Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройство и принцип работы диода

Устройство и принцип работы диода

Диод — простейший полупроводниковый прибор, который можно встретить сегодня на печатной плате любого электронного устройства. В зависимости от внутренней структуры и технических характеристик, диоды классифицируются на нескольких видов: универсальные, выпрямительные, импульсные, стабилитроны, туннельные диоды и варикапы. Они применяются для выпрямления, ограничения напряжения, детектирования, модуляции и т. д. — в зависимости от назначения устройства, в котором применяются.

Выпрямительные диоды

Основа диода — p-n-переход, сформированный полупроводниковыми материалами с двумя разными типами проводимости. К кристаллу диода присоединены два вывода, называемые катод (минусовой электрод) и анод (плюсовой электрод). На стороне анода находится область полупроводника p-типа, а на стороне катода — область n-типа. Данное устройство диода обеспечивает ему уникальное свойство — он проводит ток лишь в одном (прямом) направлении, от анода — к катоду. В обратном направлении обычный исправный диод ток не проводит.

В области анода (p-типа), основными носителями заряда являются положительно заряженные дырки, а в области катода (n-типа) — отрицательно заряженные электроны. Выводы диода представляют собой контактные металлические поверхности к которым и припаяны выводы.

Когда диод проводит ток в прямом направлении, это значит что он находится в открытом состоянии. Если ток через p-n-переход не идет, значит диод закрыт. Таким образом, диод может находиться в одном из двух устойчивых состояний: или открыт или закрыт.

Включив диод в цепь источника постоянного напряжения, анодом к плюсовой клемме, а катодом — к минусовой, получим смещение p-n-перехода в прямом направлении. И если напряжение источника окажется достаточным (для кремниевого диода хватит 0,7 вольт), то диод откроется и начнет проводить ток. Величина этого тока будет зависеть от величины приложенного напряжения и от внутреннего сопротивления диода.

Почему диод перешел в проводящее состояние? Потому что при правильном включении диода, электроны из n-области, под действием ЭДС источника, устремились к его положительному электроду, навстречу дыркам из p-области, которые теперь движутся в сторону отрицательного электрода источника, навстречу электронам.

На границе областей (на самом p-n-переходе) в это время происходит рекомбинация электронов и дырок, их взаимное поглощение. А источник вынужден непрерывно поставлять новые электроны и дырки в область p-n-перехода, увеличивая их концентрацию.

А что случится если диод включить наоборот, катодом к плюсовой клемме источника, а анодом — к минусовой?Дырки и электроны разбегутся в разные стороны — к выводам — от перехода, и в окрестности перехода возникнет зона обедненная носителями заряда — потенциальный барьер. Ток обусловленный основными носителями заряда (электронами и дырками) попросту не возникнет.

Но кристалл диода не идеален, в нем кроме основных носителей заряда присутствуют еще и неосновные носители заряда, которые и создадут очень незначительный обратный ток диода, измеряемый микроамперами. Но диод в данном состоянии закрыт, так как p-n-переход его смещен в обратном направлении.

Напряжение, при котором диод переходит из закрытого состояния в открытое, называется прямым напряжением диода (смотрите — Основные параметры диодов), которое по сути является падением напряжения на p-n-переходе. Сопротивление диода току в прямом направлении не постоянно, оно зависит от величины тока через диод и имеет размер порядка единиц Ом. Напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается, называется обратным напряжением диода. Обратное сопротивление диода в этом состоянии измеряется тысячами Ом.

Принцип действия выпрямительного диода

Очевидно, диод может переходить из открытого состояния в закрытое и обратно при смене полярности приложенного к нему напряжения. На данном свойстве диода основана работа выпрямителя. Так, в цепи синусоидального переменного тока диод будет проводить ток лишь во время положительной полуволны, а во время отрицательной — будет заперт.

