Giáo án Vật lý 11 - Bài 45: Dụng cụ bán dẫn

Tiết : _____________ Bài 45 : DỤNG CỤ BÁN DẪN MỤC TIÊU : Hiểu được cấu tạo của các dụng cụ bán dẫn thường gặp như điốt , tranzito , vi mạch khuyết đại thuật toán và vi mạch lôgic . Hiểu được cách mắc mạch khuyếch đại dùng tranzito hai lớp chuyển tiếp p – n và tranzito trường . Biết vận dụng các hiểu biết về tính chất của bán dẫn và các lớp chuyển tiếp p – n để giải thích hoạt động của các dụng cụ bán dẫn . II. PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY : Phương pháp thực nghiệm và nêu vấn đề .. THIẾT BỊ , ĐỒ DÙNG DẠY HỌC : Các dụng cụ bán dẫn TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY Phân phối thời gian Phần làm việc của Giáo Viên Hoạt đông của học sinh Ghi chú Nội dung ghi bảng Tổ chức ,điều khiển Kiểm tra bài cũ và kiến thức cũ liên quan với bài mới (3’) Trả lời câu hỏi SGk Làm bài tập SGH trang 206 SBT VL 11 Kiểm tra và đánh giá Nghiên cứu bài mới Điốt Cấu tạo Là các dụng cụ bán dẫn hai cực , trong đó có một lớp chuyển tiếp p – n . Phân loại Điốt chỉnh lưu Nguyên tắc hoạt động : Dựa vào tính chất chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp p - n Tác dụng : chỉnh lưu dòng điện xoay chiều Kí hiệu : Phôtôđốt (điốt quang ) Nguyên tắc hoat động :Chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào lớp tiếp xúc p – n Þ tạo ra các cặp êlectron và lổ trống .Khi mắc điốt vào hiệu điện thế ngược thì dòng ngược qua lớp tiếp xúc tăng lên Tác dụng : Làm cảm biến ánh sáng ( biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện Ứng dụng : Thông tin quang học, kĩ thuật tự động hóa Pin mặt trời Cấu tạo pin quang học :Là một đi ốt bán dẫnđược chiếu sáng trở thành một nguồn điện với p là cực dương và n là cực âm . Nguyên tắc hoạt động : Chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào lớp tiếp xúc p – n Þ tạo ra các cặp êlectron và lổ trống Þcó tác dụng đẩy các lổ trống sang phía bán dẫn p và các êlectron sang phía bán dẫn n .Nếu đóng mạch điốtbằng một điện trở Þ xuất hiện dòng điện trong mạch . Þ Pin mặt trời là các tấm pin quang điện làm bằng Silic Điốt phát quang Cấu tạo : Là một điốt được chế tạo từ những vật liệu bán dẫn thích hợp để khi có dòng điện thuận chạy qua Þphát ra ánh sáng tại lớp tiếp xúc p – n Tính chất : Màu sắc ánh sáng phát ra phụ thuộc vào các bán dẫn dùng làm điốt và cách pha tạp chất vào bán dẫn đó . Ứng dụng : Làm các bộ hiển thị , đèn báo , trong các màn hình quảng cáo . Pin nhiệt điện bán dẫn Cấu tạo : Là một cặp nhiệt điện làm từ hai thanh bán dẫn khác loại ( n và p ). Tính chất : Hệ số µ lớn hơn gấp hàng trăm lần so với ở cặp nhiệt điện kim loại Xuất hiện hiện tượng nhiệt điện ngược (SGK) Ưùng dụng : Pin nhiệt điện có suất điện động lớn , chế tạo ra các thiết bị làm lạnh gọn nhẹ và hiệu quả cao trong y học , khoa học . Tranzito Cấu tạo và phân loại Cấu tạo : Là một dụng cụ bán dẩn có hai lớp chuyển tiếp p – n . Nó gồm ba phần có tính chất dẫn điện khác nhau Phân loại : Tranzito p – n – p , Tranzito n – p – n B :cực gốc ( Bazơ) ;E :cực phát (emitơ) ;C :cực góp(côlectơ) Hoạt động Nối hai cực E và B vào nguồn cho dòng điện theo chiều thuận Nối hai cực C và B vào nguồn lớn hơn từ 5 đến 10 lần đặt vào lớp chuyển tiếp B – C một hiệu điện thế ngược . Nếu hiệu điệ thế giữa E và Bbiến thiên một lượng UEB Þ IB và IE biến thiên Þ IC cũng biến thiên theo Þ xuất hiện IC Þ xuất hiện UR =IC R = IB > UEB nhiều lần Þ Biến thiên hiệu điện thế UEBđược khuyếch đại trong mạch tranzito Lưu ý : Khi IB = 0 Þ tranzito ở trạng thái ngắt . Khi IB có giá trị lớn và IC đạt giá trị cực đại Þ tranzito ở giá trị bảo hòa . Tranzito trường Cấu tạo (SGK ) kí hiệu : Cấu tạo : (SGk) Hoạt động Khi VG VS Þ UGS < 0 Þ hai lớp chuyển tiếp p – n từ bán dẫn loại n của các cực S và D cùng với bán dẫn loại p của đế , giống như hai điốt mắc nối tiếp ngược chiều nhau Þ xuất hiện dóng điện rất nhỏ . Khi UGS > 0 Þ gần cực G có một điện trường từ cực G vào trong bán dẫncó tác dụng hút êlecton về phía cực GÞ tăng nồng độ êlectron dẫn ở dưới lớp oxit silic Þ xuất hiện khu vực dẫn điện e- gọi là kênh dẫn loại ngiữa cực S với D Þ dòng điện IDS Khi UGS càng cao Þ điện trường càng mạnh Þ ID càng lớn Khi UGS biến thiên một lượng UGS Þ ID biến thiên một lượng ID Þ Trên R có biến thiên UR > UGS nhiều lần Þ Đó là tác dụng khuyếch đại của tranzito trường . Vi mạch khuyêch đại (SGK) Vi mạch Lôgic (SGK) Điốt Cần cho học sinh hiểu là các điốt trong bài đều có cấu tạo từ một lớp chuyển tiếp p – n. Tuy nhiên, tùy theo mục đích sử dụng mà người ta chế tạo ra các điốt với cấu tạo với tính chất khác nhau. Điốt chỉnh lưu dùng để biến dòng điện xoay chiều thành một chiều, vì vậy cần có một dòng điện ngược cành nhỏ càng tốt. Nếu điốt cần cho dòng điện thuận lớn đi qua, thì nó phải có kích thước lớn, vì điện tích của lớp tiếp xúc phải lớn. Thí nghiệm minh hoạ tính chất chỉnh lưu của điốt bán dẫn được nêu ở hình 45.7. Đó cũng là câu trả lời cho H1. Phôtôđiốt phải đóng trong vỏ có cửa sổ để cho ánh sáng có thể chiếu vào lớp chuyển tiếp p – n. Ngoài ra, khi không có ánh sáng chiếu vào thì dòng ngược qua điốt cần rất nhỏ. Pin mặt trời lại cần có điện tích lớn để có thể thu nhận được nhiều ánh sáng, vì vậy nó được chế tạo dưới dạng những kích thước lớn. Điốt phát quang được chế tạo từ những vật liệu bán dẫn thích hợp, sao cho nó có khả năng phát sáng mạnh, cho màu sắc mong muốn. Các điốt được chế tạo theo hình dạng và được xếp đặt thính hợp thích hợp để tạo nên những bộ hiển thị, màn hình lớn Pin nhiệt điện và thiết bị làm lạnh bằng hiệu ứng Peltier được lắp sao chó các đầu nóng về một phía để tiện cho việc sử dụng. Tranzito