Номер 13, страница 100, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

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

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

Полупроводниковый диод — это электронный компонент с двумя выводами (электродами), который обладает свойством односторонней проводимости, то есть пропускает электрический ток преимущественно в одном направлении.

Устройство

Основой диода является p-n-переход. Это область на границе двух полупроводников с разными типами проводимости: p-типа (от англ. positive — положительный), где основными носителями заряда являются «дырки» (положительно заряженные квазичастицы), и n-типа (от англ. negative — отрицательный), где основными носителями являются электроны. При контакте этих двух материалов электроны из n-области диффундируют в p-область и рекомбинируют с дырками, а дырки — в n-область. В результате на границе образуется обеднённый слой, лишённый свободных носителей заряда, и возникает внутреннее электрическое поле, называемое потенциальным барьером. Вывод, подключённый к p-области, называется анодом, а к n-области — катодом.

Принцип работы

Работа диода основана на свойствах p-n-перехода при приложении внешнего напряжения.

1. Прямое смещение (включение). Если к аноду подключить положительный полюс источника тока, а к катоду — отрицательный, то внешнее поле будет направлено против внутреннего поля потенциального барьера. Это приведёт к уменьшению высоты барьера и сужению обеднённого слоя. Когда внешнее напряжение превысит пороговое значение (для кремниевых диодов около $0.7$ В, для германиевых — $0.3$ В), через диод начинает течь значительный ток. В этом состоянии диод «открыт», его сопротивление мало.

2. Обратное смещение (включение). Если к аноду подключить отрицательный полюс, а к катоду — положительный, то внешнее поле совпадёт по направлению с полем потенциального барьера. Высота барьера и ширина обеднённого слоя увеличатся. Это препятствует движению основных носителей заряда через переход. В результате через диод течёт лишь очень малый обратный ток, обусловленный движением неосновных носителей. В этом состоянии диод «закрыт», его сопротивление очень велико. Таким образом, диод работает как однонаправленный клапан для электрического тока.

Применение

Благодаря свойству односторонней проводимости диоды широко применяются в электронике:

• Выпрямители: для преобразования переменного тока (AC) в постоянный (DC) в блоках питания.

• Детекторы: в радиоприёмниках для выделения низкочастотного (звукового) сигнала из модулированного высокочастотного.

• Светодиоды (LED): излучают свет при прохождении прямого тока. Используются в освещении, индикации и дисплеях.

• Стабилитроны (диоды Зенера): используются для стабилизации напряжения, работая в режиме обратимого обратного пробоя.

• Фотодиоды: генерируют ток под действием света, применяются в качестве датчиков освещённости.

• Защитные цепи: для защиты электронных схем от подключения источника питания с неверной полярностью.

Ответ: Полупроводниковый диод состоит из p-n-перехода и двух выводов (анод и катод). Его работа основана на свойстве односторонней проводимости: он пропускает ток при прямом включении (от анода к катоду) и практически не пропускает при обратном. Применяется в выпрямителях, детекторах, в качестве источников света (светодиоды), датчиков света (фотодиоды) и для стабилизации напряжения (стабилитроны).