Как устроены и работают полупроводниковые диоды

Как устроены и работают полупроводниковые диодыД иод — самый простейший по устройству в славном семействе полупроводниковых приборов. Если взять пластинку полупроводника, например германия, и в его левую половину ввести акцепторную примесь, а в правую донорную, то с одной стороны получится полупроводник типа P, соответственно с другой типа N. В середине кристалла получится, так называемый P-N переход, как показано на рисунке 1.

На этом же рисунке показано условное графическое обозначение диода на схемах: вывод катода (отрицательный электрод) очень похож на знак «-». Так проще запомнить.

Всего в таком кристалле две зоны с различной проводимостью, от которых выходят два вывода, поэтому полученный прибор получил название диод, поскольку приставка «ди» означает два.

В данном случае диод получился полупроводниковый, но подобные устройства были известны и раньше: например в эпоху электронных ламп был ламповый диод, называвшийся кенотрон. Сейчас такие диоды ушли в историю, хотя приверженцы «лампового» звука считают, что в ламповом усилителе даже выпрямитель анодного напряжения должен быть ламповым!

Строение диода и обозначение диода на схеме

Рисунок 1. Строение диода и обозначение диода на схеме

На стыке полупроводников с P и N проводимостями получается P-N переход (P-N junction), который является основой всех полупроводниковых приборов. Но в отличии от диода, у которого этот переход лишь один, транзисторы имеют два P-N перехода, а, например, тиристоры состоят сразу из четырех переходов.

P-N переход в состоянии покоя

Даже если P-N переход, в данном случае диод, никуда не подключен, все равно внутри него происходят интересные физические процессы, которые показаны на рисунке 2.

Диод в состоянии покоя

Рисунок 2. Диод в состоянии покоя

В области N имеется избыток электронов, она несет в себе отрицательный заряд, а в области P заряд положительный. Вместе эти заряды образуют электрическое поле. Поскольку разноименные заряды имеют свойство притягиваться, электроны из зоны N проникают в положительно заряженную зону P, заполняя собой некоторые дырки. В результате такого движения внутри полупроводника возникает, хоть и очень маленький (единицы наноампер), но все-таки ток.

В результате такого движения возрастает плотность вещества на стороне P, но до определенного предела. Частицы обычно стремятся распространяться равномерно по всему объему вещества, подобно тому, как запах духов распространяется на всю комнату (диффузия), поэтому, рано или поздно, электроны возвращаются обратно в зону N.

Если для большинства потребителей электроэнергии направление тока роли не играет, — лампочка светится, плитка греется, то для диода направление тока играет огромную роль. Основная функция диода проводить ток в одном направлении. Именно это свойство и обеспечивается P-N переходом.

Далее рассмотрим, как ведет себя диод в двух возможных случаях подключения источника тока.

Включение диода в обратном направлении

Если к полупроводниковому диоду подключить источник питания, как показано на рисунке 3, то ток через P-N переход не пройдет.

Обратное включение диода

Рисунок 3. Обратное включение диода

Как видно на рисунке, к области N подключен положительный полюс источника питания, а к области P – отрицательный. В результате электроны из области N устремляются к положительному полюсу источника. В свою очередь положительные заряды (дырки) в области P притягиваются отрицательным полюсом источника питания. Поэтому в области P-N перехода, как видно на рисунке, образуется пустота, ток проводить просто нечем, нет носителей заряда.

При увеличении напряжения источника питания электроны и дырки все сильней притягиваются электрическим полем батарейки, в области же P-N перехода носителей заряда остается все меньше. Поэтому в обратном включении ток через диод не идет. В таких случаях принято говорить, что полупроводниковый диод заперт обратным напряжением.

Увеличение плотности вещества около полюсов батареи приводит к возникновению диффузии, — стремлению к равномерному распределению вещества по всему объему. Что и происходит при отключении элемента питания.

