Тема урока. Электрический ток в полупроводниках. Термисторы

  

Тип Урока: Комбинированный. Цель Урока: Пояснить Природу Возникновения Тока В Полупроводниках, Показать Практическое Применение Полупроводников. Оборудование: Термистор, Аккумулятор, Гальванометр, Спиртовка, Фоторезистор. План урока

Этапы Время Приемы и методы
I. Контроль и коррекция знаний и умений учащихся 15 мин Самостоятельная работа учащихся; записи в тетрадях
П. Изучение нового материала 15—20 Мин Пояснения учителя; демонстрации; записи на доске и в тетрадях
III. Закрепление нового материала 5—10 Мин Беседа; ответы с места
IV. Домашнее задание 1—2 Мин Комментарий учителя; записи на доске и в дневниках

Ход урока I. Контроль И Коррекция Знаний И Умений Учащихся Самостоятельную работу для проверки знаний и умений учащихся можно провести по пособию [3] или воспользовавшись следующими заданиями. Самостоятельная работа Вариант 1 1. Для определения электрохимического эквивалента меди через водный раствор сульфата меди в течение 5 мин пропускали электрический ток 1,2 А. Масса катода в результате опыта увеличилась на 120 мг. Какое значение электрохимического Эквивалента получено? (Ответ: k= 3,33-107------------------- .) КЛ 2.

Чем можно объяснить, что раствор, в котором имеются ионы, в целом электрически нейтрален? Вариант 2 1.

В цепь электролитической ванны последовательно включен амперметр, показания которого равны 1,5 А. Какую поправку следует внести в показания амперметра, если за 10 мин прохождения тока на катоде ванны отложилось 0,316 г меди? {Ответ: АI= 0,1 А.) 2. Что называют гальваностегией?

Где она применяется? II. Изучение Нового Материала Подавляющее большинство веществ (4/5 объема земной коры) не являются ни высоко совершенными изоляторами (янтарь, фарфор), ни хорошими проводниками (металлы), а занимают промежуточное положение по своей удельной электропроводимости (см.

таблицу).

Металл Удельное сопротивление, ОМ М (при 20 °С) Полупроводник Удельное сопротивление, ОМ М (при 20 °С) Диэлектрик Удельное сопротивление, ОМ М (при 20 °С)
Серебро 1,6 108 Германий К 1 Г\~^ Стекло О -| г\И
Медь 1,7 10 8 Селен 102 —104 Фарфор О -| г\12
Алюминий 2,8-8 Бор 6103 Смола 51014
Сталь 1,2 10 7 Кремний 104 Парафин О 1 г\16

Характерное свойство полупроводников — способность резко изменять сопротивление под влиянием внешних воздействий. Это свойство стало известно человеку с конца XIX в., его физическая суть была объяснена в 30-х годах XX В. , а практическое применение нашли в 50-х годах XX В. Демонстрация 1. Включив термистор (из комплекта полупроводниковых приборов) в цепь, содержащую аккумулятор и гальванометр, обращаем внимание на то, что стрелка гальванометра отклоняется незначительно, то есть ток в цепи мал. Полупроводник нагреваем рукой (или в пламени спиртовки).

При этом наблюдаем увеличение силы тока в цепи (стрелка отклоняется почти на всю шкалу). Вывод: При нагревании удельное сопротивление полупроводника (в отличие от металла) уменьшается, при охлаждении — соответственно увеличивается.

При температуре, близкой к абсолютному нулю (T ≈ -273 °С), все полупроводники становятся диэлектриками. Демонстрация 2. Термистор в первой цепи заменяем фоторезистором и демонстрируем зависимость сопротивления полупроводника от освещенности: с увеличением освещенности сопротивление полупроводника резко падает (в отличие от металлов, сопротивление которых от освещенности практически не зависит). Благодаря своей высокой чувствительности к внешним воздействиям полупроводники широко применяются в технике. Это свойство можно использовать для автоматического управления различными устройствами.

Рассмотрим, например, простейшее термореле (рис. 67), которое может быть использовано для сигнализации о том, что в электропечи, инкубаторе и так далее достигнута заданная температура. Цепь 1 Цепь 2

Я
Реле
Нагревательный элемент

Терморезистор Рис.

67 Воздух (например, в инкубаторе) нагревают с помощью нагревательного элемента. С повышением температуры воздуха растет и температура терморезистора, что приводит к уменьшению его электрического сопротивления и, как следствие, увеличению силы тока в цепи 1. При достижении силой тока определенного значения реле срабатывает и подвижный контакт Я В цепи 2 Отходит от неподвижного контакта К. Таким образом, цепь 2 Размыкается. Термисторы служат очень чувствительными термометрами, которые позволяют фиксировать изменение температуры всего на одну миллионную долю градуса. Далее на примере германия или кремния рассматривается собственная и примесная проводимость полупроводников.

Полупроводниковые устройства широко применяются в современной радиотехнике, автоматике и т. д. НА искусственных спутниках Земли установлены полупроводниковые солнечные батареи, в которых солнечная энергия преобразуется в электрическую. Солнечные батареи большой площади могут быть установлены на крышах домов с целью получения энергии для обогрева помещений.

Полупроводниковые реле, обладая исключительно малыми размерами и долговечностью, управляют сложными станками и целыми автоматическими линиями. III. Закрепление Нового Материала Вопросы для организации беседы • В чем состоит различие зависимости сопротивления полупроводников и металлов от температуры?

• Какие подвижные носители зарядов имеются в чистом полупроводнике? • В цепь включены последовательно лампочка и термистор. Почему лампочка загорается не сразу, а через некоторое время после замыкания цепи? • Как объяснить уменьшение удельного сопротивления полупроводника с повышением температуры? • Какие носители заряда являются основными в полупроводнике w-типа, /? -типа?

Какие примеси используются для этого? • Какого типа будет проводимость германия, если к нему добавить в качестве примеси фосфор? цинк? калий? • Почему сопротивление металлов при изменении освещенности практически не изменяется, а сопротивление полупроводников изменяется заметно? IV. Домашнее Задание 1.

Выучить теоретический материал урока. 2. Выполнить задания.

I, ТА
2
1
4 8 U, В Рис. 68

Задание 1. НА рис. 68 представлены вольт-амперные характеристики освещенного (график I) и затемненного (график II) фоторезисторов. В каком случае сопротивление фоторезистора больше?

Справедлив ли закон Ома для данного фоторезистора? (Ответ: Лп > Л:. Закон Ома можно применять при малых токах.)

Р А
I II
О
T

Задание 2. НА рис. 69 представлена зависимость удельного сопротивления вещества от температуры. Какой из графиков соответствует металлу, а какой — полупроводнику? (Ответ: I — металл; //— полупроводник. ) 3.

Краткий пересказ
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: