МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НИЖНЕКАМСКИЙ НЕФТЕХИМИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»
Всероссийский профессиональный конкурс методических разработок
«Методический потенциал в современном профессиональном образовании»
Номинация конкурса: педагогические идеи и технологии
в профессиональном образовании
Название работы: методическая разработка по проведению
открытого урока по дисциплине «Электронная техника»
Автор: преподаватель спец. дисциплин отделения автоматизации
и управления Городнова Ольга Александровна
Место выполнения работы:
Государственное бюджетное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
Нижнекамский Нефтехимический колледж
2013
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К методической разработке
по проведению открытого урока по
дисциплине «Электронная техника».
Методическая разработка по проведению открытого урока по дисциплине
«Электронная техника» была разработана по теме «Полупроводниковые
диоды».
Создание и внедрение новых современных технологий, усложнение
электронной аппаратуры и электронных устройств требует повышения
уровня теоретической и практической подготовки специалистов
специальности 220703 «Автоматизация технологических процессов и
производств» , для этого необходимо внедрять новые формы и методы
организации и управления учебно-воспитательным процессом.
При проведении открытого урока использовались информационные
средства обучения: проектор, интерактивная доска, ПЭВМ, а также
наглядные пособия: демонстрационные фильмы, слайды, проводился опыт с
использованием лампы накаливания, батареи 3336Л, выпрямительных
диодов.
Целесообразность использования медиапродукта на уроке:
 Недостаточное количество информационного материала в учебнометодическом пособии
 Формирование информационной культуры и компетентности
студентов
 Развитие наглядно-образного мышления за счёт повышения уровня
наглядности
Целями урока являются:
дидактическая –изучить виды диодов, конструкцию и принцип работы
выпрямительного диода;
развивающая – способствовать формированию умения анализировать,
сравнивать, переносить знания в новую ситуацию, развивать техническое
мышление;
воспитательная - способствовать воспитанию личностных качеств,
обеспечивающих успешность профессиональной деятельности.
На уроке наблюдается тесная межпредметная связь, новый материал
урока базируется на знаниях таких предметов как математика,
электротехника, химия, физика.
Урок был разработан в соответствии с требованиями рабочей программы
«Электронная техника» с учетом государственных требований к минимуму
содержания и уровню подготовки выпускника по специальности.
Введение.
Термин « Электроника» появился в 50-х годах прошлого столетия . Он
объединяет обширный комплекс областей науки и техники, связанных с
проблемами передачи, приема и преобразования информации с помощью
электрических колебаний и электромагнитных волн, с процессами,
связанными с поведением электронов в различных средах под влиянием
электрических и магнитных полей в различных внешних условиях.
Интерес к электронике огромен. Люди хотят больше знать о
радиоэлектронике и шире использовать ее достижения.
Электроника, как наука занимается изучением электронных явлений и
процессов, связанных с изменением концентрации и перемещением
заряженных частиц в различных средах и условиях. Задача электроники, как
отрасли техники- разработка, производство и эксплуатация электронных
приборов и устройств самого различного назначения.
Эффективность электронной аппаратуры обусловлена высоким
быстродействием, точностью, чувствительностью входящих в нее элементов,
важнейшими из которых являются электронные приборы. С их помощью
можно сравнительно просто преобразовывать электрическую энергию по
форме, величине и частоте тока или напряжения.
Кроме того, с помощью электронных приборов удается преобразовывать
неэлектрическую величину в электрическую и наоборот. Разнообразные
электронные датчики и измерительные приборы позволяют с высокой
точностью измерять, регистрировать и регулировать изменения
всевозможных неэлектрических величин – температуры, давления, упругих
деформаций и т.д.
Процессы преобразования энергии в приборах электроники происходят с
большой скоростью. Это обусловлено малой инерционностью, характерной
для большинства электронных приборов, позволяющих применять их в
широком диапазоне частот- от 0 до сотен гигагерц. При этом достигается
такая высокая чувствительность, которая не может быть получена в приборах
другого типа.
Электронные приборы легко обнаруживают мельчайшие неточности в
изготовлении изделий вплоть до размеров в 1 мкм.
Электронный микроскоп, увеличивающий в миллионы раз, открыл перед
человеком возможность глубоко проникнуть в мир атома, а специальные
электронные устройства радиоастрономии позволяют человеку проникнуть в
тайны Вселенной.
