Odjeljci: Fizika, Natječaj "Prezentacija za lekciju"

Prezentacija lekcije

Natrag naprijed

Pažnja! Pregledi slajdova samo su u informativne svrhe i možda ne predstavljaju sve mogućnosti prezentacije. Ako ste zainteresirani za ovo djelo, preuzmite punu verziju.

Lekcija u 10. razredu.

Tema: r- i n- vrste. Poluvodička dioda. Tranzistori ".

Ciljevi:

• odgojni: oblikovati ideju o slobodnim nosačima električnog naboja u poluvodičima u prisutnosti nečistoća sa stajališta elektroničke teorije i na temelju tog znanja utvrditi fizičku bit p-n-spoja; naučiti studente objašnjavati rad poluvodičkih uređaja, oslanjajući se na znanje o fizičkoj biti p-n-spoja;
• razvijajući se: razvijati fizičko razmišljanje učenika, sposobnost samostalnog formuliranja zaključaka, širenje kognitivnog interesa, kognitivne aktivnosti;
• odgojni: nastaviti s oblikovanjem znanstvenog pogleda na školarce.

Oprema: prezentacija na temu:“Poluvodiči. Električna struja kroz poluvodički kontakt r- i n- vrste. Poluvodička dioda. Tranzistor ”, multimedijski projektor.

Tijekom nastave

I. Organizacijski trenutak.

II. Učenje novog gradiva.

Slide 1.

Slajd 2. Poluvodič -tvar čija otpornost može varirati u širokom rasponu i vrlo brzo opada s porastom temperature, što znači da se električna vodljivost (1 / R) povećava.

Primjećuje se u siliciju, germaniju, selenu i nekim spojevima.

Slide 3.

Provodni mehanizam u poluvodičima

Slide 4.

Poluvodički kristali imaju atomsku kristalnu rešetku, gdje je vanjska Slide 5.elektroni su kovalentno povezani sa susjednim atomima.

Na niskim temperaturama čisti poluvodiči nemaju slobodnih elektrona i ponašaju se poput dielektrika.

Čisti poluvodiči (bez nečistoća)

Ako je poluvodič čist (bez nečistoća), tada ima vlastitu vodljivost, koja je mala.

Unutarnja vodljivost je dvije vrste:

Slide 6.1) elektronički (tip vodljivosti "n")

Na niskim temperaturama u poluvodičima svi su elektroni vezani za jezgre, a otpor je velik; s porastom temperature povećava se kinetička energija čestica, veze se raspadaju i pojavljuju se slobodni elektroni - otpor se smanjuje.

Slobodni elektroni kreću se u suprotnom smjeru od vektora jakosti električnog polja.

Elektronička vodljivost poluvodiča posljedica je prisutnosti slobodnih elektrona.

Slajd 7.

2) rupa tipa (vodljivost tipa "p")

Povećanjem temperature uništavaju se kovalentne veze između atoma, provedene valentnim elektronima i nastaju mjesta s nedostajućim elektronom - "rupa".

Ona se može kretati kroz kristal, jer njegovo mjesto mogu zamijeniti valentni elektroni. Pomicanje "rupe" ekvivalentno je kretanju pozitivnog naboja.

Rupa se kreće u smjeru vektora jakosti električnog polja.

Osim zagrijavanja, razbijanje kovalentnih veza i početak vlastite vodljivosti poluvodiča mogu biti uzrokovani osvjetljenjem (fotoprovodljivost) i djelovanjem jakih električnih polja. Stoga poluvodiči također imaju vodljivost rupe.

Ukupna vodljivost čistog poluvodiča zbroj je tipova "p" i "n" i naziva se vodljivost elektronske rupe.

Poluvodiči u prisutnosti nečistoća

Takvi poluvodiči imaju vlastitu + nečistoću vodljivosti.

Prisutnost nečistoća uvelike povećava vodljivost.

Kada se promijeni koncentracija nečistoća, mijenja se broj nosača električne struje - elektroni i rupe.

Sposobnost upravljanja strujom u središtu je široke upotrebe poluvodiča.

Postoje:

Slide 8.1) donorne nečistoće (ispuštanje) - dodatni su dobavljači elektrona poluvodičkim kristalima, lako doniraju elektrone i povećavaju broj slobodnih elektrona u poluvodiču.

Slide 9. Ovo su vodiči "n" - tip, tj. poluvodiči s donornim nečistoćama, gdje su glavni nosač naboja elektroni, a manji rupe.

Takav poluvodič ima elektronička nečistoća vodljivost.Na primjer - arsen.

