Презентация по физике на тему "Полупроводники. Выпрямление переменного тока."

• 1 слайд

  Полупроводники
  

• 2 слайд

  
  Проводники, диэлектрики и полупроводники.
  Собственная (электронно-дырочная) электрическая проводимость.
  Примесная (электронно-дырочная) электрическая проводимость.
  Электронно-дырочный переход. Контакт двух полупроводников с р- и n- проводимостью.
  P- n переход и его свойство.
  Строение полупроводникового диода.
  Вольт - амперная характеристика полупроводникового диода.
  
  * * * *
  Применение полупроводников (выпрямление переменного тока)*.
  Однополупериодное выпрямление переменного тока.*
  Двухполупериодное выпрямление переменного тока.*
  
  Сегодня на уроке:
  

• 3 слайд

  Полупроводники
  
  Непроводники
  (диэлектрики)
  Проводники
  Прежде всего поясним само понятие – полупроводник.
  По способности проводить электрические заряды вещества условно делятся на проводники и непроводники электричества.
  Тела и вещества, в которых можно создавать
  электрический ток, называют проводниками.
  Тела и вещества, в которых нельзя создавать
  электрический ток , называют
  непроводниками тока.
  Металлы , уголь, кислоты,
  растворы солей, щелочи,
  живые организмы
  и многие другие тела и вещества.
  Воздух, стекло, парафин, слюда,
  лаки, фарфор, резина, пластмассы,
  различные смолы,
  маслянистые жидкости,
  сухое дерево, сухая ткань,
  бумага и другие вещества.
  Проводники
  
  Непроводники
  (диэлектрики)
  Полупроводники по электропроводности занимают
  промежуточное место между проводниками и непроводниками.
  

• 4 слайд

  Бор B, углерод C, кремний Si фосфор Р, сера S, германий Ge, мышьяк As, селен Se, олово Sn, сурьма Sb, теллур Te и йод I.
  Полупроводники - это ряд элементов таблицы Менделеева, большинство минералов, различные окислы, сульфиды,
  теллуриды и другие химические соединения.
  Полупроводники
  

• 5 слайд

  Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг ядра по стабильным орбитам.
  Электронная оболочка атома германия состоит из 32 электронов, четыре из которых вращаются по его внешней орбите.
  Ge
  Электронная оболочка атома
  Ядро атома
  Сколько электронов у атома германия?
  Четыре внешних электрона, называемые валентными, существенным образом определяют атома германия. Атом германия стремится приобрести устойчивую структуру, присущую атомам инертных газов и отличающуюся тем, что на внешней их орбите находится всегда строго определенное число электронов  (например, 2, 8, 18 и т. д.).Таким образом, для приобретения подобной структуры атому германия потребовалось бы принять на внешнюю орбиту еще четыре электрона.
  

• 6 слайд

  Собственная
  (электронно-дырочная) электрическая проводимость.
  

• 7 слайд

  Т
  ρ
  ρ0
  •
  При повышении температуры некоторая часть валентных электронов может получить энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей. Тогда в кристалле возникнут свободные электроны (электроны проводимости). Одновременно в местах разрыва связей образуются вакансии, которые не заняты электронами. Эти вакансии получили название дырок.
  ρмет = f(Т)
  ρполуп = f(Т)
  Повысим температуру полупроводника.
  Валентные электроны в кристалле германия связаны с атомами гораздо сильнее, чем в металлах; поэтому концентрация электронов проводимости при комнатной температуре в полупроводниках на много порядков меньше, чем у металлов. Вблизи абсолютного нуля температуры в кристалле германия все электроны заняты в образовании связей. Такой кристалл электрического тока не проводит.
  При увеличении температуры полупроводника в единицу времени образуется большее количество электронно-дырочных пар.
  ?
  Зависимость удельного сопротивления ρ металла от абсолютной температуры T
  Собственная электрическая проводимость
  

• 8 слайд

  Вещества, удельное сопротивление которых убывает с повышением температуры, называются полупроводниками
  Полупроводниками являются химические элементы кремний (Si), германий (Ge), селен (Se), Теллур (Те) и некоторые химические соединения.
  При низких температурах чистые полупроводники не проводят электрического тока, т.к. в них нет свободных зарядов. Кремний и германий имеют на внешней электронной оболочке по 4 электрона. В кристалле каждый из этих электронов принадлежит двум соседним атомам, образуя ковалентную связь. Эти электроны участвуют в тепловом движении, но остаются на своих местах в кристалле.
  

• 9 слайд

• 10 слайд

  Когда электрон уходит со своего места в кристалле, он становится свободной частицей и движется в кристалле хаотически. Оставленное электроном место называют «дыркой». На место дырки приходит валентный электрон, расположенный поблизости, при этом образуется новая дырка. На место этой новой дырки также приходит электрон, и т.д. Таким образом, дырка перемещается по кристаллу полупроводника также хаотически.
  При приложении к кристаллу внешнего электрического поля движение свободных электронов и дырок происходит под его воздействием: электроны движутся к плюсу, а дырки – к минусу. При этом дырка ведёт себя как частица, заряженная положительно.
  