Электронные приборы находят широкое применение и в химии.
Тончайший химический анализ вещества может быть проделан с помощью
технических средств электроники в течении нескольких секунд.
Наиболее характерной чертой дальнейшего научно-технического
прогресса
в
нашей
стране
является
переход
к
полностью
автоматизированному производству на базе использования электронной
техники.
Исходя из выше изложенного, можно сделать вывод, что дисциплина
«Электронная техника» является необходимой для студентов многих
современных специальностей и по ходу проведения уроков необходимо
формировать у студентов способности творчески применять знания и умения
по данной дисциплине, что несомненно пригодиться им при работе по
выбранной специальности вследствие научно-технического прогресса на
производствах страны.
План урока.
Специальность: 220703 « Автоматизация технологических процессов и
производств»
Дисциплина: Электронная техника
Тема урока: Полупроводниковые диоды
Тип занятия: комбинированный урок.
Цели урока:
дидактическая –изучить виды диодов, конструкцию и принцип работы
выпрямительного диода;
развивающая – способствовать формированию умения анализировать,
сравнивать, переносить знания в новую ситуацию, развивать техническое
мышление;
Воспитательная - способствовать воспитанию личностных качеств,
обеспечивающих успешность профессиональной деятельности.
Межпредметные связи: физика, химия, электротехника, вычислительная
техника, измерительная техника.
Наглядные пособия: слайды, демонстрационный фильм; батарея 3336Л(или
крона), лампочка накаливания на напряжение 3,5В или 6,3В(если крона),
диод из серии КД226, КД220 и др.
Информационные средства обучения: проектор, интерактивная доска;
ПЭВМ.
Ход урока:
1.
2.
3.
4.
5.
Организационный момент.
Актуализация опорных знаний.
Изучение нового материала.
Закрепление новых знаний.
Выдача домашнего задания.
1. Организационный момент: отметить отсутствующих, заполнить журнал.
2. Актуализация опорных знаний:
Мы продолжаем изучать с вами полупроводниковые приборы, мы
уделяем им
более пристальное внимание, потому как их значимость в
электронной аппаратуре трудно переоценить, а почему( вопрос 1)? Нам
расскажет Батинов Дима:
Ответ: Если в начальный период развития различные отрасли электронной
техники опирались на использование электровакуумных и газоразрядных
приборов, то в настоящее время эти приборы успешно замещаются различными
полупроводниковыми приборами.(слайд 3)
Применение современных полупроводниковых приборов позволило
создавать малогабаритную электронную аппаратуру, увеличить надежность и
срок ее работы, а также значительно уменьшить расход потребляемой энергии.
Немаловажным является и то, что п-п приборы для своей работы не требуют
источников высоких напряжений.
Одним из распространенных электронных приборов являются
полупроводниковые диоды.
Диодом называется прибор с двумя выводами, содержащий один
электронно-дырочный переход.
Наибольшее применение получили германиевые и кремниевые
полупроводниковые диоды, а также диоды, выполненные на основе арсенида
галлия.
Важнейшими достоинствами полупроводниковых диодов являются:
-малые габариты и масса;
- высокий КПД ( свыше 99%);
-отсутствие накаливаемого источника электронов;
-практически неограниченный срок службы;
-высокая надежность.
Поэтому полупроводниковые диоды вначале заставили «потесниться», а
затем практически полностью вытеснили вакуумные диоды из таких широко
распространенных
устройств, как выпрямители переменного тока,
обеспечивающие электропитанием большинство современных электронных
схем.
Широкое распространение получили в современной аппаратуре получили:
выпрямительные диоды, кремниевые стабилитроны, варикапы, туннельные
диоды, диоды Ганна, светодиоды, фотодиоды, импульсные диоды, диоды
сверхвысокочастотного диапазона (СВЧ) и др.
(слайд 4)
Сегодня наша задача- приступить к изучению разновидностей
полупроводниковых диодов, основой которых является Р-N переход. Поэтому,
не зря, на последнем занятии мы изучили физические процессы, происходящие
в р-п переходе, если к нему приложить прямое и обратное напряжение.
Вопрос 2: что такое р-п переход?
Ответ: это область где имеется переход от полупроводника р- типа к
полупроводнику п- типа.
