Номер 12, страница 100, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

12. Как выглядит вольт-амперная характеристика полупроводникового диода?

12. Как выглядит вольт-амперная характеристика полупроводникового диода?

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) — это графическое представление зависимости силы тока $\text{I}$, протекающего через полупроводниковый диод, от величины приложенного к нему напряжения $\text{U}$. Эта характеристика является существенно нелинейной, что и определяет основные свойства и области применения диода. ВАХ диода состоит из двух ветвей: прямой и обратной.

Прямая ветвь ВАХ соответствует прямому смещению (включению) диода, когда положительный полюс источника напряжения подключен к аноду (p-область), а отрицательный — к катоду (n-область). В этом режиме:

1. При малых значениях напряжения (до так называемого порогового напряжения $U_{пор}$) ток через диод очень мал. Это связано с необходимостью преодолеть внутренний потенциальный барьер p-n перехода.

2. Когда прямое напряжение достигает и превышает пороговое значение (для кремниевых диодов это примерно 0.6-0.7 В, для германиевых — 0.2-0.3 В), сопротивление диода резко падает, и ток через него начинает быстро, по экспоненциальному закону, возрастать. Диод считается «открытым».

Обратная ветвь ВАХ соответствует обратному смещению (включению) диода, когда полярность внешнего источника меняется на противоположную (минус к аноду, плюс к катоду). В этом режиме:

1. Через диод протекает очень малый обратный ток насыщения $I_S$ (обычно от наноампер до микроампер). Этот ток обусловлен движением неосновных носителей заряда и практически не зависит от величины обратного напряжения в широком диапазоне.

2. При достижении некоторого критического обратного напряжения, называемого напряжением пробоя $U_{проб}$, происходит резкое увеличение обратного тока. Это явление может быть вызвано эффектом Зенера или лавинным умножением носителей. Для обычных выпрямительных диодов пробой является необратимым и приводит к выходу прибора из строя. Однако существуют специальные диоды (стабилитроны), которые спроектированы для работы в режиме обратимого пробоя и используются для стабилизации напряжения.

Математически ВАХ идеального диода описывается уравнением Шокли: $I = I_S (e^{\frac{qU}{kT}} - 1)$ где $\text{I}$ — ток через диод, $I_S$ — обратный ток насыщения, $\text{U}$ — напряжение на диоде, $\text{q}$ — элементарный заряд, $\text{k}$ — постоянная Больцмана, $\text{T}$ — абсолютная температура.

Ответ: Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода является нелинейной. Она состоит из двух ветвей. Прямая ветвь показывает экспоненциальный рост тока при приложении прямого напряжения выше порогового значения (около 0.7 В для кремния). Обратная ветвь показывает очень малый, почти постоянный обратный ток при приложении обратного напряжения, вплоть до напряжения пробоя, при котором ток резко возрастает.