Сельское хозяйство

Урок физики на тему "Полупроводники. Электрический ток через контакт полупроводников p-n типов. Полупроводниковый диод. Транзисторы". Выпрямительные диоды Презентация диоды

Материал презентации может быть использован, как ввовное занятие на уроках физики, информатики или электротехники для объяснения работы полупроводников. Рассмотрена классификация веществ по типу проводимости. Дается объяснение собственной и примесной проводимости. Объяснена работа p-n - перехода. Диод и его свойства. Кратко дается понятие о транзисторах.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Презентация по теме: «Полупроводники» Преподаватель: Виноградова Л.О.

Классификация веществ по проводимости Собственная проводимость полупроводников Примесная проводимость полупроводников p – n переход и его свойства Полупроводниковый диод и его применение Транзисторы Электрический ток в различных средах Электрический ток в полупроводниках

Классификация веществ по проводимости Разные вещества имеют различные электрические свойства, однако по электрической проводимости их можно разделить на 3 основные группы: Электрические свойства веществ Проводники Полупроводники Диэлектрики Хорошо проводят электрический ток К ним относятся металлы, электролиты, плазма … Наиболее используемые проводники – Au , Ag, Cu, Al, Fe … Практически не проводят электрический ток К ним относятся пластмассы, резина, стекло, фарфор, сухое дерево, бумага … Занимают по проводимости промежуточное положение между проводниками и диэлектриками Si, Ge , Se, In, As

Классификация веществ по проводимости Вспомним, что проводимость веществ обусловлена наличием в них свободных заряженных частиц Например, в металлах это свободные электроны - - - - - - - - - - К содержанию

Собственная проводимость полупроводников Рассмотрим проводимость полупроводников на основе кремния Si Si Si Si Si Si - - - - - - - - Кремний – 4 валентный химический элемент. Каждый атом имеет во внешнем электронном слое по 4 электрона, которые используются для образования парноэлектронных (ковалентных) связей с 4 соседними атомами При обычных условиях (невысоких температурах) в полупроводниках отсутствуют свободные заряженные частицы, поэтому полупроводник не проводит электрический ток

Собственная проводимость полупроводников Рассмотрим изменения в полупроводнике при увеличении температуры Si Si Si Si Si - - - - - - + свободный электрон дырка + + При увеличении температуры энергия электронов увеличивается и некоторые из них покидают связи, становясь свободными электронами. На их месте остаются некомпенсированные электрические заряды (виртуальные заряженные частицы), называемые дырками Под воздействием электрического поля электроны и дырки начинают упорядоченное (встречное) движение, образуя электрический ток - -

Собственная проводимость полупроводников Таким образом, электрический ток в полупроводниках представляет собой упорядоченное движение свободных электронов и положительных виртуальных частиц - дырок При увеличении температуры растет число свободных носителей заряда, проводимость полупроводников растет, сопротивление уменьшается R (Ом) t (0 C) R 0 металл полупроводник К содержанию

Собственная проводимость полупроводников явно недостаточна для технического применения полупроводников Поэтому для увеличение проводимости в чистые полупроводники внедряют примеси (легируют) , которые бывают донорные и акцепторные Донорные примеси Si Si As Si Si - - - - - - - При легировании 4 – валентного кремния Si 5 – валентным мышьяком As , один из 5 электронов мышьяка становится свободным Таким образом изменяя концентрацию мышьяка, можно в широких пределах изменять проводимость кремния Такой полупроводник называется полупроводником n – типа, основными носителями заряда являются электроны, а примесь мышьяка, дающая свободные электроны, называется донорной Примесная проводимость полупроводников - -

Примесная проводимость полупроводников Акцепторные примеси Если кремний легировать трехвалентным индием, то для образования связей с кремнием у индия не хватает одного электрона, т.е. образуется дырка Si Si In Si Si - - - - - + Изменяя концентрацию индия, можно в широких пределах изменять проводимость кремния, создавая полупроводник с заданными электрическими свойствами Такой полупроводник называется полупроводником p – типа, основными носителями заряда являются дырки, а примесь индия, дающая дырки, называется акцепторной - -

Примесная проводимость полупроводников Итак, существует 2 типа полупроводников, имеющих большое практическое применение: р - типа n - типа Основные носители заряда - дырки Основные носители заряда - электроны + - Помимо основных носителей в полупроводнике существует очень малое число неосновных носителей заряда (в полупроводнике p – типа это электроны, а в полупроводнике n – типа это дырки), количество которых растет при увеличении температуры К содержанию

p – n переход и его свойства Рассмотрим электрический контакт двух полупроводников p и n типа, называемый p – n переходом + _ 1. Прямое включение + + + + - - - - Ток через p – n переход осуществляется основными носителями заряда (дырки двигаются вправо, электроны – влево) Сопротивление перехода мало, ток велик. Такое включение называется прямым, в прямом направлении p – n переход хорошо проводит электрический ток р n

p – n переход и его свойства + _ 2. Обратное включение + + + + - - - - Основные носители заряда не проходят через p – n переход Сопротивление перехода велико, ток практически отсутствует Такое включение называется обратным, в обратном направлении p – n переход практически не проводит электрический ток р n Запирающий слой К содержанию

Полупроводниковый диод и его применение Полупроводниковый диод – это p – n переход, заключенный в корпус Обозначение полупроводникового диода на схемах Вольт – амперная характеристика полупроводникового диода (ВАХ) I (A) U (В) Основное свойство p – n перехода заключается в его односторонней проводимости

Полупроводниковый диод и его применение Применение полупроводниковых диодов Выпрямление переменного тока Детектирование электрических сигналов Стабилизация тока и напряжения Передача и прием сигналов Прочие применения

До диода После диода После конденсатора На нагрузке Полупроводниковый диод и его применение Схема однополупериодного выпрямителя

Полупроводниковый диод и его применение Схема двухполупериодного выпрямителя (мостовая) вход выход + - ~

Транзисторы p-n-p канал p- типа n-p-n канал n- типа Условные сокращения: Э - эмиттер, К - коллектор, Б – база. Транзистор был первым полупроводниковым устройством, способным выполнять такие функции вакуумного триода (состоящего из анода, катода и сетки), как усиление и модуляция. Транзисторы вытеснили электронные лампы и произвели революцию в электронной промышленности.

