Презентація "Електричний струм у напівпровідниках"

+2
Попередній слайд
Наступний слайд


Завантажити презентацію "Електричний струм у напівпровідниках"
Слайд #1
Електричний струм у напівпровідниках


Слайд #2
Електричний струм
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


Слайд #4
Класифікація речовин по провідності
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


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


Слайд #7
Власна провідність напівпровідників
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


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
-
-


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


Слайд #11
Домішкова провідність напівпровідників
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
-
-


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
-
-


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


Слайд #15
p-n перехід і його електричні властивості
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


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


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


Слайд #19
Напівпровідниковий діод і його застосування
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


Слайд #21
Застосування напівпровідникових діодів
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


Слайд #23
Схема двохпівперіодного випрямляча (мостова)
вхід
вихід
В чому переваги двохпівперіодного випрямляча
+
-
~


Слайд #24
Запитання для контролю
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