Odjeljci: Fizika, Natjecanje "Prezentacija za lekciju"

Prezentacija za lekciju

Natrag naprijed

Pažnja! Pregledi slajdova služe samo u informativne svrhe i možda neće predstavljati sve značajke prezentacije. Ako ste zainteresirani za ovaj rad, preuzmite punu verziju.

Lekcija u 10. razredu.

Predmet: R- I n- vrste. Poluvodička dioda. Tranzistori."

Ciljevi:

• obrazovni: stvoriti predodžbu o slobodnim nositeljima električnog naboja u poluvodičima u prisutnosti nečistoća sa stajališta elektroničke teorije i na temelju tih spoznaja saznati fizikalnu bit p-n spoja; naučiti učenike objasniti način rada poluvodičkih elemenata, temeljen na poznavanju fizikalne suštine pn spoja;
• razvijanje: razvijati tjelesno mišljenje učenika, sposobnost samostalnog formuliranja zaključaka, proširiti kognitivni interes, kognitivnu aktivnost;
• obrazovni: nastaviti formiranje znanstvenog svjetonazora školaraca.

Oprema: prezentacija na temu:“Poluvodiči. Električna struja kroz kontakt poluvodiča R- I n- vrste. Poluvodička dioda. Tranzistor", multimedijski projektor.

Tijekom nastave

I. Organizacijski trenutak.

II. Učenje novog gradiva.

Slajd 1.

Slajd 2. Poluvodič – tvar u kojoj otpor može varirati u širokom rasponu i vrlo brzo opada s porastom temperature, što znači da električna vodljivost (1/R) raste.

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

Slajd 3.

Mehanizam provođenja u poluvodičima

Slajd 4.

Kristali poluvodiča imaju atomsku kristalnu rešetku, gdje vanjska Slajd 5. elektroni su vezani za susjedne atome kovalentnim vezama.

Na niskim temperaturama čisti poluvodiči nemaju slobodnih elektrona i ponašaju se kao izolatori.

Poluvodiči su čisti (bez primjesa)

Ako je poluvodič čist (bez primjesa), tada ima vlastitu vodljivost, koja je niska.

Postoje dvije vrste intrinzične vodljivosti:

Slajd 6. 1) elektronički ("n" tip vodljivosti)

Pri niskim temperaturama u poluvodičima svi su elektroni vezani za jezgre i otpor je velik; S porastom temperature kinetička energija čestica raste, veze se raspadaju i pojavljuju se slobodni elektroni – otpor se smanjuje.

Slobodni elektroni se kreću suprotno od vektora jakosti električnog polja.

Elektronska vodljivost poluvodiča je posljedica prisutnosti slobodnih elektrona.

Slajd 7.

2) rupa (vodljivost tipa "p")

Kako se temperatura povećava, kovalentne veze između atoma, koje izvode valentni elektroni, se uništavaju i stvaraju se mjesta s nedostajućim elektronom - "rupa".

Može se kretati kroz cijeli kristal, jer njegovo mjesto mogu zamijeniti valentni elektroni. Pomicanje "rupe" je jednako pomicanju pozitivnog naboja.

Rupa se pomiče u smjeru vektora jakosti električnog polja.

Uz zagrijavanje, kidanje kovalentnih veza i pojavu intrinzične vodljivosti u poluvodičima može izazvati i osvjetljenje (fotovodljivost) i djelovanje jakih električnih polja. Stoga i poluvodiči imaju šupljinu vodljivosti.

Ukupna vodljivost čistog poluvodiča je zbroj vodljivosti tipa "p" i "n" i naziva se elektron-rupna vodljivost.

Poluvodiči s primjesama

Takvi poluvodiči imaju vlastitu + primjesnu vodljivost.

Prisutnost nečistoća uvelike povećava vodljivost.

Kada se promijeni koncentracija nečistoća, mijenja se i broj nositelja električne struje — elektrona i šupljina.

Sposobnost upravljanja strujom temelji je široke upotrebe poluvodiča.

postoji:

Slajd 8. 1) donorske nečistoće (doniranje)– dodatni su dobavljači elektrona poluvodičkim kristalima, lako se odriču elektrona i povećavaju broj slobodnih elektrona u poluvodiču.

Slajd 9. Ovo su dirigenti "n" – tip, tj. poluvodiči s donorskim primjesama, gdje su glavni nositelji naboja elektroni, a manjinski nositelji naboja šupljine.