Полупроводниковый диод

Обратный ток полупроводникового диода

Вот здесь как раз и настало время вспомнить о неосновных носителях, которые были условно забыты. Дело в том, что даже в закрытом состоянии через диод проходит незначительный ток, называемый обратным. Этот обратный ток и создается неосновными носителями, которые могут двигаться точно так же, как основные, только в обратном направлении. Естественно, что такое движение происходит при обратном напряжении. Обратный ток, как правило, невелик, что обусловлено незначительным количеством неосновных носителей.

С повышением температуры кристалла количество неосновных носителей увеличивается, что приводит к возрастанию обратного тока, что может привести к разрушению P-N перехода. Поэтому рабочие температуры для полупроводниковых приборов, — диодов, транзисторов, микросхем ограничены. Чтобы не допускать перегрева мощные диоды и транзисторы устанавливаются на теплоотводы – радиаторы.

Включение диода в прямом направлении

Показано на рисунке 4.

Прямое включение диода

Рисунок 4. Прямое включение диода

Теперь изменим полярность включения источника: минус подключим к области N (катоду), а плюс к области P (аноду). При таком включении в области N электроны будут отталкиваться от минуса батареи, и двигаться в сторону P-N перехода. В области P произойдет отталкивание положительно заряженных дырок от плюсового вывода батареи. Электроны и дырки устремляются навстречу друг другу.

Заряженные частицы с разной полярностью собираются около P-N перехода, между ними возникает электрическое поле. Поэтому электроны преодолевают P-N переход и продолжают движение через зону P. При этом часть из них рекомбинирует с дырками, но большая часть устремляется к плюсу батарейки, через диод пошел ток Id.

Этот ток называется прямым током. Он ограничивается техническими данными диода, некоторым максимальным значением. Если это значение будет превышено, то возникает опасность выхода диода из строя. Следует, однако, заметить, что направление прямого тока на рисунке совпадает с общепринятым, обратным движению электронов.

Можно также сказать, что при прямом направлении включения электрическое сопротивление диода сравнительно небольшое. При обратном включении это сопротивление будет во много раз больше, ток через полупроводниковый диод не идет (незначительный обратный ток здесь в расчет не принимается). Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что диод ведет себя подобно обычному механическому вентилю: повернул в одну сторону — вода течет, повернул в другую — поток прекратился. За это свойство диод получил название полупроводникового вентиля.

Чтобы детально разобраться во всех способностях и свойствах полупроводникового диода, следует познакомиться с его вольт – амперной характеристикой. Также неплохо узнать о различных конструкциях диодов и частотных свойствах, о достоинствах и недостатках. Об этом будет рассказано в следующей статье.

Делаем из «идеального диода» настоящий идеальный диод

Такие схемы называют идеальными диодами или «супер-диодами». Почему? В теории, диод — простая штука. В одном направлении пропускает ток, в другом — не пропускает. Но на практике, на при прохождении через диод тока, между его анодом и катодом возникает падение напряжения. Для кремниевого диода это 0,5-1В, для германиевого — 0,3-0,5В. Существуют еще диоды Шотки, там падение самое низкое, но и у них меньше 0,25 мне не попадалось. На первый взгяд, это не проблема — какая-то там четвертушка вольта. Но бывают ситуации, когда ее-то нам и не хватает. К примеру, при зарядке литиевого аккумулятора. Четверть вольта — это 25-40% недозаряда аккумулятора. Некоторые контроллеры даже не начнут зарядку, если напряжение источника питания ниже определенного уровня. А зачем ток питания пропускать через диод? Если мы хотим заяжать наш аккумулятор из двух разных источников (солнечной батареи и сетевой зарядки) и требуется гарантировать, что они не будут влиять друг на друга.

Есть еще одна ситуация, при которой нам критически важно падение напряжения на p-n переходе диода — когда мы пропускаем большие токи. Выделяемая на диоде мощность, как известно, равна произведению тока на падение напряжения. А мощность — это нагрев. Это проблемы охлаждения и потеря полезной энергии. Нам такое надо? Нет, нам такого не надо.