Khí nói về cấu tạo của tranzito có hai lớp chuyển tiếp p – n, cần nhấn mạnh là khu vực bán dẫn ở cực B có chiều dày rất nhỏ và nồng độ hạt tải rất thấp. Cần làm rõ tác dụng khuyếch đại của trazito qua việac xét dòng điện trong các khu vực bán dẫn của nhau của tranzito (IE, IB, và IC ). Người ta còn hay nói đến tác dụng điều khiển của IE đối với IC. Cần làm rõ vai trò của các nguồn điện mắc vào mạch và cách mắc các nguồn điện đó. H2 nêu ra một gợi ý tìm hiểu kĩ hơn về hoạt động của trazito. Nhìn vào cách bố trí khu vực bán dẫn, có thể nghĩ rằng tranzito giống như hai điốt riêng rẽ đấu ngược nhau. Tuy nhiên không phải như vậy. Vì rằng khu vực B rất mỏng, nên hai điốt đó không độc lập với nhau. Sự chuyển động của dòng lỗ trống từ phía cực A đi qua khu vực cực B để sang lớp chuyển tiếp B – C khác nhau hoàn toàn giữa hai điốt độc lập. Không cần nói chi tiếp vềø cáùc đường đặc trưng. Tuy nhiên, nên thông qua việc phân tích họ đường đặc trưng ra để hiểu được sự phân bố các dòng điện trong vi mạch và tác dụng khuyếch đại của tranzito. Qua đó cũng biết được khi nào tranzito hoạt động ở chế độ đóng ngắt. Tranzito trường Cần nêu rõ nguyên tắc hoạt đông của tranzito trường là dựa vào tác dụng lực của điện trường và thay đổi được nồng độ hạt tải trong trong kênh dẫn.Tác dụng khuyếch đại của tranzito thể hiện ở chỗ khi điện thế cực cửa biến thiên, thì hiệu điện trên điện trở tải biến thiên với biên độ lớn hơn nhiều Vi mạch khuyếch đại HS cần biết vi mạch khuyếch đại được cấu tạo từ nhiều tầng khuyếch đại dùng tranzito . Do đó hệ số khuyếch đại của vi mạch rất lớn. Một tín hiệu rất nhỏ ở lối vào đã có thể làm cho vi mạch bị bão hoà, khi đó vi mạch không sử dụng để khuyếch đại, vì điện thế lối ra chỉ có thể có giá trị bằng điện thế nguồn nuôi . Cần cho học sinh thấy vai trò của mạch hồi tiếp là làm giảm hệ số khuyếch đại của mạch, và do đó làm cho mạch có tác dụng khuyếch đại tuyến tính. Vi mạch lôgic Vi mạch lôgic làm việc với những tín hiệu gián đoạn. Ở lối vào của mạch, tín hiệu chỉ có thể ứng với hiệu điện thế cao hoặc hiệu điện thế thấp. Tương ứng, tín hiệu ở lối ra cũng chỉ có thể có hai mức điện thế. Mỗi mức tính hiệu đó ứng với một trong hai trạng thái lôgic 1 và 0, tùy theo ta quy ước sử dụng lôgic âm hay lôgic dương. Nên cho hs làm quen với cách xác định các giá trị lôgic của mạch thông qua việc xác định điện thế ở các lối vào và ở lối ra. H3 vá H4 gợi cho học sinh luyện tập thêm về điều này Bảng giá trị lôgic của mạch ở Hình 45.10 theo lôgic âm như ở bên . HS quan sát, rút ra kết luận Nhận xét và theo dõi Trả lời H1 : Trả lời H2 : Kết luận Trả lời H3 Củng cố bài giảng Dặn dò của học sinh (5’) Yêu cầu nhắc lại : Nhấn mạnh các nội dung quan trọng . Trả lời câu hỏi và làm bài tập SGK Chuẩn bị bài mới” Thực hành thí nghiệm bài 46 “ HS tư lưc