Вопрос 3: А теперь у доски нам расскажет физические процессы в р-п переходе ,
который находиться под прямым напряжением Хабибуллин Азат (слайд 5)
Ответ:
Схематично диод можно представить, как две пластинки
полупроводника, одна из которых обладает электропроводностью типа р, а
другая - n типа. На (рис. 1, а) дырки, преобладающие в пластинке типа р,
условно изображены кружками, а электроны, преобладающие в пластинке типа
n - черными шариками таких же размеров. Эти две области - два электрода
диода: анод и катод. Анодом, т.е. положительным электродом, является
область типа р, а катодом, т.е. отрицательным электродом,- область типа n.
На внешние поверхности пластин нанесены контактные металлические слои, к
которым припаяны проволочные выводы электродов диода. Такой
полупроводниковый прибор может находиться в одном из двух состояний:
открытом, когда он хорошо проводит ток, и закрытом, когда он плохо проводит
ток. Если к его электродам подключить источник постоянного тока, например,
гальванический элемент, но так, чтобы его положительный полюс был соединен
с анодом диода, т.е. с областью типа р, а отрицательный - с катодом, т.е. с
областью типа, n (рис. 1, б), то диод окажется в открытом состоянии и в
образовавшейся цепи потечет ток, значение которого зависит от приложенного
к нему напряжения и свойств диода. При такой полярности подключения
батареи электроны в области типа n перемещаются от минуса к плюсу, т. е. в
сторону области типа р, а дырки в области типа р движутся навстречу
электронам - от плюса к минусу. Встречаясь на границе областей, называемой
электронно - дырочным переходом или, короче, р - n переходом, электроны как
бы «впрыгивают» в дырки, в результате и те, и другие при встрече прекращают
свое существование. Металлический контакт, соединенный с отрицательным
полюсом элемента, может отдать области типа n практически неограниченное
количество электронов, пополняя недостаток электронов в этой области, а
контакт, соединенный с положительным полюсом элемента, может принять из
области типа р такое же количество электронов, что равнозначно введению в
него соответствующего количества дырок.
В этом случае сопротивление р - n перехода мало, вследствие чего через
диод течет
ток, называемый прямым током. Чем больше площадь р - n перехода и
напряжение источника питания, тем больше этот прямой ток.
Вопрос 4: Также у доски нам расскажет физические процессы в р-п
переходе , который
находиться под обратным напряжением Мялина Нина
(слайд 5)
Ответ: Если полюсы элемента поменять местами, как это показано на (рис.
1, в), диод окажется в закрытом состоянии. В этом случае электрические
заряды на диоде поведут себя иначе. Теперь, удаляясь от р - n перехода,
электроны в области типа n будут перемещаться к положительному, а дырки
в области типа р - к отрицательному контактам диода. В результате граница
областей с различными типами электропроводности как бы расширится,
образуя зону, обедненную электронами и дырками (на рис. 1, (в) она
заштрихована и, следовательно, оказывающую току очень большое
сопротивление. Однако в этой зоне небольшой обмен носителями тока между
областями диода все же будет происходить. Поэтому через диод пойдет ток,
но во много раз меньший, чем прямой. Этот ток называют обратным током
диода. На графиках, характеризующих работу диода, прямой ток обозначают
Iпр., а обратный Iобр.
Т.е. мы с вами сделали вывод, что р-п переход обладает односторонней
проводимостью. Давайте посмотрим фильм ,где наглядно показаны физические
процессе р-п перехода ( смотрим фильм –слайд 6)
3 Изучение нового материала:
Просмотрев фильм и повторив пройденный материал мы увидели основное
свойство р-п перехода – свойство односторонней проводимости или вентильное
свойство, которое положено в основу работы многих диодов, а в частности выпрямительных диодов. Поэтому начнем с них. (слайд 7)
Выпрямительный диод – это полупроводниковый диод, предназначенный
для преобразования переменного тока в постоянный и предназначен для работы, в
основном, в выпрямителях переменного тока блоков питания электронной
аппаратуры.
По принципу создания р-п перехода они могут быть плоскостными и
точечными.