Для уменьшения падения напряжения на p-n переходе человечество изобрело полевой трандистор. Полевой, т.е. управляемый электрическим полем, читай — напряжением. В отличии от биполярного, который управляется током базы. Преимущесто такого транзистора — очень низкое падение напряжения в открытом состоянии. Он почти как реле, и по изолированию управляющего контакта от силового и по падению напряжения в силовой цепи. Но его выгодно отличают от реле низкие токи потребления, быстрота срабатывания и отсутвие дребезга контактов.

Но транзистор — не диод. Транзистором нужно научиться управлять. Для этого приходится сооружать специальную схему. Она будет открывать транзистор, когда приложено напряжение в одном направлении и закрывать — когда в противоположном.

Одна из таких схем перед нами.

Я не стал вникать в принцип ее работы и сразу решил испытать ее в действии.
Надо сказать, что в отличии от классчического диода, для работы таких схем нужно подключение и к "+" и к "-". Так что на плате 4 контакта — вход и выход. Собираем тестовую цепь:

Нагрузкой будет резистор. До напряжения в 3 вольта ток не идет. Все 3 вольта приходятся на «супер-диод». Это важное обстоятельство, коммутировать цепи с напряжением ниже 3 вольт таким устройством неполучится.

Выше трех вольт ток пошел и сразу падение напряжения 0,171В. Это меньше чем на обычном диоде, но многовато для идеального диода. Не о том я мечтал, не о том.

При 4 вольтах ситуация заметно веселее: на резистор потек ток 108мА, а на плате спотыкается всего 59мВ. Но к 550мА надение снова растет, достигая почти «диодных» 183мВ.
Обратимся к описанию продавца:

Input voltage: DC3-30V, the input voltage is within this range
Output voltage: the difference with the input voltage, maximum 0.2V
Output current: 4A, MAX, peak current maximum 6A
Dimensions: length 24mm, width 16mm

В принципе, даже наши 183мВ укладываются в заявленные 0,2В. Но интуиция подтолкнула меня поднять документацию на мосфет. Здесь применяются 2 мосфета 4407. Вот выдержка из pdf:

17мОм! Да у нас раз в 30 больше тут! Явно что-то не то.

Я когда-то собрал аналогичную по назначению схему, но поменьше и работающую сразу как два диода с объединенным катодом. Служит она для направления питания на потребитель от любого из двух источников. Вот что у меня тогда получилось:

На одной стороне — один «диод», на другой — другой. Выходные контакты сквозные и подключаются к потребителю.
Сердечко этой малютки — транзитор IRLML6402, годен для коммутации напряжения до 20В с током в 2,2А (ого!) Для управления служат 2 биполярных транзистора. Сопротивления в цепях базы завершают композицию. И все превосходно работало у меня. Конечно, заявленного падения напряжения в 0,065 вольта на ампер достичь не удалось, но что-то около получалось.

И я заказал на Али новые мосфеты. Вскоре приехала вот такая ленточка:

Даже на первый взгляд было видно, что они совсем не похожи на те, что установлены на моей плате. Отличается и маркировка и точка. Греем, снимаем старые, ставим новые, остужаем, промываем флюс.

Not good, not terrible. Припой там и так был как куча оловянных шариков, так что лишний раз прогреть пошло на пользу. Итак, тестируем:

Ба! Да это же другое дело!

Я прогнал тест в интересном для меня диапазоне токов, составил график и вот что получилось:

Дальше проверил лишь одну точку — при 2А падение напряжения было 0,16В, стало 0,07В.
Так и есть. На плате были поддельные транзисторы. Но сама схема работает превосходно, надо только поменять 4407.

Выводы:
1. «Идеальные диоды» существуют. Они радикально лучше обычных, с точки зрения падения напряжения, но у них есть свои особенности (порог открытия, утечки в закрытом состоянии, необходимость подключения к двум полюсам).
2. Купленные «идеальные диоды» используют поддельные мосфеты. Они тоже работают, но по падению напряжения в 2-3 раза хуже.
3. После установки нормальных мосфетов схема обретает полную работоспособность.