Стабилитроны и стабисторы Стабилитронами и стабисторами называют полупроводниковые приборы, предназначенные для стабилизации напряжения. Работа стабилитрона основана на использовании явления электрического пробоя p-n-перехода при включении диода в обратном направлении. Работа стабисторов основана на использовании слабой зависимости прямой ветви ВАХ диода то тока, протекающего через него. ВАХ стабилитрона в прямом направлении практически не отличается от прямой ветви любого кремниевого диода. Обратная ветвь ее имеет вид линии, проходящей почти параллельно оси токов. Поэтому при изменении в широких пределах тока падение напряжения на приборе практически не изменяется. Это свойство кремниевых диодов позволяет использовать их в качестве стабилизаторов напряжения. УГО стабилитрона.

Основные параметры стабилитрона Основные параметры стабилитрона: номинальное напряжение стабилизации U ст.nom - падение напряжения на диоде при номинальном токе стабилизации I ст.nom ; допустимое отклонение напряжения стабилитрона от номинального значения U ст; минимальный ток стабилизации I ст.min ; максимальный ток стабилизации I ст.max. При превышении начинается тепловой пробой; минимальное напряжение стабилизации U ст.min ; максимальное напряжение стабилизации U ст.max ; дифференциальное сопротивления стабилитрона r д = (U ст.max - U ст.min) / (I ст.max - I ст.min);

Основные параметры стабилитрона температурный коэффициент напряжения стабилизации (TKН) – отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды: TKН = U ст / (U ст.nom *T); максимальная мощность рассеивания P max.

Светодиод Светодиодом называется излучательный полупроводниковый прибор, предназначенный для непосредственного преобразования электрической энергии в световую. При подаче на р–n-переход прямого напряжения наблюдается интенсивная инжекция основных носителей заряда и их рекомбинация, при которой носители заряда исчезают. У многих полупроводников рекомбинация носит безизлучательный характер - энергия, выделяющаяся при рекомбинации, отдается кристаллической решетке и превращается в тепло. Однако у полупроводников, выполненных на основе карбида кремния (SiC), галлия (Ga), мышьяка (As) и некоторых других материалов, рекомбинация является излучательной энергия рекомбинации выделяется в виде квантов излучения фотонов.

Параметры светодиодов Основные параметры: прямое постоянное напряжение U пр при максимально допустимом прямом токе I пр.max ; максимально допустимый прямой ток I пр.max ; яркость свечения В диода при максимально допустимом прямом токе I пр.max ; полная мощность излучения P полн при прямом постоянном токе определенной величины; ширина диаграммы направленности светового излучения.

Характеристики светодиодов Основные характеристики светодиода спектральная и характеристика направленности. Спектральная характеристики определяет зависимость относительной яркости излучения от длины излучаемой волны при определенной температуре. Характеристика направленности определяет значение относительной интенсивности светового излучения в зависимости от направленности излучения.

Фотодиод Фотодиод представляет собой фотогальванический приемник излучения без внутреннего усиления, фоточувствительный элемент которого содержит структуру p-n-перехода. При освещении p-n-перехода фотодиода, включенного в обратном направлении, увеличивается дополнительное число электронов и дырок. Возрастает количество неосновных носителей заряда, которые проходят через переход. Это приводит к увеличению тока в цепи. Режим работы фотодиода с внешним источником питания называется фотодиодным, а без внешнего источника – вентильным. В большинстве случаев диод включают в обратном направлении.

Основные характеристики фотодиода Вольт-амперная характеристика I д = f (U) при Ф = const определяет зависимость тока фотодиода от напряжения на нем при постоянной величине светового потока. При полном затемнении (Ф = 0) через фотодиод протекает темновой ток I тм. С ростом светового потока ток фотодиода увеличивается. Световая характеристика изображает зависимость тока фотодиода от величины светового потока при постоянном напряжении на фотодиоде: I д = f(Ф) при U д = const. В широком диапазоне изменений светового потока световая характеристика фотодиода оказывается линейной. Спектральная характеристика показывает зависимость спектральной чувствительности от длины волны падающего на фотодиод света.

Основные параметры фотодиода Основные параметры фотодиодов: интегральная чувствительность К отношение фототока диода к интенсивности падающего светового потока от стандартного источника (вольфрамовая лампа накаливания с цветовой температурой нити 2854 К); рабочее напряжение U p напряжение, прикладываемое к прибору в фотодиодном режиме. темповой ток I гм ток, протекающий в цепи диода при рабочем напряжении и отсутствии освещения. долговечность Т Д минимальный срок службы при нормальных условиях эксплуатации.

Применение фотодиодов Основные применения: устройства ввода и вывода ЭВМ; фотометрия; контроль источников света; измерение интенсивности освещения, прозрачности среды; автоматическое регулирование и контроль температуры и других параметров, изменение которых сопровождается изменением оптических свойств вещества или среды.

