Презентація на тему «Електричний струм у напівпровідниках» (варіант 3)
295
Слайд #1
Електричний струм у напівпровідниках
Слайд #2
Електричний струм
у напівпровідниках
у напівпровідниках
Слайд #3
ЗАПИТАННЯ:
Класифікація речовин по провідності
Власна провідність напівпровідників
Домішкова провідність напівпровідників
p-n перехід і його властивості
Напівпровідниковий діод і його застосування
Запитання для контролю
Класифікація речовин по провідності
Власна провідність напівпровідників
Домішкова провідність напівпровідників
p-n перехід і його властивості
Напівпровідниковий діод і його застосування
Запитання для контролю
Слайд #4
Класифікація речовин по провідності
Запитання 1
Запитання 1
Слайд #5
Різні речовини мають різні електричні властивості, але по електричній провідності їх можна поділити на 3 основні групи:
Електричні властивості
речовин
Провідники
Напівпровідники
Діелектрики
Добре проводять електричний струм
До них відносяться метали, електроліти, плазма …
Найбільше використовуються провідники – Au, Ag, Cu, Al, Fe …
Практично не проводять електричний струм
До них відносяться пластмаси, гума, скло, фарфор, сухе дерево, папір …
Займають по провідності проміжне положення між провідниками і діелектриками
Si, Ge, Se, In, As
Електричні властивості
речовин
Провідники
Напівпровідники
Діелектрики
Добре проводять електричний струм
До них відносяться метали, електроліти, плазма …
Найбільше використовуються провідники – Au, Ag, Cu, Al, Fe …
Практично не проводять електричний струм
До них відносяться пластмаси, гума, скло, фарфор, сухе дерево, папір …
Займають по провідності проміжне положення між провідниками і діелектриками
Si, Ge, Se, In, As
Слайд #6
Згадаємо, що провідність речовин зумовлена наявністю в них вільних заряджених частинок
Наприклад, в металах це вільні електрони
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Згадайте і поясніть характер провідності металів і її залежність від температури
Наприклад, в металах це вільні електрони
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Згадайте і поясніть характер провідності металів і її залежність від температури
Слайд #7
Власна провідність напівпровідників
Запитання 2
Запитання 2
Слайд #8
Розглянемо провідність напівпровідників на основі кремнію Si
Si
Si
Si
Si
Si
-
-
-
-
-
-
-
-
Кремній – 4 валентний хімічний елемент. Кожен атом має на зовнішньому електронному шарі по 4 електрони, які використовуються для утворення парноелектронних (ковалентних) зв'язків з 4 сусідніми атомами
При звичайних умовах (невисоких температурах) в напівпровідниках вільні заряджені частинки відсутні, тому напівпровідник не проводить електричний струм
Si
Si
Si
Si
Si
-
-
-
-
-
-
-
-
Кремній – 4 валентний хімічний елемент. Кожен атом має на зовнішньому електронному шарі по 4 електрони, які використовуються для утворення парноелектронних (ковалентних) зв'язків з 4 сусідніми атомами
При звичайних умовах (невисоких температурах) в напівпровідниках вільні заряджені частинки відсутні, тому напівпровідник не проводить електричний струм
Слайд #9
Розглянемо зміни в напівпровіднику при збільшенні температури
Si
Si
Si
Si
Si
-
-
-
-
-
-
+
вільний електрон
дірка
+
+
При збільшенні температури енергія електронів збільшується і деякі із них покидають зв'язки, стають вільними електронами. На їх місці залишаються некомпенсовані електричні заряди (віртуальні заряджені частинки), що називаються дірками
Під дією електричного поля електрони і дірки починають упорядкований (зустрічний) рух, утворюючи електричний струм
-
-
Si
Si
Si
Si
Si
-
-
-
-
-
-
+
вільний електрон
дірка
+
+
При збільшенні температури енергія електронів збільшується і деякі із них покидають зв'язки, стають вільними електронами. На їх місці залишаються некомпенсовані електричні заряди (віртуальні заряджені частинки), що називаються дірками
Під дією електричного поля електрони і дірки починають упорядкований (зустрічний) рух, утворюючи електричний струм
-
-
Слайд #10
Таким чином, електричний струм в напівпровідниках являє собою упорядкований рух вільних електронів і позитивних віртуальних частинок - дірок