Slide 10.2) akceptorske nečistoće (primanje) - stvaraju "rupe", uzimajući elektrone u sebe.

To su poluvodiči "p" - poput, tj. poluvodiči s akceptorskim nečistoćama, gdje su glavni nosač naboja rupe, a manji elektroni.

Takav poluvodič ima vodljivost nečistoće u rupi. Slajd 11.Na primjer - indij. Dijapozitiv 12.

Razmotrimo koji se fizički procesi događaju kada dva poluvodiča s različitim vrstama vodljivosti dođu u kontakt ili, kako kažu, u pn spoju.

Slajd 13-16.

Električna svojstva spoja "p-n"

"p-n" spoj (ili spoj elektronske rupe) je područje kontakta između dva poluvodiča, gdje se vodljivost mijenja od elektrona do rupe (ili obrnuto).

U poluvodičkom kristalu takva se područja mogu stvoriti unošenjem nečistoća. U zoni dodira dvaju poluvodiča različitih vodljivosti odvijat će se međusobna difuzija. elektrona i rupa te nastaje blokirajući električni sloj. Električno polje blokirajućeg sloja sprječava daljnji prijelaz elektrona i rupa preko granice. Blokirajući sloj povećao je otpor u usporedbi s drugim područjima poluvodiča.

Vanjsko električno polje utječe na otpor zaštitnog sloja.

S pravcem (protokom) vanjskog električnog polja, električna struja prolazi kroz granicu dva poluvodiča.

Jer elektroni i rupe kreću se jedni prema drugima do sučelja, a zatim elektroni, prelazeći granicu, popunjavaju rupe. Debljina sloja barijere i njezin otpor kontinuirano se smanjuju.

Način prijenosa protoka pn:

S blokirajućim (obrnutim) smjerom vanjskog električnog polja, električna struja neće proći kroz kontaktno područje dvaju poluvodiča.

Jer elektroni i rupe kreću se od granice u suprotnim smjerovima, tada se blokirajući sloj zadebljava, njegov otpor se povećava.

Zaključavanje pn prijelaznog načina:

Dakle, spoj elektronske rupe ima jednostranu vodljivost.

Poluvodičke diode

Poluvodič s jednim "pn" spojem naziva se poluvodička dioda.

- Dečki, napišite novu temu: "Poluvodička dioda".
"Kakav je to idiot?", Pitao je Vasechkin sa smiješkom.
- Ne idiot, već dioda! - odgovori učitelj, - Dioda znači imati dvije elektrode, anodu i katodu. Je li vam jasno?
"A Dostojevski ima takvo djelo - Idiot", inzistirao je Vasechkin.
- Da, postoji, pa što? Vi ste na satu fizike, a ne književnosti! Molim te, nemoj više brkati diodu s idiotom!

Slajd 17-21.

Kada se električno polje primijeni u jednom smjeru, otpor poluvodiča je velik, u suprotnom smjeru otpor je mali.

Poluvodičke diode glavni su elementi ispravljača izmjeničnog napona.

Dijapozitiv 22-25.

Tranzistori nazivaju se poluvodičkim uređajima dizajniranim za pojačavanje, generiranje i pretvaranje električnih oscilacija.

Poluvodički tranzistori - koriste se i svojstva "pn" spojeva, - tranzistori se koriste u sklopovima elektroničkih uređaja.

Velika "obitelj" poluvodičkih uređaja, nazvanih tranzistori, uključuje dvije vrste: bipolarne i poljske. Prvi od njih, kako bi ih nekako razlikovali od drugih, često se nazivaju obični tranzistori. Bipolarni tranzistori su najčešće korišteni. Vjerojatno ćemo početi s njima. Pojam "tranzistor" oblikovan je od dvije engleske riječi: prijenos - pretvarač i otpor - otpor. U pojednostavljenom obliku, bipolarni tranzistor je poluvodička ploča s tri (kao kod lisnatog kolača) naizmjenična područja različite električne vodljivosti (slika 1), koja čine dva p - n spoja. Dvije vanjske regije imaju jednu vrstu električne vodljivosti, a srednja drugu. Svako područje ima svoj pribadač. Ako električna vodljivost rupe prevladava u ekstremnim područjima, a elektronička vodljivost u sredini (slika 1, a), tada se takav uređaj naziva tranzistor p - n - p strukture. U tranzistoru n - p - n strukture, naprotiv, postoje područja s elektroničkom vodljivošću na rubovima, a između njih postoji područje s vodljivošću rupa (slika 1, b).