Диод Шотки Диод Шоттки это полупроводниковый диод, выполненный на основе контакта металл - полупроводник. Рассмотрим работу контакта металл - полупроводник. Процессы при таком контакте зависят от работы выхода электронов. то есть от той энергии, которую электрон должен затратить, чтобы выйти из металла или полупроводника. Пусть А м

Диод Шотки Преобладает выход электронов из металла в полупроводник. В слое полупроводника накапливаются основные носители заряда (электроны) и этот слой становится обогащенным. Сопротивление такого слоя мало при любом напряжении питания. Пусть А м > А n. "> А n."> " title="Диод Шотки Преобладает выход электронов из металла в полупроводник. В слое полупроводника накапливаются основные носители заряда (электроны) и этот слой становится обогащенным. Сопротивление такого слоя мало при любом напряжении питания. Пусть А м > "> title="Диод Шотки Преобладает выход электронов из металла в полупроводник. В слое полупроводника накапливаются основные носители заряда (электроны) и этот слой становится обогащенным. Сопротивление такого слоя мало при любом напряжении питания. Пусть А м > ">

Диод Шотки Электроны покидают полупроводник и в приграничном слое образуется область, обедненная основными носителями заряда и поэтому имеющая большое сопротивление. Создается потенциальный барьер, высота которого существенно зависит от полярности проложенного напряжения. Этот переход обладает выпрямляющими свойствами. Этот переход исследовал немецкий ученый Вальтер Шотки и он назван в его честь. Диоды на основе этого перехода имеет следующие преимущества в сравнении с диодами на p-n-переходе: высокое быстродействие, поскольку в металле, куда приходят электроны из полупроводника, отсутствуют процессы накопления и рассасывания зарядов неосновных носителей; малое значение прямого падения напряжения (около 0.2 – 0.4В), что объясняется незначительным сопротивлением контакта металл-полупроводник.

Разделы: Физика , Конкурс «Презентация к уроку»

Презентация к уроку

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Урок в 10-м классе.

Тема: р- и n - типов. Полупроводниковый диод. Транзисторы».

Цели:

образовательные : сформировать представление о свободных носителях электрического заряда в полупроводниках при наличии примесей с точки зрения электронной теории и опираясь на эти знания выяснить физическую сущность p-n-перехода; научить учащихся объяснять работу полупроводниковых приборов, опираясь на знания о физической сущности p-n-перехода;
развивающие : развивать физическое мышление учащихся, умение самостоятельно формулировать выводы, расширять познавательный интерес, познавательную активность;
воспитательные : продолжить формирование научного мировоззрения школьников.

Оборудование: презентация по теме: «Полупроводники. Электрический ток через контакт полупроводников р- и n - типов. Полупроводниковый диод. Транзистор», мультимедийный проектор.

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Изучение нового материала.

Слайд 1.

Слайд 2. Полупроводник – вещество, у которого удельное сопротивление может изменяться в широких пределах и очень быстро убывает с повышением температуры, а это значит, что электрическая проводимость (1/R) увеличивается.

Наблюдается у кремния, германия, селена и у некоторых соединений.

Слайд 3.

Механизм проводимости у полупроводников

Слайд 4.

Кристаллы полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние Слайд 5. электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями.

При низких температурах у чистых полупроводников свободных электронов нет и они ведут себя как диэлектрики.

Полупроводники чистые (без примесей)

Если полупроводник чистый(без примесей), то он обладает собственной проводимостью, которая невелика.

Собственная проводимость бывает двух видов:

Слайд 6. 1) электронная (проводимость "n " – типа)

При низких температурах в полупроводниках все электроны связаны с ядрами и сопротивление большое; при увеличении температуры кинетическая энергия частиц увеличивается, рушатся связи и возникают свободные электроны – сопротивление уменьшается.

Свободные электроны перемещаются противоположно вектору напряженности электрического поля.

Электронная проводимость полупроводников обусловлена наличием свободных электронов.

Слайд 7.

2) дырочная (проводимость " p" – типа)

При увеличении температуры разрушаются ковалентные связи, осуществляемые валентными электронами, между атомами и образуются места с недостающим электроном – "дырка".

Она может перемещаться по всему кристаллу, т.к. ее место может замещаться валентными электронами. Перемещение "дырки" равноценно перемещению положительного заряда.

Перемещение дырки происходит в направлении вектора напряженности электрического поля.

Кроме нагревания, разрыв ковалентных связей и возникновение собственной проводимости полупроводников могут быть вызваны освещением (фотопроводимость) и действием сильных электрических полей. Поэтому полупроводники обладают ещё и дырочной проводимостью.

Общая проводимость чистого полупроводника складывается из проводимостей "p" и "n" -типов и называется электронно-дырочной проводимостью.

Полупроводники при наличии примесей

У таких полупроводников существует собственная + примесная проводимость.

Наличие примесей проводимость сильно увеличивает.

При изменении концентрации примесей изменяется число носителей электрического тока – электронов и дырок.

Возможность управления током лежит в основе широкого применения полупроводников.

Существуют:

Слайд 8. 1) донорные примеси (отдающие) – являются дополнительными поставщиками электронов в кристаллы полупроводника, легко отдают электроны и увеличивают число свободных электронов в полупроводнике.

Слайд 9. Это проводники " n " – типа , т.е. полупроводники с донорными примесями, где основной носитель заряда – электроны, а неосновной – дырки.

Такой полупроводник обладает электронной примесной проводимостью. Например – мышьяк.

Слайд 10. 2) акцепторные примеси (принимающие) – создают "дырки" , забирая в себя электроны.

Это полупроводники " p "- типа , т.е. полупроводники с акцепторными примесями, где основной носитель заряда – дырки, а неосновной – электроны.

Такой полупроводник обладает дырочной примесной проводимостью . Слайд 11. Например – индий. Слайд 12.

