Тема заняття: Напівпровідниковий діод та його застосування.

Мета: Сформувати поняття учнів про напівпровідниковий діод та його застосування, розвивати дослідницькі навички при вивченні принципу роботи діода; виховувати уважність, посидючість.

Тип заняття: ННЗ

Обладнання, матеріали, інструменти: плакат, роздатковий матеріал, зразки

                                                             Хід заняття:

І.Організація класу.

ІІ. Вступний етап:   

1.Актуалізація чуттєвого досвіду і опорних знань

1. Що називається датчиком?  Які типи датчиків ви знаєте?

2. Що таке виконавчий механізм?

3. Що називається індикатором? Які типи індикаторів ви знаєте?

2.Мотивація навчальної діяльності учнів.

Електричний провід (метал) проводить електричну енергію, пластмаса не проводить електричну енергію. А чи є матеріал який може пропускати електричну енергію в одну сторону, а в іншу не пропускати. От про це ви дізнаєтесь  сьогодні

    3. Повідомлення теми, мети та завдань заняття.

ІІІ. Основна частина:

     1. Вивчення нового матеріалу.

1.1. Напівпровідниковий діод та його застосування

Прийнято вважати, що напівпровідники посідають проміжне місце між діелектриками і провідниками. За низьких температур вони майже не проводять електричний струм. Під час підвищення температури опір напівпровідників значно зменшується (на відміну від металів), що вказує на зростання в них кількості вільних носіїв заряду.

З курсу фізики ти знаєш про електропровідність напівпровідників. Коротко пригадаємо це.

За низьких температур, наприклад, у кремнію (силіцію), всі електрони атомів утворюють парноелектронні зв'язки, а тому вільних електронів немає. З підвищенням температури деякі зв'язки розриваються і електрони стають вільними (подібно до електронів металу). При розриві зв'язку утворюється вільне місце, у якому не вистачає електрона. Його називають діркою. Дірку може зайняти інший електрон, перескочивши з іншого зв'язку. При цьому складається враження, ніби дірка (у якій зосереджено позитивний заряд) переміщується по напівпровіднику. За наявності електричного поля має місце упорядкований рух носіїв заряду - електронів і дірок. Електропровідність напівпровідників при цьому називається власною. Вона збільшується за підвищення температури. Проте власна провідність незначна, оскільки вільних електронів за цих умов все ж мало. її можна значно збільшити, ввівши у напівпровідник певні домішки. При цьому одні домішки збільшують кількість електронів у напівпровіднику (напівпровідники п-типу), інші - дірок (напівпровідники р-типу). Як зазначені домішки можуть бути відповідно фосфор та індій.

Приведемо у зіткнення (наприклад, шляхом сплавляння) напівпровідник гі-типу з напівпровідником р-типу. В результаті теплового руху частина електронів із напівпровідника п-типу перейдуть у напівпровідник р-типу, а дірки - у зворотному напрямку. Електрони з напівпровідника п-типу займуть місця дірок у напівпровіднику р-типу, тому на межі поділу напівпровідників різного типу утвориться подвійний електричний шар. Його електричне поле перешкоджатиме подальшому переходу електронів у р-область й дірок в п-область, що призведе до значного збіднення на носії заряду частин напівпровідника поблизу контакту. Опір цієї частини значно зросте.

Шар підвищеного опору на межі поділу напівпровідників п-типу й р-типу називається р-п-переходом (або електрон-но-дірковим переходом). Встановимо його особливості.

Уявимо, що напівпровідник п-типу приєднаний до негативного полюса джерела напруги, а напівпровідник р-типу - до позитивного. Під дією електричного поля електрони й дірки рухатимуться назустріч одні одним до р-п-переходу. В результаті цього концентрація носіїв в р-п-переході різко збільшується. При цьому його опір зменшиться й через перехід піде електричний струм. Розглянутий напрям включення р-п-переходу називається пропускним або прямим.

Якщо полярність вмикання переходу змінити на протилежний, то його опір значно зросте, оскільки вільні носії заряду під дією зовнішнього електричного поля рухатимуться від переходу. Цей напрям включення р-п-переходу в електричне коло називають запірним: електричний струм через перехід буде практично відсутній.

Напівпровідниковий прилад, який має два виводи й містить один р-п-перехід називається напівпровідниковим діодом.

Як ти переконався, такий прилад добре пропускатиме струм в одному напрямі (пропускному) і практично не пропускатиме його у протилежному (запірному) напрямі. Однобічну провідність р-п-переходу діода покладено в основу побудови напівпровідникових випрямлячів.

Принцип побудови напівпровідникового діода наступний. На пластинку з монокристалу германію (або кремнію) зверху кладуть шматочок індію. Як вже зазначалося вище, така домішка до напівпровідника створить у ньому провідність р-типу (діркову). Після нагрівання до 450 - 500 °С германій та індій сплавляються. В результаті дифузії атомів індію в глибину монокристалу германію його тонкий шар збагачується індієм. Цей шар вже матиме провідність р-типу. Вся інша частина зразка германію матиме, як і раніше, провідність п-типу. Шар з провідністю р-типу у місці контакту з германієм утворюють р-п-перехід. До зразків індію і германію припаюють два виводи - контакти з металу, що не піддається окисленню. Щоб запобігти шкідливому впливу повітря й світла відповідний кристал поміщають у металевий корпус.

Для виготовлення діодів використовують переважно германій і кремній, рідше - арсенід галію.

Напівпровідникові діоди бувають: за типом напівпровідника -найпоширеніші германієві і кремнієві; за конструкцією — точкові і площинні; за технологією виробництва - сплавні, зварні, дифузійні; за умовами застосування — універсальні, високочастотні, імпульсні, випрямні, змішувальні, модуляційні, перемикаючі, тунельні, фотодіоди, світлодіоди, магнітодіоди та ін. Існує також клас спеціальних діодів.

Напівпровідникові діоди мають унікальні параметри і характеристики: малі габаритні розміри і маса, високий ККД (понад 99%), відсутність джерела розжарювання електронів, практично необмежений термін служби, висока надійність. Останнє зумовило надзвичайно широку сферу їх застосування. Практично важко назвати той чи інший вузол електронної апаратури, в якому не використовувалися б напівпровідникові діоди. Вони практично повністю витіснили вакуумні діоди як випрямлячі змінного струму. До речі, саме за аналогією функцій напівпровідникові діоди названі діодами. Нині напівпровідникові діоди з успіхом забезпечують постійним електроживленням переважну більшість сучасних електронних схем.

Значного поширення в техніці, автоматичних пристроях, побуті й народному господарстві набули фотодіоди, світлодіоди та інші типи діодів.Немає сумніву, що напівпровідникові діоди й у майбутньому матимуть першочергове значення, безперервно вдосконалюючись й оновлюючись.

У техніці напівпровідникові діоди прийнято називати вентилями.

    2. Первинне закріплення ( осмислення та встановлення об’єктивних зв’язків і залежностей в новому матеріалі):

1. Які матеріали називають напівпровідниками?

2. Що таке р-п-перехід?

3. Що називається напівпровідниковим діодом? За якими ознаками класифікуються діоди?

    ІV. Заключний інструктаж:

• підбиття підсумків уроку;
• аналіз порушень трудової дисципліни;
• мотивація виставлених оцінок. 

      V. Повідомлення теми та мети наступного заняття.

      VІ. Домашнє завдання: 22

      VІІ. Прибирання робочих місць, прибирання майстерні.