Урок 25. Приборы, преобразующие электрические сигналы
Предмет: Естествознание, 11 класс

Конспект урока

Естествознание, 11 класс

Урок 25. Приборы, преобразующие электрические сигналы

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Чем отличаются полупроводниковые приборы от других элементов электронных схем?
Каков принцип действия полупроводниковых приборов?

Глоссарий по теме:

Диод – электронный прибор, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока.

Интегральная схема – это микроэлектронная схема, сформированная на крошечной пластинке (кристаллике, или "чипе") полупроводникового материала, обычно кремния, которая используется для преобразования электрического сигнала.

Полупроводниковые приборы – приборы, принцип действия которых основан на явлениях, происходящих на границах между веществами с различной проводимостью (различными металлами, полупроводниками и диэлектриками).

Транзистор – это активный полупроводниковый прибор, который необходим для генерирования, преобразования и усиления электрического сигнала (его частоты и силы).

Триод - электронная лампа, позволяющая входным сигналом управлять током в электрической цепи, состоит из анода, катода и сетки

Электроника – прикладная наука, изучающая приборы, преобразующие электрические сигналы.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Естествознание. 11 класс: Учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2017. – §40, С. 119-122
Физика. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. учреждений: базовый уровень; профильный уровень/А.В. Грачев, В.А. Погожев, А.М. Салецкий и др.- М.: Вентана-Граф, 2018. – 464 с.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Развитие электроники и соответствующих технологий было обусловлено использованием полупроводниковых материалов.

Принцип действия полупроводниковых приборов основан на явлениях, происходящих на границах между веществами с различной проводимостью (различными металлами, полупроводниками и диэлектриками).

Знакомство с полупроводниковыми приборами начнём с диода.

Диод – электронный элемент, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока.

В основе принципа действия полупроводникового диода — свойства электронно-дырочного перехода.

При контакте двух проводников или полупроводников в области контакта наблюдается тепловое движение электронов. Поскольку вещества различны, то электроны переходят из вещества 1 на вещество 2. Таким образов во втором проводнике на границе раздела двух сред возникает избыток электронов.

Различают прямое и обратное включение.

Если приложить электрическое поле, как показано на рисунке, то оно будет действовать на электроны облака с некоторой силой (на рисунке она направлена вверх), и пойдет электрический ток. Такое включение называют прямым.

Если же электрическое поле приложить наоборот, то чтобы заставить электроны двигаться в обратном направлении необходимо создать дополнительную силу, способную «загнать» электроны облака обратно в проводник 1. Это означает, что такой же по величине ток пойдет при большем напряжении. Если же напряжение оставить тем же, то ток идти не будет.

Полупроводниковый прибор, способный усиливать сигнал подобно вакуумной лампе с управляющими электродами называется транзистором. Транзисторы бывают различных типов и конструкций

Понять работу транзистора проще всего на основе рассмотрения так называемого полевого транзистора.

В полупроводнике (например, полупроводнике p-типа) создается проводящий канал из полупроводника противоположного типа. Этот канал соединяет два металлических электрода исток – аналог катода и сток – аналог анода. На третий управляющий электрод – затвор подается напряжение, которое может изменять ток через канал.

Полупроводниковые транзисторы играют большую роль в электронике: с их помощью можно усилить электрический сигнал, создать сигнал нужной формы и т.д.

Особенно эффективной работа полупроводниковых приборов стала после того, как на одной пластине полупроводника научились создавать множество диодов, транзисторов, сопротивлений и конденсаторов. Такой прибор эквивалентен целой электронной схеме из различных элементов и называется интегральной микросхемой. Современные интегральные микросхемы, например процессоры компьютеров, содержат несколько миллионов транзисторов на одной кремниевой пластине.

Помимо полупроводниковых приборов для усиления и преобразования электрических сигналов используют электровакуумные приборы.

Любой электровакуумный прибор представляет собой герметичный баллон, из которого откачен воздух, и в который помещены металлические электроды с выводами за пределы баллона. Один из электродов – катод подогревается при помощи электрического тока. В результате теплового движения часть электронов вылетает из катода, образуя вблизи него электронное облако. Электрические силы, связывающие вылетевшие электроны с «покинутыми» ядрами, не дают электронному облаку далеко удалиться от катода

Если на второй электрод – анод подать положительное относительно катода напряжение, то электроны начнут притягиваться к аноду и пойдет электрический ток. При смене полярности напряжения ток прекратиться, поскольку анод не может поставлять электронов для создания тока. Диод, таким образом, обладает односторонней проводимостью, что и обеспечивает его нелинейные свойства.

Если в промежутке между катодом и анодом поместить другие электроды, то потоком электронов можно управлять, подавая на эти электроды то, или иное напряжение. Соответствующие электроды называются управляющими электродами. Некоторые из электродов делаются в виде сетки, охватывающей катод, они так и называются сетками. А прибор называется триодом. Управляя потоком электронов, сетки позволяют усиливать электрический сигнал.

Таким образом, электронные схемы могут содержать линейные и пассивные элементы (сопротивления, конденсаторы, трансформаторы) и элементы нелинейные и активные, усиливающие электрический сигнал (электровакуумные лампы и полупроводниковые приборы). В электровакуумных приборах ток переносится электронами от катода к аноду, а его сила регулируется управляющими электродами. Действие полупроводниковых приборов обусловлено явлениями, происходящими на границе полупроводников различных типов.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго.

Варианты ответов: Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):

2. Вставьте пропущенные слова:

Диод – электронный элемент, обладающий различной ______________ в зависимости от __________ электрического тока.

Правильный вариант:

Проводимостью, направления.