Рассмотрим, какие физические процессы происходят при контакте двух полупроводников с различным типом проводимости, или, как говорят, в р-n-переходе.

Слайд 13-16.

Электрические свойства "p-n" перехода

"p-n" переход (или электронно-дырочный переход) – область контакта двух полупроводников, где происходит смена проводимости с электронной на дырочную (или наоборот).

В кристалле полупроводника введением примесей можно создать такие области. В зоне контакта двух полупроводников с различными проводимостями будет проходить взаимная диффузия. электронов и дырок и образуется запирающий электрический слой. Электрическое поле запирающего слоя препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу. Запирающий слой имеет повышенное сопротивление по сравнению с другими областями полупроводника.

Внешнее электрическое поле влияет на сопротивление запирающего слоя.

При прямом (пропускном) направлении внешнего электрического поля электрический ток проходит через границу двух полупроводников.

Т.к. электроны и дырки движутся навстречу друг другу к границе раздела, то электроны, переходя границу, заполняют дырки. Толщина запирающего слоя и его сопротивление непрерывно уменьшаются.

Пропускной режим р-n перехода:

При запирающем (обратном) направлении внешнего электрического поля электрический ток через область контакта двух полупроводников проходить не будет.

Т.к. электроны и дырки перемещаются от границы в противоположные стороны, то запирающий слой утолщается, его сопротивление увеличивается.

Запирающий режим р-n перехода :

Таким образом, электронно-дырочный переход обладает односторонней проводимостью.

Полупроводниковые диоды

Полупроводник с одним "p-n" переходом называется полупроводниковым диодом.

– Ребята, запишите новую тему: «Полупроводниковый диод».
– Какой там ещё идиот?», – с улыбкой переспросил Васечкин.
– Не идиот, а диод! – ответил учитель, – Диод, значит имеющий два электрода, анод и катод. Вам ясно?
– А у Достоевского есть такое произведение – «Идиот», – настаивал Васечкин.
– Да, есть, ну и что? Вы на уроке физики, а не литературы! Прошу больше не путать диод с идиотом!

Слайд 17–21.

При наложении эл.поля в одном направлении сопротивление полупроводника велико, в обратном – сопротивление мало.

Полупроводниковые диоды основные элементы выпрямителей переменного тока.

Слайд 22–25.

Транзисторами называют полупроводниковые приборы, предназначенные для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний.

Полупроводниковые транзисторы – также используются свойства" р-n "переходов, - транзисторы используются в схемотехнике радиоэлектронных приборов.

В большую «семью» полупроводниковых приборов, называемых транзисторами, входят два вида: биполярные и полевые. Первые из них, чтобы как – то отличить их от вторых, часто называют обычными транзисторами. Биполярные транзисторы используются наиболее широко. Именно с них мы пожалуй и начнем. Термин «транзистор» образован из двух английских слов: transfer – преобразователь и resistor – сопротивление. В упрощенном виде биполярный транзистор представляет собой пластину полупроводника с тремя (как в слоеном пироге) чередующимися областями разной электропроводности (рис. 1), которые образуют два р – n перехода. Две крайние области обладают электропроводностью одного типа, средняя – электропроводностью другого типа. У каждой области свой контактный вывод. Если в крайних областях преобладает дырочная электропроводность, а в средней электронная (рис. 1, а), то такой прибор называют транзистором структуры p – n – р. У транзистора структуры n – p – n, наоборот, по краям расположены области с электронной электропроводностью, а между ними – область с дырочной электропроводностью (рис. 1, б).

При подаче на базу транзистора типа n-p-n положительного напряжения он открывается, т. е. сопротивление между эмиттером и коллектором уменьшается, а при подаче отрицательного, наоборот – закрывается и чем сильнее сила тока, тем сильнее он открывается или закрывается. Для транзисторов структуры p-n-p все наоборот.

Основой биполярного транзистора (рис. 1) служит небольшая пластинка германия или кремния, обладающая электронной или дырочной электропроводимостью, то есть n-типа или p-типа. На поверхности обеих сторон пластинки наплавляют шарики примесных элементов. При нагревании до строго определенной температуры происходи диффузия (проникновение) примесных элементов в толщу пластинки полупроводника. В результате в толще пластинки возникают две области, противоположные ей по электропроводимости. Пластинка германия или кремния p-типа и созданные в ней области n-типа образуют транзистор структуры n-p-n (рис. 1,а), а пластинка n-типа и созданные в ней области p-типа - транзистор структуры p-n-p (рис. 1,б).

Независимо от структуры транзистора его пластинку исходного полупроводника называют базой (Б), противоположную ей по электропроводимости область меньшего объема - эмиттером (Э), а другую такую же область большего объема - коллектором (К). Эти три электрода образуют два p-n перехода: между базой и коллектором - коллекторный, а между базой и эмиттером - эмиттерный. Каждый из них по своим электрическим свойствам аналогичен p-n переходам полупроводниковых диодов и открывается при таких же прямых напряжениях на них.

Условные графические обозначения транзисторов разных структур отличаются лишь тем, что стрелка, символизирующая эмиттер и направление тока через эмиттерный переход, у транзистора структуры p-n-p обращена к базе, а у транзистора n-p-n - от базы.

Слайд 26–29.

III. Первичное закрепление.

Какие вещества называются полупроводниками?
Какую проводимость называют электронной?
Какая проводимость наблюдается ещё у полупроводников?
О каких примесях теперь вам известно?
В чем заключается пропускной режим p-n- перехода.
В чем заключается запирающий режим p-n- перехода.
Какие полупроводниковые приборы вам известны?
Где и для чего используют полупроводниковые приборы?

