Конспект урока физики 11 класс "Электронно-дырочный переход. P-n-переход. Полупроводниковый диод"

Цели урока:

• понять принцип работы p-n-перехода;
• изучить процессы, протекающие в p-n-переходе;
• решить задачи, схемы которых содержат в себе полупроводниковый диод.

Оборудование: ПК, проектор, презентация, раздаточный материал.

Ход урока

Организационный момент

Приветствие учащихся. Проверка готовности их к уроку.

Проверка домашнего задания в виде фронтального опроса

Вопросы для повторения:
- Что такое полупроводник?
- Какие бывают полупроводники?
- Чем отличаются полупроводники n-типа и p-типа?

Основная часть

- Что будет если мы соединим два полупроводника с разными типами проводимости?
В полупроводнике p-типа, который получается посредством акцепторной примеси, концентрация дырок намного превышает концентрацию электронов. В полупроводнике n-типа, который получается посредством донорной примеси, концентрация электронов намного превышает концентрацию дырок.

Если между двумя такими полупроводниками установить контакт, то возникнет диффузионный ток - основные носители заряда (электроны и дырки) хаотично перетекают из той области, где их больше, в ту область, где их меньше, и рекомбинируют (гасятся) друг с другом. Как следствие, вблизи границы между областями практически не будет свободных (подвижных) основных носителей заряда, но останутся ионы примесей с некомпенсированными зарядами.

Область в полупроводнике p-типа, которая примыкает к границе, получает при этом отрицательный заряд, приносимый электронами, а пограничная область в полупроводнике n-типа получает положительный заряд, приносимый дырками. Этот процесс изображен на рисунке.

Контакт двух полупроводников с разными типами проводимости

В результате образуется запирающий слой, который имеет внутри собственное электрическое поле. Этот слой и называется p-n-переходом. А вся система, показанная на рисунке – полупроводниковым диодом.

Если мы включаем внешнее электрическое, направленное вдоль внутреннего электрического поля, то в p-n-переходе и во всем диоде начинает протекать электрический ток и тем сильнее, чем большее напряжение мы подаем. Такое включение называют прямым включением диода. Если же внешнее электрическое поле будет противоположно направлено внутреннему электрическому полю, то ток через p-n-переход практически не течет. Такое включение диода называется обратным.

Из этого можно сделать вывод, что электрическое сопротивление диода в прямом включении мало, а в обратно – велико. Это легко подтверждается графиком вольт-амперной характеристики диода.

ВАХ диода

Полупроводниковый диод представляет собой такой же элемент цепи, как привычная нам лампа или ключ. Поэтому он имеет обозначение на схемах, как показано на рисунке ниже.

Обозначение диода на схеме

Для закрепления материала необходимо решить следующую задачу. Это задача части С ЕГЭ. Нужно отметить, что они не сложны в расчетах, но требуют детального описания процесса, происходящего в цепи.

Решение задач

Задача.
В цепи при подключении положительного полюса источника тока с ЭДС равной 12 В к точке A мощность в цепи составила P₂ = 14,4 Вт.
А при подключении положительного полюса источника тока к точке B - мощность в цепи составила P₁ = 7,2 Вт. Найти сопротивление R₁ и R₂ и объяснить, как течет ток в цепи.

Схема к задаче части С ЕГЭ с полупроводниковым диодом

Решение этой задачи требует точного, детального описания процессов, происходящих в цепи при протекании электрического тока. Что будет происходить в цепи при смене полярности источника тока. Точно записать формулу мощности для данного случая и найти численные значения сопротивлений резисторов. Пример такого решения приведен ниже.

Решение задачи

Закрепление изученного

1. Что произойдет при соединении двух полупроводников с разными типами проводимости?
2. Что называется запирающим слоем?
3. Зависит ли сопротивление диода от направления тока в цепи?

Домашнее задание

Домашнее на этом уроке состоит из теоретического материала, изложенного в учебнике и задачи, аналогичной той, которую учащиеся выполняли в классе.
§ 3.17-3.18, стр. 313-318.

Задача: найти сопротивление резисторов в цепи Объяснить, как протекает ток в цепи при смене полярности источника тока. ЭДС источника тока 10 В. Мощность, выделяемая на резисторе R₁, равна P₁ = 10 Вт. Полная мощность в цепи P = 5 Вт.