Номер 4, страница 335 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

4. В чём заключаются преимущества полупроводниковых диодов по сравнению с вакуумными диодами?

4. В чём заключаются преимущества полупроводниковых диодов по сравнению с вакуумными диодами?

Полупроводниковые диоды, являясь твердотельными устройствами, обладают рядом ключевых преимуществ по сравнению с их предшественниками — вакуумными диодами (электронными лампами). Эти преимущества обусловили их доминирующее положение в современной электронике.
К основным преимуществам относятся:
1. Малые габариты и вес. Полупроводниковые диоды чрезвычайно компактны, что позволяет создавать миниатюрные электронные устройства. Вакуумные диоды, напротив, громоздки и тяжелы из-за своей конструкции (стеклянная колба, электроды).
2. Высокая экономичность. В отличие от вакуумных диодов, полупроводниковым не требуется цепь накала для разогрева катода, который в лампах служит источником электронов. Отсутствие накала кардинально снижает энергопотребление и выделение тепла.
3. Высокая надёжность и долговечность. Полупроводниковые диоды не имеют хрупких стеклянных частей или нити накала, которая со временем перегорает. Это делает их очень устойчивыми к механическим воздействиям (ударам, вибрации) и обеспечивает значительно больший срок службы.
4. Мгновенная готовность к работе. Полупроводниковый диод начинает выполнять свои функции сразу после подачи на него напряжения. Вакуумному диоду требуется определённое время (от нескольких секунд до минуты) на разогрев катода.
5. Низкая стоимость. Современные технологии позволяют производить полупроводниковые приборы в огромных количествах с очень низкой себестоимостью, что делает их доступными для самого широкого круга применений.
6. Возможность работы при низких напряжениях. Полупроводниковые диоды эффективно работают в низковольтных схемах (единицы и доли вольта), что является необходимым условием для работы портативной электроники с батарейным питанием.

Ответ: Основные преимущества полупроводниковых диодов по сравнению с вакуумными — это миниатюрность, малое энергопотребление, высокая механическая прочность и долговечность, мгновенная готовность к работе, низкая стоимость и способность работать в низковольтных цепях.

5. Какие недостатки присущи полупроводниковым диодам?

Несмотря на многочисленные достоинства, полупроводниковые диоды не лишены недостатков, которые могут ограничивать их применение в некоторых специфических условиях.
Основные недостатки таковы:
1. Высокая чувствительность к температуре. Электрические характеристики полупроводниковых диодов (например, прямое падение напряжения, обратный ток утечки) сильно зависят от температуры окружающей среды. Значительный перегрев может привести к так называемому тепловому пробою и необратимому выходу диода из строя. Поэтому мощные диоды требуют использования радиаторов для отвода тепла.
2. Чувствительность к электрическим перегрузкам. Полупроводниковые диоды могут быть легко повреждены даже кратковременными импульсами тока или напряжения, превышающими их предельно допустимые значения. Вакуумные лампы в этом плане более устойчивы и могут выдерживать значительные кратковременные перегрузки.
3. Низкая радиационная стойкость. Ионизирующее излучение (например, в космосе или вблизи ядерных реакторов) может повредить кристаллическую решётку полупроводника, что приводит к ухудшению или полной потере его свойств. Вакуумные приборы гораздо более устойчивы к радиации.
4. Наличие обратного тока утечки. Идеальный диод не должен пропускать ток в обратном направлении. Однако через реальный полупроводниковый диод при обратном смещении протекает небольшой ток утечки. Этот ток мал, но он увеличивается с ростом температуры и может быть критичным в некоторых высокоточных схемах.
5. Ограничения по мощности и напряжению. Хотя существуют очень мощные полупроводниковые приборы, в области сверхвысоких мощностей и напряжений (например, в мощных радарах, промышленных установках или вещательных передатчиках) до сих пор применяются специализированные вакуумные приборы (магнетроны, клистроны и др.), поскольку они способны работать с нагрузками, недостижимыми для отдельных полупроводниковых элементов.

Ответ: Главными недостатками полупроводниковых диодов являются сильная зависимость их параметров от температуры, низкая стойкость к перегрузкам по току и напряжению, чувствительность к ионизирующему излучению и наличие небольшого обратного тока.