При збільшенні температури росте число вільних носіїв заряду, провідність напівпровідників росте, опір зменшується
R (Ом)
t (0C)
R0
метал
напівпровідник
Поясніть графіки залежності опору металів і напівпровідників від температури
При збільшенні температури росте число вільних носіїв заряду, провідність напівпровідників росте, опір зменшується
R (Ом)
t (0C)
R0
метал
напівпровідник
Поясніть графіки залежності опору металів і напівпровідників від температури
Слайд #11
Домішкова провідність напівпровідників
Запитання 3
Запитання 3
Слайд #12
Власна провідність напівпровідників явно недостатня для технічного застосування напівпровідників
Тому для збільшення провідності в чисті напівпровідники вносять домішки (легують), які бувають донорні і акцепторні
Донорні домішки
Si
Si
As
Si
Si
-
-
-
-
-
-
-
При легуванні 4 – валентного кремнію Si 5 – валентним миш'яком As, один із 5 електронів миш'яку стає вільним
Таким чином змінюючи концентрацію миш'яку, можна в широких межах змінювати провідність кремнію
Такий напівпровідник називається напівпровідником n-типу, основними носіями заряду являються електрони, а домішка миш'яку, що дає вільні електрони, називається донорною
-
-
Тому для збільшення провідності в чисті напівпровідники вносять домішки (легують), які бувають донорні і акцепторні
Донорні домішки
Si
Si
As
Si
Si
-
-
-
-
-
-
-
При легуванні 4 – валентного кремнію Si 5 – валентним миш'яком As, один із 5 електронів миш'яку стає вільним
Таким чином змінюючи концентрацію миш'яку, можна в широких межах змінювати провідність кремнію
Такий напівпровідник називається напівпровідником n-типу, основними носіями заряду являються електрони, а домішка миш'яку, що дає вільні електрони, називається донорною
-
-
Слайд #13
Акцепторні домішки
Якщо кремній легувати трьохвалентним індієм, то для утворення зв'язків з кремнієм у індію не вистачає одного електрона, тобто утворюється дірка
Si
Si
In
Si
Si
-
-
-
-
-
+
Змінюючи концентрацію індію, можна в широких межах змінювати провідність кремнію, створюючи напівпровідник із заданими електричними властивостями
Такий напівпровідник називається напівпровідником p-типу, основними носіями заряду являються дірки, а домішка індію, що дає дірки, називається акцепторною
-
-
Якщо кремній легувати трьохвалентним індієм, то для утворення зв'язків з кремнієм у індію не вистачає одного електрона, тобто утворюється дірка
Si
Si
In
Si
Si
-
-
-
-
-
+
Змінюючи концентрацію індію, можна в широких межах змінювати провідність кремнію, створюючи напівпровідник із заданими електричними властивостями
Такий напівпровідник називається напівпровідником p-типу, основними носіями заряду являються дірки, а домішка індію, що дає дірки, називається акцепторною
-
-
Слайд #14
І так, існує 2 типи напівпровідників, що мають велике практичне застосування:
р-типу
n-типу
Основні носії заряду - дірки
Основні носії заряду - електрони
+
-
Крім основних носіїв в напівпровіднику існує дуже мала кількість неосновних носіїв заряду (в напівпровіднику p-типу це електрони, а в напівпровіднику n-типу це дірки), кількість яких росте при збільшенні температур
Поясніть, як змінюється кількість неосновних носіїв заряду в домішковому напівпровіднику при збільшенні температури
р-типу
n-типу
Основні носії заряду - дірки
Основні носії заряду - електрони
+
-
Крім основних носіїв в напівпровіднику існує дуже мала кількість неосновних носіїв заряду (в напівпровіднику p-типу це електрони, а в напівпровіднику n-типу це дірки), кількість яких росте при збільшенні температур
Поясніть, як змінюється кількість неосновних носіїв заряду в домішковому напівпровіднику при збільшенні температури
Слайд #15
p-n перехід і його електричні властивості
Запитання 4
Запитання 4
Слайд #16
Розглянемо електричний контакт двох напівпровідників p і n типу, що називається p-n переходом
+
_
1. Пряме включення
+
+
+
+
-
-
-
-
Струм через p-n перехід тече за рахунок основних носіїв заряду (дірки рухаються вправо, електрони – вліво)
Опір переходу малий, струм великий.