Kada se na bazu npn tranzistora primijeni pozitivan napon, on se otvori, odnosno smanji se otpor između emitora i kolektora, a kada se primijeni negativni, naprotiv, zatvara se i što je jača struja, to je više otvara se ili zatvara. Za tranzistore p-n-p strukture vrijedi suprotno.

Osnova bipolarnog tranzistora (slika 1) je mala ploča germanija ili silicija koja ima elektronsku ili rupnu električnu vodljivost, odnosno n-tip ili p-tip. Kuglice nečistoća rastopljene su na površini obje strane ploče. Zagrijavanjem na strogo definiranu temperaturu dolazi do difuzije (prodiranja) nečistoća u debljinu poluvodičke ploče. Kao rezultat, u debljini ploče pojavljuju se dva područja koja su joj u električnoj vodljivosti nasuprot. Silicijska ploča germanijuma ili p-tipa i područja n-tipa stvorena u njoj tvore tranzistor strukture npn (slika 1, a), a ploča n-tipa i područja p-tipa stvorena u njoj čine tranzistor strukture pnp (slika 1, b).

Bez obzira na strukturu tranzistora, njegova se ploča izvornog poluvodiča naziva bazom (B), područje manjeg volumena nasuprot njemu u smislu električne vodljivosti naziva se emiter (E), a drugo područje isti veći volumen naziva se kolektor (K). Te tri elektrode tvore dva p-n spoja: između baze i kolektora - kolektora i između baze i emitora - emitora. Svaka od njih je po električnim svojstvima slična p-n spojevima poluvodičkih dioda i otvara se na istim naponima naprijed na njima.

Uobičajene grafičke oznake tranzistora različitih struktura razlikuju se samo po tome što se strelica, koja simbolizira emiter i smjer struje kroz emiterski spoj, u strukturi p-n-p tranzistor okrenuta prema bazi, a u tranzistoru n-p-n - prema bazi.

Dijapozitiv 26-29.

III. Primarno sidrenje.

1. Koje se tvari nazivaju poluvodiči?
2. Koja se vodljivost naziva elektroničkom?
3. Kakva se vodljivost još uvijek uočava u poluvodičima?
4. O kojim nečistoćama sada znate?
5. Koliki je način propusnosti p-n-spoja.
6. Koji je način blokiranja pn spoja.
7. Koje poluvodičke uređaje znate?
8. Gdje i za što se koriste poluvodički uređaji?

IV. Konsolidacija naučenog

1. Kako se mijenja otpor poluvodiča: zagrijavanjem? Pod osvjetljenjem?
2. Hoće li silicij biti superprovodljiv ako se ohladi na temperaturu blizu apsolutne nule? (ne, s padom temperature raste otpor silicija).

zener dioda
7

Stabilizator napona na bazi zene diode i CVC zene dioda 1-KS133A, 2-KS156A, 3-KS182Zh, 4-KS212Zh

PRIMJENA DIODA

DIJAGRAMI KORISNIKA

Rad poluvalnog ispravljača

DIJAGRAMI KORISNIKA

Jednofazni uspravni usmjerivač u punom valu

Punovalni ispravljač

DIJAGRAMI KORISNIKA

Jednofazni mostovni ispravljač

Punovalni ispravljač mosta

DIJAGRAMI KORISNIKA

DIJAGRAMI KORISNIKA

Trofazni upravljački krug mosta

MREŽNI FILTERI

Kapacitivni (C - filtar)

Kapacitivni (C - filtar)

Kapacitivni (C - filtar)

Induktivno (L - filtar)

Induktivno (L - filtar)

Struktura bipolarnog tranzistora

Zajednička osnovna shema

Krug zajedničkog emitora (common emitter)

Zajednički kolektorski krug (u redu)

Krug s OE (a), njegova I - V karakteristika i krug s OK (b)

Karakteristike i ekvivalentni krugovi tranzistora

Zajednički krug odašiljača

Oscilogrami na ulazu i izlazu pojačala s OE

Zajednički krug odašiljača

Tiristori

Tiristorska svojstva

Tiristorska svojstva

Upotreba tiristora

Struktura, oznaka i I - V karakteristika dinistora.

Tiristorska struktura

Oznaka tiristora

Uvjeti za uključivanje tiristora

Tranzistori s poljskim efektom (unipolarni)

Tranzistor s izoliranim poljskim efektom

POVRATNE INFORMACIJE Pripremio K. S. Stepanov

POVRATNE INFORMACIJE

FEEDBACK OS blok dijagram

Povratne informacije o serijskoj struji

Povratne informacije o serijskoj struji

Povratne informacije o serijskoj struji

Povratne informacije o serijskoj struji

Povratne informacije o serijskoj struji

Povratne informacije o serijskoj struji

Povratna informacija serijskog napona

Paralelni OOS za struju

Paralelno OOS s naponom

LOGIČKI ELEMENTI Pripremio K. S. Stepanov.