IV. Закрепление изученного

Как меняется удельное сопротивление полупроводников: при нагревании? При освещении?
Будет ли кремний сверхпроводящим, если его охладить до температуры, близкой к абсолютному нулю? (нет, с понижением температуры сопротивление кремния увеличивается).

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

2 слайд

Описание слайда:

Диод- электровакуумные или полупроводниковые приборы, которые пропускают переменный электрический ток только в одном направлении и имеют два контакта для включения в электрическую цепь.

3 слайд

Описание слайда:

Диод имеет два контакта, которые называют анодом и катодом. При включении диода в электрическую цепь ток протекает от анода к катоду. Умение проводить ток только в одну сторону - основное свойство диода. Диоды относятся к классу полупроводников и считаются активными электронным компонентам (резисторы и конденсаторы- пассивными).

4 слайд

Описание слайда:

Односторонняя проводимость диода является его основным свойством. Это свойство и определяет назначение диода: – преобразование высокочастотных модулированных колебаний в токи звуковой частоты (детектирование); – выпрямление переменного тока в постоянный Свойства диода

5 слайд

Описание слайда:

Классификация диодов По исходному полупроводниковому материалу диоды делят на четыре группы: германиевые, кремниевые, из арсенида галлия и фосфида индия. Германиевые диоды используются широко в транзисторных приемниках, так как имеют выше коэффициент передачи, чем кремниевые. Это связано с их большей проводимостью при небольшом напряжении (около 0,1…0,2 В) сигнала высокой частоты на входе детектора и сравнительно малом сопротивлении нагрузки (5…30 кОм). Полупроводниковые диоды

6 слайд

Описание слайда:

По конструктивно-технологическому признаку различают диоды точечные и плоскостные. По назначению полупроводниковые диоды делят на следующие основные группы: выпрямительные, универсальные, импульсные, варикапы, стабилитроны (опорные диоды), стабисторы, туннельные диоды, обращенные диоды, лавинно-пролетные (ЛПД), тиристоры, фотодиоды, светодиоды и оптроны.

7 слайд

Описание слайда:

Диоды характеризуются такими основными электрическими параметрами: – током, проходящим через диод в прямом направлении (прямой ток Іпр); – током, проходящим через диод в обратном направлении (обратный ток Іобр); – наибольшим допустимым выпрямленным ТОКОМ выпр. макс; – наибольшим допустимым прямым током І пр.доп.; – прямым напряжением U n p; – обратным напряжением и об Р; – наибольшим допустимым обратным напряжением и обр.макс – емкостью Сд между выводами диода; – габаритами и диапазоном рабочих температур

8 слайд

Описание слайда:

При подключении диода в цепь должна быть соблюдена правильная полярность. Чтобы было легко определить расположение катода и анода, на корпус или на один из выводов диода наносят специальные метки. Встречаются различные способы маркировки диодов, но чаще всего на сторону корпуса, соответствующую катоду, наносят кольцевую полоску. Если маркировка диода отсутствует, то выводы полупроводниковых диодов можно определить с помощью измерительного прибора - диод пропускает ток только в одну сторону Работа диода

9 слайд

Описание слайда:

Работу диода можно наглядно представить при помощи простого эксперимента. Если к диоду через маломощную лампу накаливания подключить батарею так, чтобы положительный вывод батареи был соединен с анодом, а отрицательный - с катодом диода, то в получившейся электрической цепи потечет ток и лампочка загорится. Максимальная величина этого тока зависит от сопротивления полупроводникового перехода диода и поданного на него постоянного напряжения. Данное состояние диода назвается открытым, ток, текущий через него, - прямым током Iпр, а поданное на него напряжение, из-за которого диод оказался в открытым, - прямым напряжением Uпр. Если выводы диода поменять местами, то лампа не будет светиться, так как диод будет находиться в закрытом состоянии и оказывать току в цепи сильное сопротивление. Стоит отметить, что небольшой ток через полупроводниковый переход диода в обратном направлении все же потечет, но в сравнении с прямым током будет настолько маленьким, что лампочка даже не среагирует. Такой ток называют обратым током Iобр, а напряжение, создающее его,- обратным напряжением Uобр.

10 слайд

Описание слайда:

Маркировка диодов На корпусе диода обычно указывают материал полупроводника, из которого он изготовлен (буква или цифра), тип (буква), назначение или электрические свойства прибора (цифра), букву, соответствующую разновидности прибора, и дату изготовления, а также его условное обозначение. Условное обозначение диода (анод и катод) указывает, как нужно подключать диод на платах устройств. Диод имеет два вывода, один из которых катод (минус), а другой - анод (плюс). Условное графическое изображение на корпусе диода наносится в виде стрелки, указывающей прямое направление, если стрелки нет, то ставится знак «+». На плоских выводах некоторых диодов (например, серии Д2) прямо вьіштамповано условное обозначение диода и его тип. При нанесении цветового кода, цветную метку, точку или полоску наносят ближе к аноду (рис. 2.1). Для некоторых типов диодов используется цветная маркировка в виде точек и полосок (табл. 2.1). Диоды старых типов, в частности точечные, выпускались в стеклянном оформлении и маркировались буквой «Д» с добавлением цифры и буквы, обозначающих подтип прибора. Германиево-индиевые плоскостные диоды имели обозначение «Д7».