• 11 слайд

  Количество электронов и дырок в чистом полупроводнике невелико, и поэтому ток в нём очень слабый. Для увеличения количества свободных заряженных частиц в полупроводник внедряются примеси. При этом используется технология, позволяющая атомам примеси замещать атомы кремния или германия в кристаллической решётке.
  Для увеличения количества свободных электро- нов к полупроводнику подмешивают некоторое количество пятивалентного элемента – мышьяка (As). При этом 4 валентных электрона атома мышьяка заполняют ковалентные связи, а пятый электрон остаётся свободным. При наличии электрического поля он перемещается в сторону плюса. Если атомов примеси достаточно, то в кристалле протекает значительный ток.
  

• 12 слайд

  Электронная проводимость возникает, когда в кристалл германия с четырехвалентными атомами введены пятивалентные атомы (например, атомы мышьяка, As).
  

• 13 слайд

  Примесь, которая образует свободные элект-роны, называется донорной, а полупроводник с такой примесью называется полупроводником n-типа (от слова negative – отрицательный).
  Для получения полупроводника с дырочной проводимостью в него внедряют элемент с тремя электронами на внешней оболочке, например, индий (In), электроны которого могут заполнить только 3 ковалентные связи из 4. В результате около атома индия образуется дырка, а в полупроводнике – дырочная проводимость. Такая примесь называется акцепторной, а полупроводник – p-типа (от слова positive – положительный).
  
  

• 14 слайд

  Электронно-дырочный переход
  

• 15 слайд

  Полупроводник с избыточными электронами проводимости называют полупроводником n-типа, с избыточными дырками полупроводником р-типа.
  
  
  

• 16 слайд

  Электрическая проводимость р-типа определяется дырками, поэтому их называют здесь основными носителями заряда, а электроны проводимости - не основными. В полупроводнике n-типа - наоборот.
  

• 17 слайд

• 18 слайд

• 19 слайд

  Способность n–p-перехода пропускать ток практически только в одном направлении используется в приборах, которые называются полупроводниковыми диодами. Полупроводниковые диоды изготавливают из кристаллов кремния или германия. При их изготовлении в кристалл c каким-либо типом проводимости вплавляют примесь, обеспечивающую другой тип проводимости.
  Изображают полупроводниковые диоды на электрических схемах в виде треугольника и отрезка, проведенного через одну из его вершин параллельно противолежащей стороне. В зависимости от назначения диода его обозначение может содержать дополнительные символы. В любом случае острая вершина треугольника указывает на направление протекания прямого тока через диод. Треугольник соответствует р-области и называется иногда анодом, или эмиттером, а прямолинейный отрезок — n-области и называется катодом, или базой.
  База Б
  Эмиттер Э
  

• 20 слайд

  Вольт - амперная характеристика полупроводникового диода
  

• 21 слайд

  Прямой ток
  Обратный ток
  Пробой
  U, В
  I, мA
  Объясняется это тем, что электроны приобретают большую скорость и, ударяясь об атомы, выбивают их них электроны. Если напряжение не увеличивать, диод останется исправным. Если же продолжать увеличивать напряжение, то электрический пробой переходит в тепловой пробой. Это значит, что диод нагревается, и ток резко увеличивается за счет выхода электронов из своих атомов при повышении температуры. Тепловой пробой разрушает полупроводник, диод неисправен.
  Обратный ток очень мал и почти не зависит от величины обратного напряжения, т. к. он образован дрейфовым током (не основными носителями зарядов). Но при определенном напряжении обратный ток резко возрастает. Это явление называется электрическим пробоем.
  

• 22 слайд

  Переменный ток
  Рассмотрим понятие «переменный ток» на самом простом уровне.
  Переме́нный ток - электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению.
  Чем быстрее вращается рамка, тем больше частота переменного тока.
  В электроэнергетических системах России и большинства стран мира принята стандартная частота f = 50 Гц, в США 60 Гц . В технике связи применяются переменный ток высокой частоты (от 100 кГц до 30 ГГц). Для специальных целей в промышленности, медицине и др. отраслях науки и техники используют переменный ток самых различных частот.
  I
  I
  t
  t
  T
  Синусоидальный характер
  Т – период переменного тока. Это наименьший промежуток времени (выраженный в секундах), через который изменения силы тока (и напряжения) повторяются
  

• 23 слайд

  Выпрямление переменного тока
  

• 24 слайд

  +
  -
  ~
  Rн
  I
  I
  t
  t
  T/2
  Переменный ток
  Получение однополупериодного пульсирующего тока
  

• 25 слайд

  Выпрямление переменного
  тока диодом
  

• 26 слайд

  Итог урока.
  
  1.Выяснили основные свойства полупроводников.
  2.Узнали о механизме собственной и примесной проводимости полупроводника.
  3.Устройство п\п диода.
  4.Выяснили вид ВАХ п\п диода.
  5.Выпрямление переменного тока с помощью п\п диода.
  

• 27 слайд

  Задание на дом
  
  Выписать виды полупроводниковых диодов и их условное обозначение.
  
  Какие основные параметры имеют полупроводниковые диоды.
  
  Имеется электрическая цепь, в которую входят четыре последовательно соединенных элемента – две лампочки а и б и два выключателя А и Б. Расположите диоды так, чтобы каждый выключатель зажигает только одну, только “свою” лампочку.