Електропровідність напівпровідників. Власна і домішкова провідність напівпровідників. Напівпровідниковий діод. Застосування напівпровідникових приладів

Хід уроку

І Лабораторна робота.

Дослідження електричного кола з напівпровідниковим діодом.

Мета: дослідити, як проводить електричний струм напівпровідниковий діод.

Обладнання: напівпровідниковий діод, джерело постійного струму напругою до 4,5 В; лампочка розжарення напругою 2,5--3,5 В на підставці; вимикач, з'єднувальні проводи.

Вказівки до роботи.

1. Розгляньте напівпровідниковий ДІОД

2. Ознайомтеся з написами та умовними позначеннями на його корпусі, звернувши особливу увагу на напрям стрілки.

3. Складіть електричне коло за схемою, зображеною на рисунку 3. Зверніть увагу на світіння лампочки під час замикання кола. Не розмикаючи коло, закоротіть діод провідником, як показано на схемі пунктиром. Що ви спостерігаєте?

4. Вимкніть вимикач і перемкніть діод, повернувши його на 180°. Замкніть коло. Що ви спостерігаєте?

Замкніть діод провідником. Що змінилося порівняно із попереднім випадком?

Зробіть висновок про те, як напівпровідниковий діод проводить постійний струм, як пов'язані між собою полярність вмикання джерела струму, напрям стрілочки на діоді та світіння лампочки.

II Пояснення нового матеріалу.

На попередніх уроках ми говорили про те, що напівпровідники широко використовуються в техніці. На сьогоднішньому уроці ми розглянемо які з відомих нам напівпровідникових приладів у якій галузі техніки використовують.

Напівпровідниковий діод - це є напівпровідник, одна частина якого містить донорні домішки (і тому є напівпровідником типу), а друга - акцепторні домішки (і тому є напівпровідником р-типу). Від двохелектродної лампи його відрізняє те, що у ньому вільні носії заряду утворюються при додаванні домішки, донорної чи акцепторної, і потреба у джерелі напруги для

розжарювання катоду відпадає. У складних схемах зекономлена внаслідок цього енергія буває досить значною. До того ж, вони компактніші за лампові. Зазначені переваги напівпровідникових приладів дозволяють використовувати їх на штучних супутниках Землі, космічних кораблях та ЕОМ. Найчастіше напівпровідникові діоди виробляють з Германію, Селену.

Принцип роботи напівпровідникового діоду: в поверхню напівпровідника п-типу вплавляють акцепторну домішку(наприклад, Індій). Створюється р-п-перехід там, де атоми Індію змішалися з атомами Германію. Там, де цільний Германій, у напівпровіднику катод, а там, де цільний Індій - анод.

На аноді багато дірок, бо там переважає діркова провідність, а на катоді - електронів, бо там переважає електронна провідність. При пІд'єднаннІ катода до мінуса, а анода - до плюса джерела напруги електрони будуть переходити від мінуса до плюса, а дірки - навпаки. І струм при такому під'єднанні буде відносно великим, бо заряд будуть передавати основні носії заряду, ті, яких більше на електроді(частині напівпровідника). При інакшому під'єднанні (напрямі струму) заряд будуть переносити неосновні носії, яких менше, тому струм буде порівняно малий. Такий діод також випрямляє струм.

Щоб запобігти шкідливим впливам повітря, світла і т.д., напівпровідниковий діод вміщують у герметичний корпус.

Термістори є в значній мірі нелінійними приладами і найчастіше мають параметри з великим розмахом. Саме тому багато хто, навіть досвідчених інженерів і розроблювачів схем мають певні незручності при роботі з цими приладами. Однак, познайомившись ближче з цими пристроями, можна бачити, що термістори насправді є цілком простими. Власне кажучи термістори являють собою напівпровідникову кераміку.

Термістори знаходять застосування в багатьох областях. Практично жодна складна друкована плата не обходиться без термісторів. Вони використовуються в температурних датчиках, термометрах, практично в будь-якій, зв'язаній з температурними режимами, електроніці.

Фоторезистор -- елемент електричного кола, який змінює свій опір при освітленні. Принцип дії фоторезистора заснований на явищі фотопровідності -- зменшенні опору напівпровідника при збудженні носіїв заряду світлом. Найпопулярнішим напівпровідником, на основі якого виготовляються фоторезистори є СсШ. Фоторезистори застосовуються у фотоелементах, які автоматично включають вуличне освітлення в сутінках, у турнікетах метро тощо.

Світлодіод -- напівпровідниковий пристрій, що випромінює світло при пропусканні через нього електричного струму (ефект, відомий як електролюмінесценція). Випромінюване світло традиційних світлодіодів лежить у вузькій ділянці спектру, а його колір залежать від хімічного складу використаного у світлодіоді напівпровідника. Сучасні світлодіоди можуть випромінювати на довжині хвилі від інфрачервоної до близького ультрафіолету, та навіть існують методи поширення смуги випромінювання І створення білих світлодіодів. На відміну від ламп розжарювання, які випромінюють світловий потік широкого спектру рівномірно на всіх напрямках класичні світлодіоди випромінюють світло певної довжини хвилі і в певному напрямі. Світлодіод був розвинений до лазерних діодів, які працюють на тому ж принципі, але дозволяють направлене випромінювання когерентного світла.

Застосування: Ефективність світлодіодів найкраще проявляється там, де потрібно генерувати кольорові світлові потоки (сигнали). Світло від лампи розжарювання доводиться пропускати через спеціальні оптичні фільтри, що виділяють певну частину спектру (червону, синію, зелену). Усі 100% випромінювання світлодіода є забарвленим світлом, лампа ж розжарювання втрачає близько 90% енергії світлового потоку при проходженні крізь світлофільтр. Більш того, від 80-90% споживаної потужності лампи розжарювання витрачається на нагрів лампи для досягнення потрібної колірної температури (шкала Кельвіна) для якої вони спроектовані.

Світлодіодні лампи споживають приблизно від 3% до 60% потужності необхідної для звичайних ламп розжарювання аналогічної яскравості. Удароміцна конструкція твердотілих випромінювачів (світлодіодів) дозволяє використовувати світлодіодні лампи при підвищених вібраціях, частих вмиканнях і вимиканнях (стрибках струму) без помітного впливу на термін роботи світлодіодної лампи -- більше 100000 годин (більше 11 років).

Використовуючи світлодіоди можна одержати світло з високою насиченістю кольору. Світлодіоди застосовуються у Індикаційній техніці, при побудові світлодіодних джерел світла -- інформаційних табло, світлофорів, ліхтариків, гірлянд тощо.

II Завдання до дому.