管处于反向偏置状态（简称反偏），电力二极管关断。此时的PN结表现为高阻抗状态，PN结上通过电流很小。

【教师】提出问题，随机邀请学生回答

若将电力二极管的阳极接在电源正极，阴极接在电源负极，此时电力二极