Напівпровідникові пристрої і їх використання

ЗАСТОСУВАННЯ НАПІВПРОВІДНИКІВ

Проект з фізикиучнів групи Л-9А

Прокопенко Євгенії, Потоцької Дарії, Шмигаль

Тетяни, Зєнкіної Діани.

ЗАСТОСУВАННЯ НАПІВПРОВІДНИКІВ

фоторезистори

транзисторидіоди

терморезистори

ФОТОЕЛЕМЕНТИ

Фотоелемент - електронний прилад, який перетворює енергію фотонів в

електричну енергію.

Перший фотоелемент,заснований на зовнішньомуфотоефекті, створив у 1888р.О.Столетов на основіфотоефекту.

Установка Столєтова: А – дуговий ліхтар; Б – батарея; С – 2 плоскопаралельнихдиски; G - гальванометр

ЗОВНІШНІЙ ВИГЛЯД

Так виглядав перший фотоелемент,

який використовувався в кінопроектах

Газонаповнений фотоелемент ЦГ – 3 (а) ті його включення в електричний

ланцюг (б)

ВИДИ ФОТОЕЛЕМЕНТІВіз зовнішнім ефектом із внутрішнім ефектом

фоторезистори, фотодіоди, фототранзистори і деякі інші

світлочутливі прилади

Фотоелементи служать економічно вигідним джерелом електрики для основних потреб, таких як:• освітлення;• водозабір;• засоби зв'язку;• медичні установи;• місцевий бізнес.• точні науки• масштабні проекти

ФОТОЕЛЕМЕНТИ

• Значення фотоструму фотоелементазалежить від властивостей металу, зякого був зроблений катод, напругибатареї і освітленості катода.

• Сучасне виробництво фотоелементівпрактично повністю засноване накремнії. Близько 80% всіх модуліввиробляється з використанням полі-або монокристалічного кремнію, арешта 20% використовують аморфнийкремній.

• Кристалічні фотоелементи - найбільшпоширені, зазвичай вони мають синійколір з відблиском.

ПЕРЕВАГИ ВИКОРИСТАННЯ ФОТОЕЛЕМЕНТІВ

Переваги використання фотоелементів

у сучасному житті

Низькіпоточнівитрати

Високанадійність

Низьківитрати на

будівництвоМодульність

Екологічність

ЗАСТОСУВАННЯ ФОТОЕЛЕМЕНТІВ

Спектр застосування фотоелементівнадзвичайно широкий. Вони необхідні всистемах сигналізації, де використовуються вфотореле, що спрацьовують від перериваннясвітлового потоку. Без них неможливо зробитидеякі системизв'язку, наприклад, світлотелефона, в тому числілазерні. Широко застосовуються фотоелементив різних вимірювальних приладах.

СОНЯЧНА БАТАРЕЯСонячна батарея - напівпровідниковийфотоелектричний елемент, щопрацює на принципі перетвореннясвітлової енергії сонячноговипромінювання безпосередньо велектрику.Тонка пластина складається з двохшарів кремнію з різними фізичнимивластивостями.Внутрішній шар являє собою чистиймонокристалічний кремній. Зовні вінпокритий дуже тонким шаром«забрудненого» кремнію, наприклад здомішкою фосфору.

Сонячні промені

СОНЯЧНА БАТАРЕЯ• Після опромінення такої «вафлі»

сонячними променями між шарамивиникає потік електронів і утворюєтьсярізниця потенціалів, а в зовнішньомуланцюзі, що з'єднує шари, з'являєтьсяелектричний струм.

• При цьому генерується постійнийструм. Енергія може використовуватисяяк напряму різними навантаженнямипостійного струму, запасатися вакумуляторних батареях дляподальшого використовування абопокриття пікового навантаження, атакож перетворюватися в зміннийструм напругою 220 В для живленнярізного навантаження змінного струму.