11 слайд

Описание слайда:

Система обозначений Система обозначений состоит из четырех элементов. Первый элемент (буква или цифра) указывает исходный полупроводниковый материал, из которого изготовлен диод: Г или 1 - германий* К или 2 - кремний, А или 3 - арсенид галлия, И или 4 - фосфид индия. Второй элемент - буква, показывающая класс или группу диода. Третий элемент - число, определяющее назначение или электрические свойства диода. Четвертый элемент указывает порядковый номер технологической разработки диода и обозначается от А до Я. Например, диод КД202А расшифровывается: К - материал, кремний, Д - диод выпрямительный, 202 - назначение и номер разработки, А - разновидность; 2С920 - кремниевый стабилитрон большой мощности разновидности типа А; АИЗ01Б - фосфид-индиевый туннельный диод переключающей разновидности типа Б. Иногда встречаются диоды, обозначенные по устаревшим системам: ДГ-Ц21, Д7А, Д226Б, Д18. Диоды Д7 отличаются от диодов ДГ-Ц цельнометаллической конструкцией корпуса, вследствие чего они надежнее работают во влажной атмосфере. Германиевые диоды типа ДГ-Ц21…ДГ-Ц27 и близкие к ним по характеристикам диоды Д7А…Д7Ж обычно используют в выпрямителях для питания радиоаппаратуры от сети переменного тока. В условное обозначение диода не всегда входят некоторые технические данные, поэтому их необходимо искать в справочниках по полупроводниковым приборам. Одним из исключений является обозначение для некоторых диодов с буквами КС или цифрой вместо К (например, 2С) - кремниевые стабилитроны и стабисторы. После этих обозначений стоит три цифры, если это первые цифры: 1 или 4, то взяв последние две цифры и разделив их на 10 получим напряжение стабилизации Uст. Например, КС107А - стабистор, Uст = 0,7 В, 2С133А - стабилитрон, Uст = 3,3 В. Если первая цифра 2 или 5, то последние две цифры показывают Uст, например, КС 213Б - Uст = 13 В, 2С 291А - 0Uст = 91 В, если цифра 6, то к последним двум цифрам нужно прибавить 100 В, например, КС 680А – Uст = 180 В.

12 слайд

Описание слайда:

Структурная схема полупроводникового диода с р - n-переходом: 1 - кристалл; 2 - выводы (токоподводы); 3 - электроды (омические контакты); 4 - плоскость р - n-перехода. Типичная вольтамперная характеристика полупроводникового диода с р - n-переходом: U - напряжение на диоде; I - ток через диод; U*oбр и I*oбр - максимальное допустимое обратное напряжение и соответствующий обратный ток; Ucт - напряжение стабилизации.

13 слайд

Описание слайда:

Малосигнальная (для низких уровней сигнала) эквивалентная схема полупроводникового диода с р - n-переходом: rp-n - нелинейное сопротивление р - n-перехода; rб - сопротивление объёма полупроводника (базы диода); ryт - сопротивление поверхностных утечек; СБ - барьерная ёмкость р - n-перехода; Сдиф - диффузионная ёмкость, обусловленная накоплением подвижных зарядов в базе при прямом напряжении; Ск - ёмкость корпуса; Lк - индуктивность токоподводов; А и Б - выводы. Сплошной линией показано подключение элементов, относящихся к собственно р - n-переходу. Вольтамперные характеристики туннельного (1) и обращенного (2) диодов: U - напряжение на диоде; I - ток через диод

14 слайд

Описание слайда:

Полупроводниковые диоды (внешний вид): 1 - выпрямительный диод; 2 - фотодиод; 3 - СВЧ диод; 4 и 5 - диодные матрицы; 6 - импульсный диод. Корпуса диодов: 1 и 2 - металло-стеклянные; 3 и 4 - металло-керамические; 5 - пластмассовый; 6 - стеклянный

15 слайд

Описание слайда:

Диод Шоттки Диоды Шоттки имеют очень малое падение напряжения и обладают повышенным быстродействием по сравнению с обычными диодами. Стабилитрон /диод Зенера/ Стабилитрон препятствует превышению напряжения выше определённого порога на конкретном участке схемы. Может выполнять как защитные так и ограничительные функции, работают они только в цепях постоянного тока. При подключении следует соблюдать полярность. Однотипные стабилитроны можно соединять последовательно для повышения стабилизируемого напряжения или образования делителя напряжений. Варикап Варикап (по другому емкостной диод) меняет своё сопротивление в зависимости от поданного на него напряжения. Применяется как управляемый конденсатор переменной емкости, например, для настройки высокочастотных колебательных контуров.

16 слайд

Описание слайда:

Тиристор Тиристор имеет два устойчивых состояния: 1) закрытое, то есть состояние низкой проводимости, 2) открытое, то есть состояние высокой проводимости. Другими словами он способен под действием сигнала переходить из закрытого состояния в открытое. Тиристор имеет три вывода, кроме Анода и Катода еще и управляющий электрод - используется для перевода тиристора во включенное состояние. Современные импортные тиристоры выпускаются и в корпусах ТО-220 и ТО-92Тиристоры часто используются в схемах для регулировки мощностей, для плавного пуска двигателей или включения лампочек. Тиристоры позволяют управлять большими токами. У некоторых типов тиристоров максимальный прямой ток достигает 5000 А и более, а значение напряжений в закрытом состоянии до 5 кВ. Мощные силовые тиристоры вида Т143(500-16) применяются в шкафах управления эл.двигателями, частотниках

Описание слайда:

Инфракрасный диод Инфракрасные светодиоды (сокращенно ИК диоды) излучают свет в инфракрасном диапазоне. Области применения инфракрасных светодиодов это оптические контрольно-измерительные приборы, устройства дистанционного управления, оптронные коммутационные устройства, беспроводные линии связи. Ик диоды обозначаются так же как и светодиоды. Инфракрасные диоды излучают свет вне видимого диапазона, свечение ИК диода можно увидеть и посмотреть например через камеру сотового телефона, данные диоды так же применяют в камерах видеонаблюдения, особенно на уличных камерах чтобы в темное время суток была видна картинка. Фотодиод Фотодиод преобразует свет попавший на его фоточувствительную область, в электрический ток, находит применение в преобразовании света в электрический сигнал.

