Номер 6, страница 335 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

6. Почему полупроводниковый диод нельзя использовать для выпрямления тока при очень малых переменных напряжениях?

Решение

Полупроводниковый диод — это прибор, обладающий односторонней проводимостью. Он пропускает электрический ток преимущественно в одном направлении (прямом) и практически не пропускает в обратном. Однако это свойство проявляется не при любом напряжении.

Для того чтобы диод начал пропускать ток в прямом направлении, к нему необходимо приложить напряжение, превышающее определённое пороговое значение. Это напряжение называется прямым падением напряжения ($V_f$) или пороговым напряжением. Оно необходимо для преодоления потенциального барьера p-n-перехода внутри диода. Пока приложенное прямое напряжение меньше этого порогового значения, ток через диод будет пренебрежимо мал.

Величина порогового напряжения зависит от материала полупроводника: для наиболее распространенных кремниевых (Si) диодов $V_f$ составляет примерно 0,6–0,7 В, а для германиевых (Ge) — около 0,2–0,3 В.

Процесс выпрямления переменного тока основан на том, что диод пропускает только одну полуволну переменного напряжения (положительную или отрицательную, в зависимости от включения), блокируя другую.

Если на диод подать очень малое переменное напряжение, амплитуда которого ($V_{peak}$) меньше порогового напряжения диода ($V_{peak} < V_f$), то диод не откроется даже в течение той полуволны, которая соответствует прямому включению. Напряжения будет недостаточно для преодоления внутреннего потенциального барьера. В результате диод будет оставаться в закрытом состоянии в течение всего периода переменного сигнала, и ток через него протекать не будет.

Следовательно, при очень малых переменных напряжениях диод не может выполнять свою выпрямительную функцию, так как он не переходит в проводящее состояние.

Ответ: Для того чтобы полупроводниковый диод начал проводить ток, к нему необходимо приложить прямое напряжение, превышающее пороговое значение (для кремниевых диодов это напряжение составляет примерно 0,7 В). Если амплитуда переменного напряжения меньше этого порогового значения, диод не откроется и не будет проводить ток ни в одном из полупериодов. Таким образом, процесс выпрямления не произойдет.