Рассмотрим конструкцию плоскостного диода ( слайд 8)
Технология изготовления таких диодов заключается в следующем.На
поверхности квадратной пластины площадью 2-4 мм квадратных толщиной в
несколько долей миллиметра, вырезанной из кристалла полупроводника с
электронной проводимостью, расплавляют маленький кусочек индия. Индий
крепко сплавляется с пластинкой. При этом атомы индия проникают в толщу
пластины и образуют в ней область с преобладанием дырочной
электропроводности. Получается полупроводниковый прибор с двумя областями
различного типа проводимости, а между ними р-п переход. Контактами
электродов диода служат капелька индия и металлический диск или стержень с
выводными проводниками. Так устроены наиболее распространенные
плоскостные и кремниевые диоды. Внешний вид некоторых из них показан на
слайде 7 (показываю).
Структура кристалла и условно-графическое обозначение заносится в
конспект.
Теперь познакомимся с принципом преобразования переменного тока в
постоянный. Рассмотрим простейшую схему включения выпрямительного диода.(
слайд 9).
На вход подается переменное напряжение сети. К выходу подключен резистор
Rн, символизирующий нагрузку., функцию выпрямительного элемента
выполняет диод. Сущность работы иллюстрируют графики, расположенные на
этом же слайде. При положительном полупериоде напряжения на аноде диод
открывается, а значит, и через нагрузку, подключенную последовательно к
выпрямительному диоду , течет прямой ток. При отрицательном полупериоде
напряжения на аноде диода , диод закрывается и во всей цепи, в которую он
включен течет незначительный обратный ток, диод как бы отсекает большую
часть отрицательных полуволн переменного тока. Результат: через нагрузку Rн,
течет уже не переменный , а пульсирующий ток- ток одного направления, но
изменяющегося по значению с частотой50 Гц. Это и есть форма выпрямленного
тока. Таким образом, диод является прибором , обладающим резко выраженной
односторонней проводимостью электрического тока. И если пренебречь малым
обратным током( что и делают на практике), который у исправных диодов не
превышает малые доли миллиампера, можно считать, что диод является
односторонним проводником тока.
Зарисовываем схему и диаграммы в конспект.
Вопрос 5 : Можно ли таким током питать нагрузку? ( студенты думают,
высказывают свое мнение – мнение спорное).Ответ: Можно, он ведь
выпрямленный. Поясняю: Правильно,можно, он выпрямленный , но не
каждую. Например лампу накаливания можно, если, конечно, выходное
напряжение не будет превышать то напряжение на которую рассчитана
лампа. Ее нить будет накаливаться не постоянно, а импульсами, но из-за
тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежуткам между
импульсами, поэтому мерцание света будет едва заметным. А вот приемник
питать нельзя , т.к. в цепях его усилителей ток тоже будет пульсировать с
такой же частотой. В результате в громкоговорителе на выходе приемника
будет прослушиваться гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемым фоном
переменного тока. Этот недостаток можно устранить , если на выходе
выпрямителя параллельно нагрузке подключить конденсатор, выполняющий
роль сглаживающего фильтра. Но это тема следующего урока , где мы будем
рассматривать разнообразные схемы выпрямительных устройств с
применением сглаживающих фильтров и стабилизаторов.
Выраженную одностороннюю проводимость можно наблюдать на
основной характеристике выпрямительного диода – вольт- амперной. Когда
мы с вами говорили об основном свойстве п-р перехода – односторонней
проводимости, мы рисовали его характеристику- также вольт- амперную.
Давайте вспомним , как она выглядит.
К доске выходит студент( вопрос 6) и рисует ВАХ п-р перехода.
Затем я открываю слайд 10 с ВАХ выпрямительного диода и мы сравниваем
эти характеристики – они одинаковые. Прямая ветвь идет круто вверх,
характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением
прямого напряжения. Обратная же ветвь, идет почти параллельно
горизонтальной оси, характеризуя медленный рост обратного тока.
Вольт - амперная характеристика полупроводникового
диода.
Зарисовываем вольт- амперную характеристику в конспект.
Вольт-амперная характеристика изображается в виде кривой , которая
показывает зависимость тока через диод от значения и полярности
приложенного к нему напряжения.
При прямом напряжении сопротивление диода хорошего качества не
превышает нескольких десятков ом, при обратном же напряжении его
сопротивление достигнет десятков, сотен колом и даже мегаом. Вопрос 7:
Рассчитаем статическое прямое и обратное сопротивление диода по
представленной характеристике: ( к доске выходит студент и рассчитывает
сопротивление – работа с графиком и расчет - ) усвоение материала.