стабилитрона
7

Стабилизатор напряжения на основе стабилитрона и ВАХ стабилитронов 1-КС133А, 2-КС156А,3-КС182Ж, 4-КС212Ж

Стабилизатор напряжения на основе
стабилитрона и ВАХ стабилитронов 1-КС133А, 2КС156А,3-КС182Ж, 4-КС212Ж
Степанов Константин Сергеевич

Вольтамперные характеристики
1- КС133А, 2-КС156А, 3-КС182Ж, 4-КС212Ж
9
Степанов Константин Сергеевич

Варикап: обозначение и его вах
Максимальная емкость варикапа
составляет 5-300 пФ
10
Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

ПРИМЕНЕНИЕ ДИОДОВ

В электротехнике:
1) выпрямительные устройства,
2) защитные устройства.
Степанов Константин Сергеевич

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Степанов Константин Сергеевич

Работа однополупериодного выпрямителя

Напряжение на выходе выпрямителя

u (t) = u (t) - u (t),
В виде среднего значения –
U = Um/π,

нагр
входа
нагр
Степанов Константин Сергеевич
диода

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Однофазный двухполупериодный выпрямитель
со средней точкой
Степанов Константин Сергеевич

Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Степанов Константин Сергеевич

Работа двухполупериодного выпрямителя

также определяется по второму закону
Кирхгофа:
В виде мгновенного значения –
u (t)= u (t) - u (t),
В виде действующего значения –
U = 2Um/π
нагр
входа
нагр
Степанов Константин Сергеевич
диода

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Степанов Константин Сергеевич

Однофазный мостовой выпрямитель

Степанов Константин Сергеевич

Работа двухполупериодного мостового выпрямителя

В этой схеме напряжение на выходе
определяется по второму закону Кирхгофа:
В виде мгновенного значения –
u (t)= u (t) - 2u (t),
В виде действующего значения –
U = 2Um/π,
при игнорировании падения напряжения на
диодах в виду их малой величины.
нагр
входа
нагр
Степанов Константин Сергеевич
диода

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Степанов Константин Сергеевич

Частота пульсаций
f1п = 3 fс
Степанов Константин Сергеевич

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Степанов Константин Сергеевич

Трехфазная мостовая схема управления

Постоянная составляющая в этой схеме
достаточно велика
m
, тогда Ud 0 =0,955Uл m ,
U 2 U Sin
d0
2
m
где: U2 – действующее значение линейного
напряжения на входе выпрямителя,
m – число фаз выпрямителя.
Uл m - амплитудное значение линейного
напряжения
Амплитуды пульсаций гармоник – малы,
а частота пульсаций их велика
Um1 = 0,055Uл m (частота f1п = 6 fс)
Um2 = 0,013Uл m (частота f2п = 12 fс)
Степанов Константин Сергеевич

СЕТЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ

Емкостные (С – фильтры)
Индуктивные (L – фильтры)
LC - фильтры
Степанов Константин Сергеевич

Емкостной (С – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

Емкостной (С – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

Емкостной (С – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

Индуктивный (L – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

Индуктивный (L – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

Биполярные транзисторы
Биполярным транзистором
называется полупроводниковый
прибор с двумя p-n-переходами.
Он имеет трехслойную структуру
n-p-n или p-n-p-типа
33
Степанов Константин Сергеевич

Структура и обозначение
биполярного транзистора
34
Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Структура биполярного транзистора

Степанов Константин Сергеевич

Режимы работы транзистора
Различают следующие режимы транзистора:
1)режим отсечки токов (режим закрытого
транзистора), когда оба перехода смещены в
обратном направлении (закрыты); 2)режим
насыщения (режим открытого транзистора) ,
когда оба перехода смещены в прямом
направлении, токи в транзисторах максимальны и
не зависят от его параметров: 3)активный режим,
когда эмиттерный переход смещен в прямом
направлении, коллекторный - в обратном.
37
Степанов Константин Сергеевич

Схема с общей базой

Степанов Константин Сергеевич

Схема с общей базой и её ВАХ
39
Степанов Константин Сергеевич

Схема с общим эмиттером (ОЭ)

Степанов Константин Сергеевич

Схема с общим коллектором (ОК)

Степанов Константин Сергеевич

Схема с ОЭ(а), её ВАХ и схема с ОК(б)

Степанов Константин Сергеевич

Характеристики и эквивалентные схемы транзисторов

Степанов Константин Сергеевич

Схема с общим эмиттером

Степанов Константин Сергеевич

Осциллограммы на входе и выходе усилителя с ОЭ

Степанов Константин Сергеевич

Схема с общим эмиттером

Степанов Константин Сергеевич

Тиристоры

Многослойные структуры с тремя p-nпереходами называют тиристорами.
Тиристоры с двумя выводами
(двухэлектродные) называются
динисторами,
с тремя (трехэлектродные) -
тринисторами.
Степанов Константин Сергеевич

Свойства тиристоров

Основным свойством является
способность находиться в двух
состояниях устойчивого равновесия:
максимально открытом, и
максимально закрытом.
Степанов Константин Сергеевич

Свойства тиристоров

Включать тиристоры можно
импульсами малой мощности по цепи
управления.
Выключать – сменой полярности
напряжения силовой цепи или
уменьшением анодного тока до
значения ниже тока удержания.
Степанов Константин Сергеевич

Применение тиристоров

По этой причине тиристоры относят к
классу переключающих
полупроводниковых приборов, главным
применением которых является
бесконтактная коммутация
электрических цепей.
Степанов Константин Сергеевич

Структура, обозначение и ВАХ динистора.