Таке включення називається прямим, в прямому напрямі p-n перехід добре проводить електричний струм
р
n
+
_
1. Пряме включення
+
+
+
+
-
-
-
-
Струм через p-n перехід тече за рахунок основних носіїв заряду (дірки рухаються вправо, електрони – вліво)
Опір переходу малий, струм великий.
Таке включення називається прямим, в прямому напрямі p-n перехід добре проводить електричний струм
р
n
Слайд #17
+
_
2. Зворотне включення
+
+
+
+
-
-
-
-
Основні носії заряду не проходять через p-n перехід
Опір переходу великий, струм практично відсутній
Таке включення називається зворотнім, в зворотному напрямку p-n перехід практично не проводить електричного струму
р
n
Запірний шар
_
2. Зворотне включення
+
+
+
+
-
-
-
-
Основні носії заряду не проходять через p-n перехід
Опір переходу великий, струм практично відсутній
Таке включення називається зворотнім, в зворотному напрямку p-n перехід практично не проводить електричного струму
р
n
Запірний шар
Слайд #18
І так, основна властивість p-n переходу полягає в його односторонній провідності
Вольт-амперна характеристика p-n переходу (ВАХ)
I (A)
U (В)
Поясніть на основі будови напівпровідників і властивостей p-n переходу графік залежності сили струму від напруги (ВАХ) переходу
Вольт-амперна характеристика p-n переходу (ВАХ)
I (A)
U (В)
Поясніть на основі будови напівпровідників і властивостей p-n переходу графік залежності сили струму від напруги (ВАХ) переходу
Слайд #19
Напівпровідниковий діод і його застосування
Запитання 5
Запитання 5
Слайд #20
Напівпровідниковий діод – це p-n перехід, поміщений в корпус
Позначення напівпровідникового діода на схемах
Вольт-амперна характеристика напівпровідникового діода (ВАХ)
I (A)
U (В)
Основна властивість діода – його одностороння електрична провідність
Позначення напівпровідникового діода на схемах
Вольт-амперна характеристика напівпровідникового діода (ВАХ)
I (A)
U (В)
Основна властивість діода – його одностороння електрична провідність
Слайд #21
Застосування напівпровідникових діодів
Випрямляння змінного струму
Детектування електричних сигналів
Стабілізація струму і напруги
Передавання і приймання сигналів
Інші застосування
Випрямляння змінного струму
Детектування електричних сигналів
Стабілізація струму і напруги
Передавання і приймання сигналів
Інші застосування
Слайд #22
До діода
Після діода
Після конденсатора
На навантаженні
Схема однопівперіодного випрямляча
Які недоліки випрямляча на одному діоді
Після діода
Після конденсатора
На навантаженні
Схема однопівперіодного випрямляча
Які недоліки випрямляча на одному діоді
Слайд #23
Схема двохпівперіодного випрямляча (мостова)
вхід
вихід
В чому переваги двохпівперіодного випрямляча
+
-
~
вхід
вихід
В чому переваги двохпівперіодного випрямляча
+
-
~
Слайд #24
Запитання для контролю
Запитання 6
Запитання 6
Слайд #25
Поясніть характер провідності напівпровідників р-типу
Поясніть характер провідності напівпровідників n-типу
На основі будови напівпровідника поясніть залежність його опору від температури
Для чого легують чисті напівпровідники
Як, маючи джерело струму і лампочку, провірити справність напівпровідникового діода
Поясніть принцип випрямлення змінного струму з допомогою напівпровідникового діода
Розкажіть про основні застосування напівпровідникових діодів
Запитання для повторення
Поясніть характер провідності напівпровідників n-типу
На основі будови напівпровідника поясніть залежність його опору від температури
Для чого легують чисті напівпровідники
Як, маючи джерело струму і лампочку, провірити справність напівпровідникового діода
Поясніть принцип випрямлення змінного струму з допомогою напівпровідникового діода
Розкажіть про основні застосування напівпровідникових діодів
Запитання для повторення