По закону Ома R= U/I :
Rпр = 1/0,15 = 6,6 Ом ;
Rобр = 100/0,00005=2000000=2Мом
Чем больше прямое напряжение, приложенное к диоду, тем больше прямой
ток через диод, тем меньше его пропускное сопротивление. В закрытом
состоянии на диоде падает почти все прикладываемое к нему напряжение,
обратный ток чрезвычайно мал, а сопротивление велико. Судить о
сопротивлении диода можно по падению напряжения на нем и току через
него. (Рассчет и вывод записывается в конспект) Вот, собственно, что мы
можем наблюдать на вольт- амперной характеристике диода.
Кроме характеристики рассматриваются также параметры диодов, они
приводятся в справочной литературе для каждого конкретного типа диодов и
по ним выбираются приборы для конкретных электронных схем.
• Iпр.макс - максимально допустимый постоянный прямой ток;
• Uпр – постоянное прямое напряжение, соответствующее заданному
току;
• Uобр.макс – максимально допустимое обратное напряжение диода;
• Iобр.макс – максимально допустимый постоянный обратный ток диода(
если реальный ток больше, чем Iобр.макс, то диод считается
непригодным к использованию);
• Rдиф – дифференциальное сопротивление диода (при заданном режиме
работы)
Основные параметры диода ( слайд11) переписываем в конспект.
При
разработке
выпрямительных
схем
может
возникнуть
необходимость получить выпрямленный ток, превышающий предельно
допустимое значение для одного диода
Вопрос 8: что в этом случае, необходимо сделать?
Ответ: необходимо применить параллельное включение диодов. К доске
выходит студент и рисует схему с параллельным включением диодов (рис а)
Прослеживается
прямая связь
с предметом электротехника, и закрепление материала.
В высоковольтных цепях используется последовательное включение
диодов.При таком включении напряжение распределяется между всеми
диодами.Для выравнивания обратных сопротивлений включаются резисторы
порядка 100 кОм. Начертите такую схему.
Ответ:выходит студент к доске и рисует последовательное включение
диодов(рис б)
Схемы заносятся в конспект.
4.Закрепление изученного материала.
Для лучшего понимания материала данного урока и чтобы лучше
закрепить наше представление о свойстве данного диода давайте проведем
опыт:
Опыт: В электрическую цепь, составленную из батареи, лампочки
накаливания включаем диод серии КД226, так , чтобы анод диода был
соединен непосредственно или через лампочку с положительным выводом
батареи, а катод – с отрицательным. Лампочка должна гореть, так же,
как если бы диода не было в цепи. Изменим порядок включения электродов
диода в цепь на обратный. Лампочка не горит. Почему? ( Вопрос 9)
Ответ: (Тарасевич Юра) В первом случае диод был открыт, т.к. на него
подавалось прямое напряжение, во втором случае диод был закрыт, т.к. к
нему прикладывалось обратное напряжение, равное напряжению батареи.
Лампочка была как бы индикатором наличия тока в цепи.
Опыт с
диодом.
Это мы говорили о плоскостных диодах, существуют еще точечные, теперь
поговорим о них. Посмотрим небольшой фильм, где показано, как
выполняется точечная структура и где применяются точечные диоды.
Смотрим ролик ( слайд 12)
После просмотра вопрос 10: Какое свойство п-р ререхода используется в
данных диодах?
Ответ: свойство односторонней проводимости.
Вопрос 11: Что показывает основная характеристика диода и как она
называется?
Ответ: Вольт-амперная, показывает зависимость тока и напряжения диода, и
именно на ней можно увидеть одностороннюю проводимость.
Вопрос 12: в чем отличие плоскостной и точечной структуры диода?
Ответ: при точечной структуре используется токовая формовка, это
уменьшает толщину п-р перехода, уменьшается его емкость, повышается
быстродействие диода.
На этом наш урок закончен. Во время урока активно работали и отвечали на
вопросы следующие студенты:……( выставляются оценки в журнал).
5. Домашнее задание.
Ваше домашнее задание будет заключаться в следующем: 1.Просмотрев
ролик, повторив дома пройденный материал, и используя рекомендуемую
литературу составить конспект – дать сравнительную оценку плоскостным и
точечным диодам.
2. Б.С.Гершунский «Основы электроники и
микроэлектроники» стр 85-98.