Степанов Константин Сергеевич

При прямом включении динистора источник
питания En смещает p-n-переходы П1 и П3 в
прямом направлении, а П2 - в обратном,
динистор находится в закрытом состоянии и
все приложенное к нему напряжение падает
на переходе П2. Ток прибора определяется
током утечки Iут, значение которого
находится в пределах от сотых долей
микроампера до нескольких микроампер
(участок ОА). Дифференциальное
u
сопротивление динистора Rдиф = l на участке
ОА положительно и достаточно велико. Его
значение может достигать нескольких сотен
мегаом. На участке АБ Rдиф <0 Условное
обозначение динистора показано на рис.б.
Степанов Константин Сергеевич

Структура тиристора

Степанов Константин Сергеевич

Обозначение тиристора

Степанов Константин Сергеевич

Условия включения тиристора

1. Прямое напряжение на тиристоре
(анод + , катод -).
2. Импульс управления, открывающий
тиристор, должен быть достаточной
мощности.
3. Сопротивление нагрузки должно
быть меньше критического
(Rкр = Uмакс/Iуд).
Степанов Константин Сергеевич

Полевые транзисторы
60
Степанов Константин Сергеевич

Полевые (униполярные) транзисторы

Степанов Константин Сергеевич

Полевой транзистор с изолированным затвором

Степанов Константин Сергеевич

ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ Подготовлено Степановым К.С.

Степанов Константин Сергеевич

ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ

Воздействие причины на следствие,
вызвавшее эту причину, называется
обратной связью.
Обратная связь, усиливающая

положительной (ПОС).
Обратная связь, ослабляющая
воздействие следствия, называется
отрицательной (ООС).
Степанов Константин Сергеевич

ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ структурная схема ОС

Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

Коэффициент передачи усилителя в
U вых
направлении стрелки
K
U вх
Коэффициент передачи обратной
связи в направлении стрелки
U ос
U вых
Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

β показывает какая часть выходного
напряжения передаётся на вход.
Обычно
1
U вх U вх U ос U вх U вых
U вых KU вх K (U вх U вых)
Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

Следовательно
Тогда
K
K
1 K
U вых
K
K KK
U вх
U ос
U вых Z н
K
1
Zн
K
1 K
Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

Входное сопротивление
Так как в схеме
Тогда
Z вх (1 K) Z вх
U ос (I вых I вх)
U вх U вх (I вых I вх)
Z вх Z вх (1 K I)
Z вых (1 K в)
Z вых
Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

Где KI - коэффициент усиления тока. Он
должен быть меньше нуля, т.е. усилитель
должен быть инвертирующий.
K в Zвх * Kв /(Rг Zвх)
При ООС K в <0
Применяется тогда, когда нужно иметь
большое Zвых. Тогда такой усилитель
эквивалентен генератору тока. При
глубокой ООС справедливо
>>Zвых
Z вых
Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по напряжению

Последовательная ОС
напряжению
по
Увеличивает входное и уменьшает
выходное сопротивление
Z вых
Z вых
1 K в
Z вх
Rг Z вх
где Кв – коэффициент передачи
усилителя в режиме холостого хода
Эмиттерный повторитель – яркий
пример Последовательной ООС по
напряжению
Степанов Константин Сергеевич

Параллельная ООС по току

Параллельная
Степанов Константин Сергеевич
ООС по току

Параллельная ООС понапряжению

Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Подготовлено Степановым К.С.

Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Логические элементы - устройства,
предназначенные для обработки
информации в цифровой форме
(последовательности сигналов высокого -
«1» и низкого - «0» уровней в двоичной
логике, последовательность "0", "1" и "2" в
троичной логике, последовательности "0",
"1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8"и "9" в
Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Физически, логические элементы
могут быть выполнены
механическими,
электромеханическими (на
электромагнитных реле),
электронными (на диодах и
транзисторах), пневматическими,
гидравлическими, оптическими и др.
Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

После доказательства в 1946 г. теоремы
Джона фон Неймана о экономичности
показательных позиционных систем
счисления стало известно о
преимуществах двоичной и троичной
систем счисления по сравнению с
десятичной системой счисления.
Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Двоичность и троичность позволяет
значительно сократить количество
операций и элементов, выполняющих
эту обработку, по сравнению с
десятичными логическими элементами.
Логические элементы выполняют
логическую функцию (операцию) с
входными сигналами (операндами,
данными).
Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Логические операции с одним
операндом называются унарными, с
двумя - бинарными, с тремя -
тернарными (триарными,
тринарными) и т. д.
Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Из возможных унарных операций с
унарным выходом интерес для
реализации представляют операции
отрицания и повторения, причём,
операция отрицания имеет большую
значимость, чем операция повторения, Степанов Константин СергеевичA Мнемоническое правило Для эквивалентности с любым

На выходе будет:

действует четное количество «1»,

действует нечетное количество «1»,
Степанов Константин Сергеевич

Сложение по модулю 2 (2Исключающее_ИЛИ, неравнозначность). Инверсия равнозначности.

A
Степанов Константин Сергеевич
0
0
1
1
B
0
1
0
1
f(AB)
0
1
1
0

Мнемоническое правило

Для суммы по модулю 2 с любым
количеством входов звучит так:
На выходе будет:
"1" тогда и только тогда, когда на входа
действует нечётное количество «1»,
"0" тогда и только тогда, когда на входа
действует чётное количество «1»,
Степанов Константин Сергеевич

Благодарю за внимание
Степанов Константин Сергеевич