ПРИНЦИП РОБОТИ СОНЯЧНОЇ УСТАНОВКИ

Отже, сонячна система енергопостачання складається з таких елементів:- сонячної батареї (фотоелектричного сонячного модуля);- контролера заряду;- акумуляторів;- інвертора.

ВИКОРИСТАННЯ СОНЯЧНИХ БАТАРЕЙ

На сьогоднішнійдень, технологіївикористання сонячноїенергії активнорозвиваються в багатьохкраїнах світу.Деякі з них вже досягликомерційноїзрілості, успішноконкурують на ринкуенергетичних послуг інавіть увійшли доповсякденного вжитку.

ВИКОРИСТАННЯ СОНЯЧНИХ БАТАРЕЙ

ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОНЯЧНИХ БАТАРЕЙ

• потужність модуля становить приблизно 10Вт;• напруга при максимальному навантаженні –

близько 25В;• струм короткого замикання становить близько

500мкА;• вага такого модуля близько 2кг;• приблизний ККД сонячної батареї – від 14 до

18%;• термін служби такої пластини не менше 25

років.

ПЕРЕВАГИ І НЕДОЛІКИ СОНЯЧНИХ БАТАРЕЙ

ПЕРЕВАГИ НЕДОЛІКИ

тривалий термін служби висока вартість і, як наслідок, тривалий строк окупності

незалежність від технічних неполадок енергогенеруючої організації

залежність від погодних умов

низька імовірність поломки сонячної батареї

низький ККД у порівнянні із традиційними джерелами енергії

немає необхідності постійно її обслуговувати

неможливо використання для приладів, що споживають велику потужність

безкоштовність самої енергії (правда після того як у систему були вкладені чималі кошти).

ДІОДДіод — електронний прилад з двомаелектродами, що пропускаєелектричний струм лише в одномунапрямі.Застосовується урадіотехніці, електроніці, енергетиці тав інших галузях.Напівпровідниковий діод — ценапівпровідниковий прилад з однимвипрямним електричним переходом ідвома зовнішніми виводами.Випрямним електричним переходом, внапівпровідникових діодах, може бутиелектронно-дірковийперехід, гіперперехід або контактметал-напівпровідник.

Будова діода

КЛАСИФІКАЦІЯ ДІОДІВ

за методом отримання переходуточкові планарні діод Шотткі

використовується пластинка германію

або кремнію

перехід утворюється двома

напівпровідниками з різними типами

електропровідності

з низьким значенням падіння прямої

напруги, та дуже швидким

перемиканням

за методом отримання переходу германієві кремнієві арсенідо-галієві

КЛАСИФІКАЦІЯ ДІОДІВЗа фізичними процесами, на використанні яких

базується робота діодатунельні лавинно-

пролітні напівпровід-

никові

фотодіоди світлодіоди діоди Ганна

застосовують-ся як підсилювачі, генератори

застосовуються для генерування коливань в діапазоні частот від 1 до 300 Ггц.

приймачі оптичного випромінювання, які перетворюють світло, що падає на його фоточутливуобласть в електричний заряд

напівпровідникові пристрої, що випромінюють некогерентне світло, при пропусканні через них електричного струму

використову-ється для генерації та перетворення коливань у діапазоні НВЧ

ФОТО І СВІТЛОДІОДИ

Світлодіоди

Фотодіоди

КЛАСИФІКАЦІЯ ДІОДІВЗа призначенням напівпровідникові діоди поділяють на:• випрямні напівпровідникові діоди, призначені для перетворення

змінного струму в пульсуючий;• імпульсні — напівпровідникові діоди, що мають малу тривалість

перехідних процесів в імпульсних режимах роботи;• варикапи (діод Джона Джеумма) — які призначені для застосування

як елементи з електрично керованою ємністю;• стабілітрони (діод Зенера) — використовуються як джерело опорної

напруги;• напівпровідникові діоди, що використовуються як згладжувачі викидів

(піків) напруги• детекторні — призначені для детектування сигналу;• детекторні НВЧ — призначені для детектування надвисокочастотного

сигналу;• параметричні — варикапи, що призначені для застосування в

діапазоні надвисоких частот у параметричних підсилювачах,• змішувальні — призначені для перетворення високочастотних

сигналів у сигнал проміжної частоти.

ТЕРМІСТОРИТермістор -

напівпровідниковий резистор, активнийелектричний опір якого істотнозалежить від температури.Для термістора характерні:• великий температурний коефіцієнт опору;• простота пристрою;• здатність працювати в різних кліматичних

умовах при значних механічнихнавантаженнях;

• стабільність характеристик у часі.Терморезистор виготовляють увигляді стержнів, трубок, дисків, намистин ітонких пластинок переважно методамипорошкової металургії. Їх розміриможуть варіюватися в межах від 1-10 мкм до1-2 см.

ТИПИ ТЕРМІСТЕРІВ

типу трубок

осьовий

типу дискa

типу стрижня

типу намистин

КЛАСИ ТЕРМОРЕЗИСТОРІВ

ТЕРМОРЕЗИСТОРИ

з позитивним температурним коефіцієнтом опору

з негативним температурним коефіцієнтом опору

Датчик температури на основі термістора

ЗАЛЕЖНІСТЬ ОПОРУ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ

У напівпровідників з підвищенням температури опір зменшується приблизно за логарифмічним законом, що пояснює їхню найбільшу чутливість серед датчиків температури.

Залежність опору термістора від температури 1- для R<0; 2- для R>0

ТЕРМОРЕЗИСТОРИ

Низько-

температурні

при температурах

нижче 170 К

Високо-

температурні

вище 570 К

Середньо-

температурні

170–510 К

ТЕРМІСТОРИТермістори знаходять застосування в

багатьох областях. Практично жодна

складна друкована плата не

обходиться без термісторів. Вони

використовуються в у різних схемах і

автоматичних пристроях для

дистанційного вимірювання

температури, температурних

датчиках, термометрах, практично в

будь-якій, зв'язаній з

температурними режимами,

електроніці, в пожежній сигналізації,

для контролю за режимом

працюючих машин і механізмів.

ЗАСТОСУВАННЯ ТЕРМІСТОРІВ• У протипожежній техніці існують

стандартні температурні датчики. Подібний датчик містить два

термістори з негативним температурним коефіцієнтом, що встановлені на друкованій платі в білому полікарбонатному корпусі.

Один виведений назовні —відкритий термістор, він швидко

реагує на зміну температури повітря. Інший термістор

знаходиться в корпусі і реагує на зміну температури повільніше.

ВИСНОВКИВ ході роботи над проектом, ми з'ясували, що:• Напівпровідники - це порівняно нові матеріали, за допомогою яких

протягом останніх десятиліть вдається вирішувати ряд надзвичайноважливих електротехнічних завдань.

• Напівпровідникові прилади можна зустріти в звичайномурадіоприймачі і в квантовому генераторі - лазері, у крихітній атомнійбатареї і в мікропроцесорах.

• Інженери не можуть обходитися без напівпровідникових випрямлячів,перемикачів і підсилювачів. Заміна лампової апаратуринапівпровідниковою дозволила в десятки разів зменшити габарити імасу електронних пристроїв, знизити споживану ними потужність ірізко збільшити надійність.

• В даний час налічується понад двадцяти різних областей, в яких задопомогою напівпровідників вирішуються найважливіші питанняексплуатації машин і механізмів, контролю виробничих процесів,отримання електричної енергії, посилення високочастотних коливань ігенерування радіохвиль, створення за допомогою електричногоструму тепла або холоду, і для здійснення багатьох інших процесів.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

• Фізика 7-11 класи.- К.: Шкільний світ, 2001.-95с.

• Чолпан Петро Пилипович Фізика.- К.: Вищашкола, 2003.- 567с.

• Шашков А.Г.,Терморезистор та їхзастосування.- М.,1967.

• http://uk.wikipedia.org/wiki/Терморезистор