Takav poluvodič ima elektronička primjesa vodljivosti. Na primjer, arsen.

Slajd 10. 2) akceptorske nečistoće (prijem)– stvaraju “rupe”, uzimajući elektrone u sebe.

To su poluvodiči "p" - tip, tj. poluvodiči s akceptorskim primjesama, gdje su glavni nositelji naboja šupljine, a manjinski nositelji elektroni.

Takav poluvodič ima hole nečistoća vodljivost. Slajd 11. Na primjer, indij. Slajd 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 p-n spoja

"p-n" spoj (ili spoj elektron-rupa) je područje kontakta dvaju poluvodiča gdje se vodljivost mijenja iz elektronske u šupljinu (ili obrnuto).

Takva područja mogu se stvoriti u poluvodičkom kristalu uvođenjem nečistoća. U kontaktnoj zoni dvaju poluvodiča različite vodljivosti odvijat će se međusobna difuzija. elektrona i šupljina te nastaje blokirajući električni sloj. Električno polje blokirajućeg sloja sprječava daljnji prolaz elektrona i šupljina preko granice. Blokirajući sloj ima povećan otpor u usporedbi s drugim područjima poluvodiča.

Vanjsko električno polje utječe na otpor sloja barijere.

U smjeru prema naprijed (kroz) vanjskog električnog polja električna struja prolazi kroz granicu dvaju poluvodiča.

Jer elektroni i šupljine kreću se jedna prema drugoj prema sučelju, zatim elektroni, prelazeći granicu, ispunjavaju rupe. Debljina zaštitnog sloja i njegova otpornost stalno se smanjuju.

Putovnica p-n način rada tranzicija:

Kada je vanjsko električno polje u blokirajućem (obrnutom) smjeru, električna struja neće proći kroz kontaktno područje dvaju poluvodiča.

Jer Kako se elektroni i šupljine kreću od granice u suprotnim smjerovima, blokirajući sloj se zadeblja i njegov otpor raste.

Način zaključavanja r-n spoj :

Dakle, prijelaz elektron-rupa ima jednosmjernu vodljivost.

Poluvodičke diode

Poluvodič s jednim p-n spojem naziva se poluvodička dioda.

- Ljudi, zapišite nova tema: "Poluvodička dioda."
"Kakav je to idiot?" upita Vasečkin sa smiješkom.
- Ne idiot, nego dioda! – učitelj je odgovorio: “Dioda, što znači da ima dvije elektrode, anodu i katodu.” Da li razumiješ?
“I Dostojevski ima takvo djelo - “Idiot”, inzistirao je Vasečkin.
- Ima, pa što? Na satu ste fizike, a ne književnosti! Nemojte više brkati diodu s idiotom!

Slajd 17–21.

Kada je električno polje naneseno u jednom smjeru, otpor poluvodiča je velik, au suprotnom smjeru otpor je mali.

Poluvodičke diode su glavni elementi AC ispravljača.

Slajd 22–25.

Tranzistori nazivaju se poluvodički uređaji dizajnirani za pojačavanje, generiranje i pretvaranje električnih oscilacija.

Poluvodički tranzistori - također se koriste svojstva "p-n" spojeva - tranzistori se koriste u strujnim krugovima radio-elektroničkih uređaja.

Velika "obitelj" poluvodičkih uređaja zvanih tranzistori uključuje dvije vrste: bipolarne i s efektom polja. Prvi od njih, kako bi se nekako razlikovali od drugog, često se nazivaju običnim tranzistorima. Najviše se koriste bipolarni tranzistori. Vjerojatno ćemo početi s njima. Pojam "tranzistor" formiran je od dva engleske riječi: prijenos – pretvarač i otpornik – otpor. U pojednostavljenom obliku, bipolarni tranzistor je poluvodička pločica s tri (kao u slojevitom kolaču) izmjenična područja različite električne vodljivosti (slika 1), koja tvore dva p–n spoja. Dva krajnja područja imaju električnu vodljivost jedne vrste, srednja ima električnu vodljivost druge vrste. Svako područje ima svoju kontaktnu iglu. Ako električna vodljivost rupa prevladava u vanjskim područjima, a elektronska vodljivost u sredini (slika 1, a), tada se takav uređaj naziva tranzistorom strukture p - n - p. Tranzistor s n - p - n strukturom, naprotiv, ima područja s elektroničkom električnom vodljivošću duž rubova, a između njih postoji područje s električnom vodljivošću šupljine (slika 1, b).

Kada se na bazu nanese tranzistor tipa n-p-n pozitivan napon otvara, tj. smanjuje se otpor između emitera i kolektora, a kada se dovede negativan napon, naprotiv, zatvara se i što je struja jača, to se više otvara ili zatvara. Za tranzistore p-n-p strukture to je obrnuto.

Osnova bipolarnog tranzistora (slika 1) je mala ploča od germanija ili silicija s elektronskom ili rupom električne vodljivosti, odnosno n-tipa ili p-tipa. Kuglice nečistoća spojene su na površinu obje strane ploče. Kada se zagrije na strogo određenu temperaturu, dolazi do difuzije (prodiranja) nečistoća u debljinu poluvodičke ploče. Kao rezultat toga, u debljini ploče pojavljuju se dva područja, suprotna njoj u električnoj vodljivosti. Ploča germanija ili silicija p-tipa i u njoj stvorena područja n-tipa tvore tranzistor strukture n-p-n (slika 1, a), a ploča n-tipa i područja stvorena u njoj p-tipa tvore tranzistor p-n-p strukture (slika 1, b).

Bez obzira na strukturu tranzistora, njegova ploča izvornog poluvodiča naziva se baza (B), područje manjeg volumena nasuprot njoj u smislu električne vodljivosti je emiter (E), a drugo slično područje većeg volumena je sakupljač (K). Ove tri elektrode tvore dvije p-n spoj: između baze i kolektora - kolektor, a između baze i emitera - emiter. Svaki od njih sličan je u svojim električnim svojstvima p-n spojevima poluvodičkih dioda i otvara se pri istim prednjim naponima na njima.

Uobičajene grafičke oznake tranzistora različitih struktura razlikuju se samo po tome što je strelica koja simbolizira emiter i smjer struje kroz emiterski spoj, za tranzistor p-n-p strukture, okrenuta prema bazi, a za npn tranzistor- iz baze.

Slajd 26–29.

III. Primarna konsolidacija.

1. Koje se tvari nazivaju poluvodičima?
2. Kakva se vodljivost naziva elektroničkom?
3. Koja se još vodljivost opaža u poluvodičima?
4. Koje nečistoće sada znate?
5. Koji je način propusnosti p-n spoja?
6. Koji je način blokiranja p-n spoja?
7. Koje poluvodičke elemente poznajete?
8. Gdje i za što se koriste poluvodički elementi?

IV. Učvršćivanje naučenog

1. Kako se mijenja otpor poluvodiča pri zagrijavanju? Pod rasvjetom?
2. Hoće li silicij biti supravodljiv ako se ohladi na temperaturu blizu apsolutne nule? (ne, otpor silicija raste s padom temperature).

zener dioda
7

Stabilizator napona temeljen na zener diodi i strujno-naponskim karakteristikama zener dioda 1-KS133A, 2-KS156A, 3-KS182Zh, 4-KS212Zh

PRIMJENA DIODA

DIJAGRAMI ISPRAVLJAČA

Rad poluvalnog ispravljača

DIJAGRAMI ISPRAVLJAČA

Jednofazni puni valni ispravljač sa srednjom točkom

Rad punovalnog ispravljača

DIJAGRAMI ISPRAVLJAČA

Jednofazni mosni ispravljač

Rad punovalnog mosnog ispravljača

DIJAGRAMI ISPRAVLJAČA

DIJAGRAMI ISPRAVLJAČA

Trofazni mosni upravljački krug

MREŽNI FILTRI

Kapacitivni (C – filter)

Kapacitivni (C – filter)

Kapacitivni (C – filter)

Induktivni (L – filter)

Induktivni (L – filter)

Struktura bipolarnog tranzistora

Shema sa zajedničkom bazom

Krug zajedničkog emitera (CE).

Krug sa zajedničkim kolektorom (OK)

Krug s OE(a), njegova strujno-naponska karakteristika i krug s OK(b)

Karakteristike i ekvivalentni sklopovi tranzistora

Krug zajedničkog emitera

Oscilogrami na ulazu i izlazu pojačala s OE

Krug zajedničkog emitera

Tiristori

Svojstva tiristora

Svojstva tiristora

Primjena tiristora

Struktura, oznaka i strujno-naponske karakteristike dinistora.

Struktura tiristora

Oznaka tiristora

Uvjeti za uključivanje tiristora

Tranzistori s efektom polja (unipolarni).