Ссылки:

Транзистор MOSFET 4407: 70 рублей за 10 штук

Если тема интересная, расскажу про свой вариант «идеального диода». Моя первая изготовленная на 3Д принтере плата.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ И ДИОДЫ

Привет всем читателям "Радиосхем", меня зовут Дима и сегодня я расскажу простыми словами о полупроводниках и их свойствах, а также о транзисторах и диодах. Итак, приступим, для начала вспомните, какие вы элементы электроники встречали? И их принцип работы? Если вы начали сразу изучать диоды и транзисторы, то у вас возникнет много вопросов. Поэтому лучше начать с закона Ома, а потом приступить к более простым конструкциям. Транзисторы и диоды – не очень простые элементы, обладающие свойством полупроводника.

Вы знаете как работает простой проводник — ничего сложного. Электроны с большой скоростью проходят через атом, сталкиваясь с ними. При этом возникает сопротивление, вы уже встречали это слово, конечно встречали. Вот лучший друг сопротивления называется резистор. Резистор – это пассивный элемент, обладающей бОльшим сопротивлением, чем обычный проводник. Ладно, идём дальше, нам надо узнать что же представляет из себя полупроводник? У полупроводника в атомной связи есть лишние электроны, их называют свободными электронами, и есть дырки. Дырки – это пустые места, в которых должны находиться электроны. На рисунке 1, изображено внутреннее строение межатомных связей полупроводника.

Рисунок 1. Внутреннее строение межатомных связей полупроводника.

Теперь разберёмся — как полупроводник пропускает ток. Представим, что мы подключили полупроводник к гальваническому элементу, например к обычной батарее. Ток начинает двигаться от плюса к минусу. При тепловых явлениях электроны проходящие через полупроводник начинают выхватывать из межатомных связей электроны. Происходят дырки, а свободные электроны сопровождаются проходящими электронами гальванического элемента. Те же электроны, которые попадут на дырку, как бы впрыгнут в неё, восстановив межатомную связь. Проще говоря в полупроводнике при поступлении на него тока нарушаются межатомные связи, электроны вылетают и становятся свободным, другие заполняют дырки, встретив на их пути. И этот процесс происходит бесконечно. На рисунке 2 показано движение электронов.

Рисунок 2. Движение и направление электронов и дырок.

Полупроводниковые диоды

Итак, мы разобрались что из себя представляет полупроводник и какой у него принцип работы. Теперь приступим к диодам, не самым простейшим радиоэлектронным элементам. Выше уже говорил про p-n переход. Теперь подробней: p — это positive (позитив, положительный), n — negative (негатив, отрицательный). Давайте разберёмся как движутся электроны в диоде. Представим, если мы подключим гальванический элемент, например батареи так, чтоб была полярность. Ах да — мы же не разобрались в полярности. Мы уже знаем структуру диода: p-n переход, p — положительный является анодом, n — отрицательный является катодом. На корпусе диода есть тоненькая белая полоска — она чаще всего является катодом, её присоединяют к минусу, а другой вывод является анодом, который присоединяется к плюсу. Теперь разберёмся с движение электронов. Мы присоединили полярно выводы диода, теперь возникает ток. Электроны положительной области начинают двигаться к минусу батареи, а электроны отрицательной области начинают двигаться к плюсу, они встречаются друг с другом, электроны как бы впрыгивают в дырки, в результате и те и другие прекратили своё существование. Эта электропроводность называется электроно-дырочной электропроводностью, электроны движутся с небольшим сопротивлением, показано на рисунке 3 (А). Этот ток называется прямым током Iпр, а что же будет если поменять полярность так, чтобы анод был соединён с минусом, а катод с плюсом. Что же будет происходить? Положительная область, короче дырки начнут двигаться к минусу батареи, а свободные электроны к плюсу, в результате возникнет большая область, она заштрихована на рисунке 3 (Б). Этот ток называется обратным, обладающим очень большим сопротивлением, превышающим несколько сотен Ом, килоом и даже мегаом.

