Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o

Prezentace na téma: "Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o"— Transkript prezentace:

1 Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o
soubor prezentací FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA F16 - ELEKTRICKÝ PROUD V POLOVODIČÍCH Mgr. Alexandra Bouchalová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/ s názvem „Podpora chemického a fyzikálního vzdělávání na gymnáziu Komenského v Havířově“ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

2 ELEKTRICKÝ PROUD V POLOVODIČÍCH
Pojem polovodiče Vedení elektrického proudu v čistém polovodiči. Vlastní vodivost Příměsové polovodiče Přechod PN, polovodičová dioda Tranzistor Elektrický proud v polovodičích

3 Pojem polovodiče vodič izolant polovodič
Elektrický proud v polovodičích

4 Polovodiče jsou pevné látky, jejichž elektrické vlastnosti závisí na vnějších i vnitřních podmínkách: teplota dopadající záření obsah příměsí Si Ge Se Te C PbS CdS GaAs Termistor Fotorezistor Elektrický proud v polovodičích

5 Polovodiče Vyhledejte pomocí vhodných zdrojů (internet, odborná literatura) obrázky termistoru a fotorezistoru a uveďte příklady jejich užití v praxi. Zjisti, kde se v České republice vyrábí polovodičové součástky. Je možné, aby byl teplotní součinitel  elektrického odporu záporný? Jaký by to mělo pro danou látku význam? Najdete příklad? Který z prvků je nejvýznamnější pro výrobu polovodičových součástek? Elektrický proud v polovodičích

6 Elektronové páry tvoří kovalentní vazbu.
Vlastní vodivost Elektronové páry tvoří kovalentní vazbu. Ve valenční vrstvě jsou 4 elektrony. V elektronovém obalu je 14 elektronů. Jádro křemíku obsahuje 14 protonů a 14 neutronů. Si Si elektronový pár Elektrický proud v polovodičích

7 Vlastní vodivost Elementární buňka krystalu křemíku elektronový pár Při nízkých teplotách jsou všechny elektrony zapojeny do vazeb a křemík se chová jako izolant. Elektrický proud v polovodičích

8 Čistý polovodič tepelným pohybem, dopadajícím zářením díra Si Si Si Si
generace páru elektron-díra Si Si Si Si volný elektron rekombinace Si Si Si Si Elektrický proud v polovodičích

9 Vlastní vodivost Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si
Elektrický proud v polovodičích

10 Pohyb díry je jen relativní!
Vlastní vodivost I = Id + Ie Id děrový proud Ie elektronový proud Pohyb díry je jen relativní! Elektrický proud v polovodičích

11 Vlastní vodivost vlastní polovodiče
Hustota děr = hustota volných elektronů S rostoucí teplotou se rychle zvětšuje Elektrický proud v polovodičích

12 Rezistivita čistého polovodiče s rostoucí teplotou KLESÁ.
Vlastní vodivost Rezistivita čistého polovodiče s rostoucí teplotou KLESÁ. Načrtni graf závislosti rezistivity na teplotě u kovů a polovodičů. Elektrický proud v polovodičích

13 Příměsové polovodiče Polovodič typu N
Minoritním = menšinovým nosičem náboje je díra Majoritním = většinovým nosičem náboje je elektron Si Si Si Si donor + Si As Si Si Si Si Si Si Si Elektrický proud v polovodičích

14 Příměsové polovodiče Polovodič typu P
Minoritním = menšinovým nosičem náboje je elektron Majoritním = většinovým nosičem náboje je díra Si Si Si Si akceptor - Si In Si Si Si Si Si Si Si Elektrický proud v polovodičích

15 Příměsová vodivost Vyvolaná pomocí třímocné (B, Al, Ga, In) či pětimocné (P, As, Sb) příměsi Celkový náboj volných elektronů a děr je vyrovnán s nábojem nepohyblivých iontů příměsí. Elektrický proud v polovodičích

16 Co se bude dít v příměsovém polovodiči s rostoucí teplotou?
Příměsová vodivost Čím je dána hustota volných nosičů náboje v příměsovém polovodiči při nízkých teplotách? Co se bude dít v příměsovém polovodiči s rostoucí teplotou? Proč je tento jev nežádoucí a jak mu můžeme zabránit? Elektrický proud v polovodičích