Tranzistor s efektom polja s izoliranim vratima

POVRATNE INFORMACIJE Pripremio Stepanov K.S.

POVRATNE INFORMACIJE

POVRATNA INFORMACIJA OS blok dijagram

Serijska strujna povratna veza

Serijska strujna povratna veza

Serijska strujna povratna veza

Serijska strujna povratna veza

Serijska strujna povratna veza

Serijska strujna povratna veza

Serijska povratna sprega napona

Povratna veza paralelne struje

Povratna veza paralelnog napona

LOGIČKI ELEMENTI Pripremio Stepanov K.S.

LOGIČKI ELEMENTI

LOGIČKI ELEMENTI

LOGIČKI ELEMENTI

LOGIČKI ELEMENTI

LOGIČKI ELEMENTI

LOGIČKI ELEMENTI

Zbrajanje po modulu 2 (2XOR, nejednako). Inverzija ekvivalencije.

Mnemotehničko pravilo

Poluvodička dioda je nelinearna elektronički uređaj sa dva izlaza. Ovisno o unutarnjoj strukturi, vrsti, količini i stupnju dopiranja unutarnjih elemenata diode i strujno-naponskim karakteristikama, svojstva poluvodičkih dioda variraju.

Ispravljačka dioda uključena p-n osnova Prijelaz Osnova ispravljačke diode je konvencionalni spoj elektrona i rupa; strujno-naponska karakteristika takve diode ima izraženu nelinearnost. Kod prednapona, struja diode je injekcijska, velike veličine i predstavlja difuzijsku komponentu struje glavnog nositelja. Kada je obrnuto prednapon, struja diode je male veličine i predstavlja komponentu pomaka struje manjinskog nositelja. U stanju ravnoteže ukupna struja zbog difuzijske i driftne struje elektrona i šupljina jednaka je nuli. Riža. Parametri poluvodičke diode: a) strujno-naponska karakteristika; b) izvedba kućišta strujno-naponske karakteristike opisana je jednadžbom

Ispravljanje u diodi Jedno od glavnih svojstava poluvodičke diode temeljene na p-n spoju je oštra asimetrija strujno-naponske karakteristike: visoka vodljivost s prednaponom i niska s obrnutim prednaponom. 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 bazi p-n spoja.

Karakteristični otpor Postoje dvije vrste karakterističnog otpora dioda: diferencijalni otpor rD i istosmjerni otpor RD. Diferencijalni otpor je definiran kao istosmjerni otpor. U prednjem dijelu strujno-naponske karakteristike, istosmjerni otpor je veći od diferencijalnog otpora RD > rD, a u obrnutom dijelu je manji od RD rD, a u obrnutom dijelu je 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 Rdiff idealne zener diode u ovom dijelu strujno-naponske karakteristike teži k 0; u stvarnim uređajima vrijednost Rdif je: Rdif 2 50 Ohm.

Glavna svrha zener diode je stabilizirati napon preko opterećenja kada se napon u vanjskom krugu promijeni. U tom smislu, otpornik opterećenja spojen je u seriju s zener diodom, prigušujući promjenu vanjskog napona. Stoga se zener dioda naziva i referentna dioda. Stabilizacijski napon Ustab ovisi o fizičkom mehanizmu koji uzrokuje oštru ovisnost struje o naponu. Dva su fizikalna mehanizma odgovorna za ovu ovisnost struje o naponu - lavinski i tunelski slom pn spoja. Za zener diode s tunelskim probojnim mehanizmom stabilizacijski napon Ustab je mali i iznosi manje od 5 volti: Ustab 8 V.

Varicaps Varicap je poluvodička dioda čiji se rad temelji na ovisnosti o barijeri kapaciteti p-n prijelaz iz reverznog napona. Varikapi se koriste kao elementi s električnim kontroliranim kapacitetom u krugovima za ugađanje frekvencije titrajnog kruga, dijeljenje i množenje frekvencija, frekvencijsku modulaciju, kontrolirane fazne pomicače itd. U nedostatku vanjskog napona postoji potencijalna barijera i unutarnje električno polje u p-n spoju. Ako se na diodu primijeni obrnuti napon, visina ove potencijalne barijere će se povećati. Vanjski reverzni napon odbija elektrone dublje u n-područje, što rezultira širenjem osiromašenog područja. p-n područja prijelaz, koji se može prikazati kao najjednostavniji ravni kondenzator, u kojem su ploče granice regije. U ovom slučaju, u skladu s formulom za kapacitet ravnog kondenzatora, s povećanjem udaljenosti između ploča (uzrokovano povećanjem vrijednosti obrnutog napona), kapacitet p-n spoja će se smanjiti. Ovo smanjenje je ograničeno samo debljinom baze, preko koje se prijelaz ne može proširiti. Nakon što se dosegne ovaj minimum, kapacitet se ne mijenja s povećanjem povratnog napona.

