Номер 1, страница 154 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

1. Как устроен и работает полупроводниковый диод? Где он применяется?

1. Как устроен и работает полупроводниковый диод? Где он применяется?

Устройство. Полупроводниковый диод — это электронный прибор, состоящий из кристалла полупроводника (чаще всего кремния или германия), в котором созданы две области с разным типом проводимости. Эти области называются p-областью и n-областью, а граница между ними — p-n переходом.

• p-область (анод) имеет дырочную проводимость. Она создается путем введения в полупроводник акцепторной примеси (например, бора для кремния). Атомы примеси создают «дырки» — незаполненные валентные связи, которые ведут себя как положительные носители заряда.
• n-область (катод) имеет электронную проводимость. Она создается путем введения донорной примеси (например, фосфора для кремния), атомы которой поставляют в кристалл свободные электроны — отрицательные носители заряда.

На границе этих двух областей (на p-n переходе) происходит диффузия носителей заряда: электроны из n-области переходят в p-область и рекомбинируют с дырками, а дырки — наоборот. В результате вблизи перехода образуется обедненный слой, лишенный свободных носителей заряда. В этом слое возникает внутреннее электрическое поле, создающее потенциальный барьер, который препятствует дальнейшей диффузии.

Принцип работы. Работа диода основана на свойстве p-n перехода по-разному проводить ток в зависимости от полярности приложенного напряжения.

• Прямое смещение (диод открыт). Если к p-области (аноду) подключить положительный полюс источника, а к n-области (катоду) — отрицательный, то внешнее электрическое поле будет направлено против внутреннего поля потенциального барьера. Это приводит к уменьшению высоты барьера. Основные носители заряда (электроны и дырки) получают возможность преодолеть барьер и двигаться навстречу друг другу. Через диод начинает протекать значительный прямой ток.
• Обратное смещение (диод закрыт). Если к p-области подключить отрицательный полюс, а к n-области — положительный, то внешнее поле будет направлено так же, как и внутреннее. Потенциальный барьер и ширина обедненного слоя увеличатся. Это препятствует движению основных носителей заряда. Через диод протекает лишь очень малый обратный ток (ток утечки), обусловленный движением неосновных носителей заряда. Величина этого тока крайне мала (микро- или наноамперы).

Таким образом, основное свойство диода — это односторонняя проводимость: он хорошо проводит ток в прямом направлении и практически не проводит в обратном.

Применение. Благодаря своему свойству односторонней проводимости диоды широко используются в электронике:

• Выпрямители переменного тока: в блоках питания для преобразования переменного тока в постоянный.
• Детектирование сигналов: в радиоприемниках для выделения низкочастотной составляющей из модулированного высокочастотного сигнала.
• Логические схемы: как ключевые элементы в построении логических вентилей (И, ИЛИ).
• Защита от переполюсовки: для предотвращения повреждения схем при неправильном подключении источника питания.
• Специальные типы диодов: светодиоды (излучают свет при прохождении тока), фотодиоды (генерируют ток под действием света), стабилитроны (используются для стабилизации напряжения), варикапы (изменяют свою емкость в зависимости от приложенного напряжения).

Ответ: Полупроводниковый диод состоит из p-n перехода, который образуется на стыке двух полупроводниковых областей с электронной (n) и дырочной (p) проводимостью. Его работа основана на свойстве односторонней проводимости: при прямом смещении (плюс к p-области, минус к n-области) он открыт и проводит ток, а при обратном — закрыт и почти не проводит. Применяется в выпрямителях, детекторах, логических схемах, а также в виде специальных приборов, таких как светодиоды и стабилитроны.