LOGIČKI ELEMENTI

LOGIČKI ELEMENTI

LOGIČKI ELEMENTI

LOGIČKI ELEMENTI

LOGIČKI ELEMENTI

LOGIČKI ELEMENTI

Dodatak mod 2 (2Exclusive_OR, nejednako). Inverzija ekvivalencije.

Mnemonsko pravilo

Poluvodička dioda je nelinearni elektronički uređaj s dva terminala. Ovisno o unutarnjoj strukturi, vrsti, količini i razini dopiranja unutarnjih elemenata diode i strujno-naponskim karakteristikama, svojstva poluvodičkih dioda su različita.

Ispravljačka dioda zasnovana na p-n spoju Ispravljačka dioda temelji se na konvencionalnom spoju elektronske rupe, karakteristika struje i napona takve diode ima izraženu nelinearnost. U pristranosti prema naprijed, diodna struja je ubrizgavanje velike magnitude i predstavlja difuzijsku komponentu struje većinskih nosača. S obrnutim pristranošću, diodna struja je male veličine i predstavlja komponentu zanošenja struje manjinskog nosača. U stanju ravnoteže ukupna struja uslijed strujanja difuzije i zanošenja elektrona i rupa jednaka je nuli. Sl. Parametri poluvodičke diode: a) strujno-naponska karakteristika; b) jednadžbom je opisan dizajn I - V karakterističnog slučaja

Ispravljanje u diodi Jedno od glavnih svojstava poluvodičke diode temeljeno na p-n spoju je oštra asimetrija karakteristike struja-napon: velika vodljivost s prednaklonom i mala s reverznim prednaponavanjem. Ovo svojstvo diode koristi se u ispravljačkim diodama. Na slici je prikazan dijagram koji prikazuje ispravljanje izmjenične struje u diodi. - Koeficijent ispravljanja idealne diode na temelju p-n spoja.

Karakteristični otpor Postoje dvije vrste karakterističnog otpora dioda: diferencijalni otpor rD i istosmjerni otpor RD. Diferencijalni otpor definiran je kao istosmjerni otpor U prednjem dijelu strujno-naponske karakteristike istosmjerni otpor veći je od diferencijalnog otpora RD\u003e rD, a u povratnom dijelu manji je od RD rD, a u obrnutom dijelu manje od RD

Zener diode Zener dioda je poluvodička dioda, čija volt-amperska karakteristika ima područje oštre ovisnosti struje o naponu u obrnutom dijelu volt-amperske karakteristike. Strujno-naponska karakteristika zener diode ima oblik prikazan na slici: Kada se postigne napon na zener diodi, koji se naziva stabilizacijski napon Ustab, struja kroz zener diodu naglo raste. Diferencijalni otpor Rdif idealne zener diode u ovom dijelu I - V karakteristike teži 0, u stvarnim uređajima vrijednost Rdif je: Rdif 2 50 Ohm.

Glavna svrha zener diode je stabiliziranje napona na opterećenju, s promjenjivim naponom u vanjskom krugu. S tim u vezi, u seriju sa Zener diodom, uključen je otpor opterećenja, koji prigušuje promjenu vanjskog napona. Stoga se zener dioda naziva i referentnom diodom. Napon stabilizacije Ustab ovisi o fizičkom mehanizmu, što uzrokuje oštru ovisnost struje o naponu. Dva su fizička mehanizma odgovorna za ovu ovisnost struje o naponu - lavinski i tunelski proboj p n spoja. Za zener diode s mehanizmom probijanja tunela stabilizacijski napon Ustab je mali i manji je od 5 volti: Ustab 8 V.