17 Jaká je hustota atomů v krystalu křemíku, je-li jeho hustota 2 330 ?
Příměsová vodivost Jaká je hustota atomů v krystalu křemíku, je-li jeho hustota ? Jaká bude hustota donorů v křemíku typu N, připadá-li na 1 atom příměsi 108 atomů křemíku? Elektrický proud v polovodičích

18 Přechod PN - - - Polovodič typu P 1 m Polovodič typu N + + +
HRADLOVÁ VRSTVA Elektrický proud v polovodičích

19 A K N P Dioda - - - Polovodič typu P Polovodič typu N + + +
Elektrický proud v polovodičích

20 Diodový jev - - - Polovodič typu P Polovodič typu N + + +
Elektrický proud v polovodičích

21 Diodový jev - - - Polovodič typu P I Polovodič typu N + + +
Elektrický proud v polovodičích

22 Diodový jev - - - Polovodič typu P Polovodič typu N + + +
Elektrický proud v polovodičích

23 Diodový jev Dioda v závěrném směru Dioda v propustném směru
Elektrický proud v polovodičích

24 Provoz polovodičové diody
v závěrném směru v propustném směru + - + - IF [A] UR [V] UBR UT0 UF [V] IR [A] UBR = průrazné napětí UT0 = prahové napětí Elektrický proud v polovodičích

25 VA charakteristika polovodičové diody
UR [V] IR [A] UF [V] IF [A] UBR UT0 Elektrický proud v polovodičích

26 jsou zesilovací (aktivní) polovodičové prvky.
Tranzistory jsou zesilovací (aktivní) polovodičové prvky. bipolární unipolární na zesilování se podílí oba typy nosičů nábojů (elektrony a díry) na zesilování se podílí pouze jeden typ nosiče Elektrický proud v polovodičích

27 Tranzistor typu NPN C C N kolektor = shromažďovač B B P báze N E
emitor = vysílač nábojů E Elektrický proud v polovodičích

28 Tranzistor typu PNP C C P kolektor B B N báze P E emitor PNP E
Elektrický proud v polovodičích

29 Princip činnosti tranzistoru typu NPN
IC  = IC IB kolektor N proudový zesilovací činitel IB P A báze A R N emitor IE IE = IB + IC Elektrický proud v polovodičích

30 Princip činnosti tranzistoru typu NPN
Při daném zapojení je přechod BC v závěrném směru a přechod BE v propustném směru. Obvodem báze (má velmi malý objem a je slabě dotována) začne procházet malý proud IB. Většina elektronů je pak z emitoru přitahována ke kolektoru a jako menšinové nosiče volně prochází přechodem BC. Tyto elektrony tvoří mnohokrát větší proud IC než je proud IB. Elektrický proud v polovodičích

31 NPN tranzistor v zapojení se společným emitorem
IB IE IC A A R Obvod báze Kolektorový obvod Elektrický proud v polovodičích

32 Tranzistor jako zesilovací prvek
Malá změna proudu báze IB způsobí v tranzistoru velkou změnu proudu kolektoru IC. tranzistor má velké proudové zesílení v bipolárním tranzistoru je kolektorový proud řízen proudem báze k řízení je zapotřebí jen malý výkon Elektrický proud v polovodičích

33 Tranzistor Ukázky tranzistorů 1 Elektrický proud v polovodičích

34 Tranzistor Užití tranzistoru 2 Elektrický proud v polovodičích

35 Tranzistor Elektrický proud v polovodičích 35
Replika prvního tranzistoru 3 Elektrický proud v polovodičích

36 Použitá literatura Literatura Obrázky Elektrický proud v polovodičích
LEPIL, O. Elektřina a magnetismus, fyzika pro gymnázia. Praha: Prometheus, ISBN TKOTZ,K. Příručka pro elektrotechnika. Praha: Europa-Sobotáles, ISBN HALLIDAY,D. Fyzika. Elektřina a magnetismus. Brno: VUTIUM, ISBN Obrázky [1] VTM [online]. [cit ]. Dostupné z: normal/upload/aktuality/tranzistor_jpg_4b8cd07e1a.jpg [2] TechNet.cz [online]. [cit ]. Dostupné z: [3] SPŠ Mohelnice [online]. [cit ]. Dostupné z: tranzistory.png Elektrický proud v polovodičích

37 na gymnáziu Komenského v Havířově“
soubor prezentací FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/ s názvem „Podpora chemického a fyzikálního vzdělávání na gymnáziu Komenského v Havířově“ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.