Итак, разобрались с p-n переходом, давайте теперь поговорим о предназначении диода. Диоды используются для детекторных приёмников, чтобы из переменного тока создавать пульсирующий постоянный. А что такое вообще переменный ток? Давайте вспоминать. Переменный ток — это ток который способен менять своё направление в течении каждого полупериода, единицы времени. Как же диод сможет сделать из переменного тока пульсирующий? А вот как: вы же помните, что диод пропускает ток только в одну сторону.

Рисунок 3. Движение электронов обратного и прямого тока в диоде.

Когда ток начинает двигаться от плюса к минусу, проходит прямой ток, спокойно без большого сопротивления, но когда ток начинает двигаться от минуса к плюсу, то возникает обратный ток, который диод не пропускает. Вы наверняка видели график переменного напряжения, такая волнистая линия — сунусоида. Если прикрыть нижнюю линию, то получиться пульсирующий ток. Значит диод как бы отсёк нижнею часть. Ток будет двигаться только в одну сторону — это от плюса к минусу. Разобрались? Тогда теперь приступим к транзисторам.

Биополярные и полевые транзисторы

Итак, мы подошли к биополярным и полевым транзисторам. Мы изучим только биополярные транзисторы, а полевые пока не будем трогать — отложим для следующего занятия. Биополярные транзисторы ещё иногда называют простыми. В общем мы уже изучили полупроводники и их свойства, а также диод и p-n переход. Теперь подошли к более сложной структуре. Структуре? Думаете что же это, мы уже изучили структуру диода. Напомним, что структура – это несколько полупроводников обладающим либо дырочной проводимостью, либо электронной проводимостью, вот эта структура знакома как p-n переход. У простого (биполярного) транзистора есть две структуры. Это p-n-p структура и n-p-n структура. А вы же не изучили выводы. Ну конечно, в простом транзисторе как и в полевом три вывода. Только у обычного транзистора другие название выводов и другой принцип работы. Ладно, давайте рассмотрим p-n-p структуру. Первый вывод это база, обладающая управляющим током, второй вывод — эмиттер, взаимодействует с базой, и третий вывод — коллектор, с него снимается повышенный ток. Теперь определим где какой вывод и к какой области он относиться. Первый вывод база, она принадлежит к электронной области, то есть "n", дальше эмиттер — принадлежит к положительному выводу который слева от базы, и коллектор принадлежит к положительному выводу, который справа от базы.

Итак, разберёмся с принципом работы транзистора. Если ток направить на эмиттер и на базу, то получиться p-n переход, там произойдёт избыток электронов, в результате коллектор соберёт этот сильный поток электронов и ток будет усиленный. Я забыл сказать — транзистор как и диод может находиться в двух состояниях: закрытом и открытом. Всё, мы разобрались с транзисторами и диодами, рисунок двух структур p-n-p и n-p-n показан ниже.

Рисунок 4. Две структуры транзистора: p-n-p и n-p-n.

На этом статья закончена, если что-то не понятно — обращайтесь, расскажу и отвечу. Всем пока. С вами был Дмитрий Цывцын.

Форум по обсуждению материала ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ И ДИОДЫ

Принципиальная схема гальванической развязки для 8-канального логического анализатора. Скорость передачи данных до 10 Мбит.

Схема простого кварцованного передатчика FM диапазона на мощность до 0,2 Вт, при питании от 12 В.

Модуль драйвера BLDC двигателя жесткого диска — принципиальные электрические схемы включения и обзор готовых блоков.

Теория работы импульсных источников питания и варианты схемотехники.

Урок 25. Приборы, преобразующие электрические сигналы

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.

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Шлифовка наждачной бумагой дерева
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector