Темы докладов, страница 332 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

Использование полупроводников в технике.

Полупроводники — это материалы, электропроводность которых занимает промежуточное положение между проводниками (например, медью) и диэлектриками (например, стеклом). Ключевой особенностью полупроводников является возможность управлять их проводимостью путем изменения температуры, освещенности или введения примесей (легирования). Основными полупроводниковыми материалами являются кремний (Si), германий (Ge) и арсенид галлия (GaAs). Благодаря своим уникальным свойствам полупроводники стали основой всей современной электроники.

Полупроводниковые диоды

Диод — это простейший двухэлектродный полупроводниковый прибор, основу которого составляет p-n-переход (контакт двух полупроводников с разными типами проводимости). Главное свойство диода — односторонняя проводимость: он хорошо пропускает ток в одном направлении (прямом) и практически не пропускает в обратном. Это свойство находит широкое применение:

1. Выпрямители тока: Диоды используются в блоках питания для преобразования переменного тока (AC) из электрической сети в постоянный ток (DC), необходимый для работы электронных устройств.

2. Светодиоды (LED): При прохождении тока в прямом направлении p-n-переход излучает свет. Это явление используется в светодиодах, которые применяются для освещения, в индикаторах на приборных панелях, экранах телевизоров, смартфонов и рекламных вывесках.

3. Фотодиоды и фотоэлементы (солнечные батареи): При попадании света на p-n-переход в нем возникает ЭДС (фотогальванический эффект). Фотодиоды используются как датчики света (в пультах ДУ, системах автоматики). Фотоэлементы, объединенные в солнечные батареи, преобразуют солнечную энергию в электрическую.

4. Стабилитроны: Это особый тип диодов, используемый для стабилизации напряжения. Они поддерживают постоянное напряжение на своих выводах при изменении тока в широких пределах.

Ответ: Полупроводниковые диоды используются для выпрямления переменного тока, в качестве источников света (светодиоды), детекторов излучения (фотодиоды), преобразователей солнечной энергии (фотоэлементы) и для стабилизации напряжения (стабилитроны).

Транзисторы

Транзистор — это полупроводниковый прибор с тремя выводами, позволяющий управлять большим током в выходной цепи с помощью малого сигнала в входной цепи. Транзистор может работать в двух основных режимах: как усилитель электрических сигналов и как электронный ключ (переключатель).

1. Усилители: В режиме усиления небольшие изменения входного напряжения или тока вызывают большие изменения выходного тока, что позволяет усиливать слабые сигналы. Это используется в радиоприемниках, звуковых усилителях, измерительной технике.

2. Электронные ключи: В ключевом режиме транзистор может находиться в двух состояниях: полностью открытом (ток идет) или полностью закрытом (ток не идет). Эта способность легла в основу всей цифровой техники, включая компьютеры. Логические элементы, из которых строятся процессоры и память, состоят из транзисторов, работающих как сверхбыстрые переключатели.

Ответ: Транзисторы являются фундаментальными элементами электроники, используемыми для усиления электрических сигналов и в качестве высокоскоростных электронных ключей в цифровых схемах.

Интегральные микросхемы

Интегральная схема (или микрочип) — это миниатюрное электронное устройство, в котором огромное количество (от сотен до миллиардов) транзисторов, диодов, резисторов и других компонентов размещено на одном кристалле полупроводника (чаще всего кремния). Технология интегральных схем позволила кардинально уменьшить размеры, стоимость и энергопотребление электронных устройств, одновременно повысив их надежность и производительность.

Применения микросхем практически безграничны:

1. Микропроцессоры и микроконтроллеры: «Мозг» компьютеров, смартфонов, бытовой техники (стиральных машин, микроволновых печей), автомобилей и промышленных систем управления.

2. Микросхемы памяти: Оперативная память (RAM), флеш-память (в SSD-накопителях, картах памяти, USB-флешках), постоянная память (ROM).

3. Специализированные микросхемы (ASIC): Схемы, разработанные для выполнения конкретной задачи, например, обработки графики (в видеокартах), звука или сетевых данных.

Ответ: Интегральные микросхемы, содержащие миллионы и миллиарды транзисторов на одном кристалле, являются основой всех современных цифровых устройств, включая компьютеры, смартфоны, системы связи и бытовую технику.

Полупроводниковые датчики

Способность полупроводников изменять свои электрические свойства (например, сопротивление) под воздействием внешних факторов используется для создания различных датчиков.

1. Термисторы (терморезисторы): Их сопротивление сильно зависит от температуры. Применяются в электронных термометрах, системах климат-контроля, для защиты от перегрева в электронике.

2. Фоторезисторы: Их сопротивление уменьшается при увеличении интенсивности падающего на них света. Используются в системах автоматического включения уличного освещения, экспонометрах фотокамер.

3. Датчики Холла: Реагируют на магнитное поле, генерируя напряжение. Применяются для измерения тока без разрыва цепи, в системах зажигания автомобилей, для определения положения вращающихся частей (например, в бесколлекторных двигателях).

Ответ: Полупроводники используются для создания компактных и точных датчиков температуры (термисторы), освещенности (фоторезисторы), магнитного поля (датчики Холла) и других физических величин.