Напівпровідникові прилади

1-й семестр

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

2. Електричний струм

УРОК 12/23

Тема. Напівпровідникові прилади

Мета уроку: роз’яснити учням принцип роботи напівпровідникових приладів.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ

Контроль знань

5 хв.

1. Чим обумовлена електронна провідність напівпровідника?

2. Чим обумовлена діркова провідність напівпровідника?

3. Які домішки називають донорними? акцепторними?

4. Яку домішку треба ввести,

щоб одержати напівпровідника n-типу? p-типу?

Демонстрації

5 хв.

Фрагменти відеофільму “Електричний струм у напівпровідниках”.

Вивчення нового матеріалу

25 хв.

1. Напівпровідниковий діод.

2. Як працює транзистор?

3. Застосування напівпровідників.

4. Інтегральні мікросхеми.

Закріплення вивченого матеріалу

10 хв.

1. Якісні питання.

2. Навчаємося розв’язувати задачі.

ВИВЧЕННЯ

НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Напівпровідниковий діод

Напівпровідниковий діод використовує однобічну провідність p-n-переходу. Такий діод має два контакти для приєднання до кола.

Часто говорять, що у діода незначний опір у прямому напрямку й дуже великий опір – у зворотному. Однак це не зовсім точне твердження: по суті, для напівпровідників взагалі й особливо для електронно-діркових переходів не виконується закон Ома. Тому будь-якого постійного опору в таких провідників немає.

Вольт-амперна характеристика напівпровідникового діода має вигляд:

 Напівпровідникові прилади

Напівпровідникові діоди використовують для випрямлення струму змінного напрямку (такий струм називають змінним), а також для виготовлення світло-діодів. Напівпровідникові випрямлячі є високонадійними і мають значний термін використання.

Широко застосовують напівпровідникові діоди в радіотехнічних пристроях: радіоприймачах, відеомагнітофонах, телевізорах, комп’ютерах.

2. Як працює транзистор

Надзвичайно важливими є напівпровідники у транзисторах.

Транзистори – напівпровідникові прилади із двома p-n-переходами.

Головним елементом для транзистора є напівпровідниковий кристал, наприклад германій, із уведеними в нього донорними й акцепторними домішками. Домішки розподілені так, що між напівпровідниками з однаковою домішкою (їх називають емітер і колектор) залишається тонкий шар германію з домішкою іншого типу – цей шар називають базою.

Транзистори бувають двох типів: p-n-p-транзистори (рис. а) і n-p-n-транзистори (рис. б).

 Напівпровідникові прилади

У транзисторі p-n-p-типу в емітері й колекторі дірок істотно більше, ніж електронів, а в базі більше електронів; у транзисторі n-p-n-типу в емітері й колекторі електронів більше, ніж дірок, а в базі більше електронів.

Розглянь роботу транзистора p-n-p – типу. Три виводи транзистора з ділянок з різними типами провідності вмикають у коло так, як показано на рисунку.

 Напівпровідникові прилади

Якщо потенціал бази p-n-p-транзистора вище за потенціал емітера, то струм не протікає через транзистор. Отже, транзистор може працювати як електронний ключ. Якщо ж потенціал бази нижче за потенціал емітера, то навіть незначні зміни напруги між емітером і базою призводять до значних змін сили струму в колі колектора й, відповідно, до зміни напруги на резисторі значного опору.

Розглянувши роботу транзистора, робимо висновок, що за допомогою транзистора можна підсилювати електричні сигнали.

Тому транзистор став основним елементом дуже багатьох напівпровідникових приладів.

3. Застосування напівпровідників

Залежність електропровідності напівпровідників від температури дає можливість застосовувати їх у термісторах.

Термістор – напівпровідниковий терморезистор, електричний опір якого істотно змінюється за підвищення температури.

Термістори застосовують як термометри для вимірювання температури.

У багатьох напівпровідниках зв’язок між електронами й атомами настільки незначний, що достатньо опромінити кристали світлом, щоб у них виникла додаткова кількість вільних носіїв зарядів.

Напівпровідниковий пристрій, у якому використовують властивість провідника змінювати свій опір під час освітлення, називають фоторезистором.

Фоторезистори застосовують у системах сигналізації й автоматиці, дистанційного керування виробничими процесами, сортування виробів і т. ін.

4. Інтегральні мікросхеми

Напівпровідникові діоди й транзистори є “цеглинками” дуже складних пристроїв, що називаються інтегральними мікросхемами.

Мікросхеми “працюють” сьогодні в комп’ютерах і телевізорах, у мобільних телефонах і штучних супутниках, в автомобілях, літаках і навіть у пральних машинах.

Інтегральну схему виготовляють на пластинці кремнію. Розмір пластинки – від міліметра до сантиметра, причому на одній такій пластинці може розміщуватися до мільйона компонентів – малюсіньких діодів, транзисторів, резисторів і т. ін.

Важливими перевагами інтегральних схем є висока швидкодія й надійність, а також низька вартість. Саме завдяки цьому на основі інтегральних схем і вдалося створити складні, але доступні багатьом прилади, комп’ютери й предмети сучасної побутової техніки.

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1. За допомогою якого досліду можна переконатися в однобічній провідності напівпровідникового діода?

2. Чому база транзистора повинна бути дуже малою?

3. Яку провідність може мати база транзистора?

Другий рівень

1. Чому струм у колекторі приблизно дорівнює току в емітері?

2. У закритому ящику розміщено напівпровідниковий діод і реостат. Кінці приладів виведені назовні й приєднані до клем. Як визначити, які клеми належать діоду?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Якісні питання

1. Як вплине на роботу транзистора збільшення товщини його бази?

2. Відомо, що в кожному транзисторі є два p-n-переходи, які увімкнені назустріч один одному. Чи можна замінити один транзистор двома увімкненими точно так само діодами?

2). Навчаємося розв’язувати задачі

1. Накресліть схему увімкнення транзистора p-n-p для посилення напруги.

2. Накресліть схему увімкнення транзистора n-p-n для посилення напруги.

3. Чому для одержання вольт-амперної характеристики напівпровідникового діода використовують дві різні схеми з’єднання приладів (див. рис. а, б)?

 Напівпровідникові прилади

Розв’язання. У цьому випадку не можна вважати опір амперметра нескінченно малим, а опір вольтметра – нескінченно великим. Схему а не можна використовувати для вимірювання зворотного струму через діод (практично весь струм піде через вольтметр). Схему б не можна використати для вимірювання напруги за прямого струму (напруга на амперметрі набагато перевищує напругу на діоді).

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

– Транзистор – електронний прилад з напівпровідникового матеріалу зазвичай із трьома виводами, що дозволяє керувати за допомогою слабкого вхідного сигналу електричним струмом в електричному колі.

– За допомогою транзистора можна підсилювати електричні сигнали.

– Термістор – напівпровідниковий терморезистор, електричний опір якого істотно змінюється у разі підвищення температури.

– Напівпровідниковий пристрій, у якому використовують властивість провідника змінювати свій опір під час освітлення, називають фоторезистором.

Домашнє завдання

1. Підр-1: § 16 (п. 5, 6, 7, 8); підр-2: § 8.

2. Зб.:

Рів1 № 6.6; 6.9; 6.15.

Рів2 № 6.16; 6.17; 6.18.

Рів3 №6.28; 6.2; 6.30.




Напівпровідникові прилади