Varicaps Varicap je poluvodička dioda, čiji se rad temelji na ovisnosti barijernog kapaciteta p-n spoja o obrnutom naponu. Varikapi se koriste kao elementi s električno kontroliranim kapacitetom u krugovima za podešavanje frekvencije oscilacijskog kruga, frekvenciju dijeljenja i množenja, frekvencijsku modulaciju, kontrolirane fazne prebacivače itd. U nedostatku vanjskog napona u pn spoju, postoji potencijalna zapreka i unutarnje električno polje. Ako se na diodu primijeni obrnuti napon, tada će se povećati visina ove potencijalne barijere. Vanjski reverzni napon odbija elektrone duboko u n-regiju, uslijed čega se područje iscrpljivanja p-n spoja širi, što se može predstaviti kao jednostavni ravni kondenzator u kojem granice područja služe kao ploče. U tom će se slučaju, u skladu s formulom za kapacitet ravnog kondenzatora, s povećanjem razmaka između ploča (uzrokovanog povećanjem vrijednosti obrnutog napona), kapacitet p-n-spoja smanjiti. Ovo smanjenje ograničeno je samo debljinom baze, preko koje se prijelaz ne može proširiti. Po postizanju ovog minimuma, kapacitet se ne mijenja s porastom obrnutog napona.

U n + poluvodiču sva stanja u vodljivom pojasu do Fermijeve razine zauzimaju elektroni, a u p + poluvodiču rupe. Dijagram pojasa p + n + spoja koji čine dva izrođena poluvodiča: Izračunajmo geometrijsku širinu izrođenog p n spoja. Pretpostavit ćemo da je u ovom slučaju sačuvana asimetrija p n spoja (p + je jako dopirano područje). Tada je širina prijelaza p + n + mala: Procijenjujemo Debroilleovu valnu duljinu elektrona iz jednostavnih odnosa:

Dakle, geometrijska širina p + n + spoja ispada usporediva s de Broglieovom valnom duljinom elektrona. U ovom slučaju, manifestacija kvantno-mehaničkih učinaka može se očekivati \u200b\u200bu degeneriranom p + n + spoju, od kojih je jedan tuneliranje kroz potencijalnu barijeru. Za usku barijeru vjerojatnost provlačenja cijevi kroz tu barijelu nije nula. Obrnuta dioda je tunelska dioda bez odjeljka negativnog diferencijalnog otpora. Velika nelinearnost strujno-naponske karakteristike pri niskim naponima blizu nule (reda mikrovolta) omogućuje upotrebu ove diode za otkrivanje slabih signala u mikrovalnom području. Volt-amperska karakteristika germanijske reverzne diode a) puna strujno-naponska karakteristika; b) obrnuti presjek I - V karakteristike pri različitim temperaturama

Dijapozitiv 2

Područje primjene

Glavno svojstvo diode je da dobro prolazi struju u jednom smjeru, ali gotovo da ne prolazi struju u drugom smjeru. Pomoću nekoliko dioda možete pretvoriti izmjenični u istosmjerni, koji napaja većinu kompaktnih elektroničkih uređaja

Slide 3

Diodni uređaj

Dioda je ploča germanija (s vodljivošću p-tipa) i indija (n-tipa)

Slide 5

Načelo rada

Dakle, ako se na anodu (+) primijeni pozitivan napon, a struja lako teče na katodi (-). Ta se veza naziva pozitivna dioda. Kada se dioda ponovo uključi (tj. Ako struja neće proći na anodu (-) i na katodu (+).

Slajd 7

Ravna dioda Lako je uočiti da takva dioda ima pn područje spoja mnogo veće od površine točkaste. Za diode velike snage ovo područje može doseći do 100 ili više četvornih milimetara, pa je njihova prednja struja mnogo veća od one točkastih. Ravne diode koriste se u ispravljačima koji rade na niskim frekvencijama, u pravilu ne više od nekoliko desetaka kiloherca.

Djelovanje varikapa temelji se na korištenju kapacitivnih svojstava pn spoja. Varikape se mogu koristiti u razne svrhe poput promjenjivih kondenzatora. Ponekad se koriste u parametarskim pojačalima. Načelo rada parametarskog pojačala djelomična je kompenzacija gubitaka u oscilatornom krugu koji se sastoji od prigušnice L i kondenzatora C, uz povremenu promjenu kapacitivnosti kondenzatora ili induktiviteta zavojnice (pod uvjetom da se promjena dogodi u određeni kvantitativni i fazni odnosi s frekvencijom oscilacija kruga). U tom slučaju dolazi do povećanja snage električnih oscilacija (signala) zbog energije tog izvora, što će povremeno mijenjati vrijednost reaktivnog parametra. Kao takav varijabilni reaktivni parametar koristi se varicap čiji se kapacitet mijenja kao rezultat utjecaja harmoničnog napona koji se napaja iz posebnog generatora pumpe. Ako koristite varicap i generator pumpe za potpunu kompenzaciju svih gubitaka u krugu, tj. da se dovede u stanje samopobude, tada se takav sustav naziva parametarski generator.