U poluvodiču tipa n+ sva stanja u vodljivom pojasu do Fermijeve razine zauzimaju elektroni, a u poluvodiču tipa p+ - šupljine. Pojasni dijagram p+ n+ spoja kojeg tvore dva degenerirana poluvodiča: Izračunajmo geometrijsku širinu degeneriranog p n spoja. Pretpostavit ćemo da je u ovom slučaju očuvana asimetrija pn spoja (p+ je jače dopirano područje). Tada je širina p+ n+ prijelaza mala: Procijenit ćemo De Broglievu valnu duljinu elektrona iz jednostavnih odnosa:

Stoga se geometrijska širina p+ n+ prijelaza može usporediti s de Broglieovom valnom duljinom elektrona. U ovom slučaju, u degeneriranom p+ n+ spoju može se očekivati ​​manifestacija kvantno mehanički učinaka, od kojih je jedan tuneliranje kroz potencijalnu barijeru. S uskom barijerom, vjerojatnost curenja tunela kroz barijeru je različita od nule. Reverzna dioda je tunelska dioda bez dijela negativnog diferencijalnog otpora. Visoka nelinearnost strujno-naponske karakteristike pri niskim naponima blizu nule (reda mikrovolta) omogućuje da se ova dioda koristi za detekciju slabi signali u mikrovalnom području. Volt-amperska karakteristika germanijeve reverzne diode a) ukupna strujno-naponska karakteristika; b) obrnuti presjek strujno-naponske karakteristike pri različitim temperaturama

Slajd 2

Područje primjene

Glavno svojstvo diode je da dobro propušta struju u jednom smjeru, ali gotovo da ne prolazi struja u drugom smjeru. Pomoću nekoliko dioda možete pretvoriti izmjeničnu struju u istosmjernu, na čemu radi većina kompaktnih elektroničkih uređaja.

Slajd 3

Diodni uređaj

Dioda je ploča od germanija (s p-tipom vodljivosti) i indija (n-tip)

Slajd 5

Princip rada

Dakle, ako se pozitivni napon primijeni na anodu (+) i katodu (-), struja će lako teći. Ovaj spoj se naziva spoj pozitivne diode. Kada je dioda uključena obrnuto (tj. ako struja ne teče na anodu (-) i na katodu (+).

Slajd 7

Planarna dioda Lako je vidjeti da takva dioda područje p-n prijelaz je mnogo veći nego kod točkastog prijelaza. Za snažne diode ovo područje može doseći i do 100 četvornih milimetara ili više, pa je njihova istosmjerna struja mnogo veća od one točkastih. To su planarne diode koje se koriste u ispravljačima koji rade na niskim frekvencijama, u pravilu ne više od nekoliko desetaka kiloherca.

Djelovanje varikapa temelji se na upotrebi kapacitivnog svojstva r-n tranzicija. Varikapi se mogu koristiti u razne svrhe kao promjenjivi kondenzatori. Ponekad se koriste u parametarskim pojačalima. Princip rada parametarskog pojačala je djelomična kompenzacija gubitaka u oscilatornom krugu koji se sastoji od induktora L i kondenzatora C, s periodična promjena kapacitet kondenzatora ili induktivitet zavojnice (pod uvjetom da će se promjena dogoditi u određenim kvantitativnim i faznim odnosima s frekvencijom titranja kruga). U ovom slučaju, povećanje snage električnih oscilacija (signala) nastaje zbog energije izvora, koja će povremeno mijenjati vrijednost reaktivnog parametra. Kao takav promjenjivi reaktivni parametar koristi se varicap, čiji se kapacitet mijenja kao rezultat utjecaja harmonijskog napona koji se dovodi iz posebnog generatora pumpe. Ako se pomoću varikapa i generatora pumpe svi gubici u krugu potpuno kompenziraju, tj. dovesti u stanje samouzbude, tada se takav sustav naziva parametarski generator.