giáo án vật lý 11 - Dụng cụ bán dẫn docx

TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11
Tiết : _____________
Bài 45 :
DỤNG CỤ BÁN DẪN
I. 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
II. THIẾT BỊ , ĐỒ DÙNG DẠY HỌC : Các dụng cụ bán dẫn
III. TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY
Phân phối
thời gian
Phần làm việc của Giáo Viên
Nội dung ghi bảng Tổ chức ,điều khiển
1. Kiểm tra
bài cũ và
kiến thức cũ
liên quan
với bài mới
(3’)
1. Trả lời câu hỏi SGk
2. Làm bài tập SGH trang 206 SBT VL 11
Kiểm tra và đánh giá
2. Nghiên
cứu bài mới
I. Điốt
1.
Cấu tạo
Là các dụng cụ bán dẫn hai cực , trong đó có một lớp
chuyển tiếp p – n .

2.
Phân loại
a Điốt chỉnh lưu
 Nguyên tắc hoạt động : Dựa vào tính chất chỉnh lưu của
lớp chuyển tiếp p - n
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
HS quan sát, rút ra kết
luận
Nhận xét và theo dõi
Trả lời H1 :
GV : ĐỖ HIẾU THẢO     VẬT LÝ PB 11: 45-1 /7
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11
 Tác dụng : chỉnh lưu dòng điện xoay chiều
Kí hiệu :

b Phôtôđốt (điốt quang )
♦ Nguyên tắc hoat động :Chiếu ánh sáng có bước
sóng thích hợp vào lớp tiếp xúc p – n ⇒ 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, kó thuật tự động hóa

R
c 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 ⇒ tạo ra các
cặp êlectron và lổ trống ⇒
t
E

có 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 ⇒
xuất hiện dòng điện trong mạch .
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.
Trả lời H2 :
Kết luận
Trả lời H3
GV : ĐỖ HIẾU THẢO     VẬT LÝ PB 11: 45-2 /7
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11
⇒ Pin mặt trời là các tấm pin quang điện làm bằng Silic
d 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 ⇒phát 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 thò , đèn báo , trong
các màn hình quảng cáo .
e 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 ∝ lớn hơn gấp hàng trăm lần so với ở cặp nhiệt
điện kim loại
- Xuất hiện hiện tượng nhiệt điện ngược (SGK)
♦ ng dụng : Pin nhiệt điện có suất điện động lớn ,
chế tạo ra các thiết bò làm lạnh gọn nhẹ và hiệu quả
cao trong y học , khoa học .
II. Tranzito
1.

Cấu tạo và phân loại
a 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
b Phân loại : Tranzito p – n – p , Tranzito n – p – n
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 thò, màn hình
lớn…
Pin nhiệt điện và thiết bò 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
GV : ĐỖ HIẾU THẢO     VẬT LÝ PB 11: 45-3 /7
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11


p
p
n

C
E
B
Tranzito p – n - p
B
C
E
B :cực gốc ( Bazơ) ;E :cực phát (emitơ) ;C :cực
góp(côlectơ)
2.
Hoạt động



Sơ đồ mạch khuyếch
đại tranzito p – n - p
I
C
I
B
2
ξ

I
E
B
C
E
1
ξ

Nối hai cực E và B vào nguồn
1
ξ

cho dòng

điện theo chiều
thuận
Nối hai cực C và B vào nguồn
2
ξ
lớn

hơn
1
ξ
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
∆
U
EB
⇒
I
B
và I
E
biến thiên ⇒ I

C
cũng biến thiên theo ⇒ xuất hiện
∆
I
C
⇒ xuất hiện
∆
U
R
=
∆
I
C
R =
β
∆
I
B >
∆
U
EB
nhiều lần
⇒ Biến thiên hiệu điện thế
∆
U
EB
được khuyếch đại trong
mạch tranzito
Lưu ý :
nhau của tranzito (I

E
, I
B
, và I
C
). Người ta
còn hay nói đến tác dụng điều khiển của I
E
đối với I
C
. 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 kó hơn về
hoạt động của trazito. Nhìn vào cách bố trí
khu vực bán dẫn, có thể nghó 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
GV : ĐỖ HIẾU THẢO     VẬT LÝ PB 11: 45-4 /7
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11
- Khi I
B
= 0 ⇒ tranzito ở trạng thái ngắt .
- Khi I
B
có giá trò lớn và I
C
đạt giá trò cực đại ⇒ tranzito
ở giá trò bảo hòa .
III. Tranzito trường
a Cấu tạo (SGK )
♦ kí hiệu :

S
G
D
♦ Cấu tạo : (SGk)


S
Sơ đồ cấu tạo và mạch điện
SiO
2
R

ξ

B
D
G
n

n

p

Kênh dẫn n

V
GS
b Hoạt động
- Khi V
G
≤

V
S
⇒ U
GS
< 0 ⇒ 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
⇒ xuất hiện dóng điện rất nhỏ .
- Khi U
GS
> 0 ⇒ gần cực G có một điện trường từ cực G

vào trong bán dẫncó tác dụng hút êlecton về phía cực G⇒
tăng nồng độ êlectron dẫn ở dưới lớp oxit silic ⇒ xuất hiện
khu vực dẫn điện e
-
gọi là kênh dẫn loại ngiữa cực S với D
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
GV : ĐỖ HIẾU THẢO     VẬT LÝ PB 11: 45-5 /7
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11
⇒ dòng điện I
DS

- Khi U
GS
càng cao ⇒ điện trường càng mạnh ⇒ I
D
càng
lớn
- Khi U
GS
biến thiên một lượng
∆
U
GS
⇒ I

D
biến thiên
một lượng
∆
I
D
⇒ Trên R có biến thiên
∆
U
R
>
∆
U
GS

nhiều lần
⇒ Đó là tác dụng khuyếch đại của tranzito trường .
IV.
Vi mạch khuyêch đại
(SGK)



U
-
U
+
U
∞

+

U
∞

U
ra
Vi mạch khuyếch
đại thuật toán

V. Vi mạch Lôgic (SGK)

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 bò bão hoà,
khi đó vi mạch không sử dụng để khuyếch
đại, vì điện thế lối ra chỉ có thể có giá trò
bằng điện thế nguồn nuôi
)U hoặc(U
CCCC
−+
.
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
GV : ĐỖ HIẾU THẢO     VẬT LÝ PB 11: 45-6 /7
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11
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 đònh
các giá trò lôgic của mạch thông qua việc
xác đònh 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 trò lôgic của mạch ở
Hình 45.10 theo lôgic âm như ở bên .
3. 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 bò bài mới” Thực hành thí nghiệm
bài 46 “
HS tư lưc
GV : ĐỖ HIẾU THẢO     VẬT LÝ PB 11: 45-7 /7