Техника - молодёжи 1956-05, страница 14

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ (ДИОД)

В отличие от вакуумного электронного выпрямителя (диода), в котором источником электронов является накаленная нить, полупроводниковый диод устроен проще. Он представляет собой кусочек полупроводника с электронно-дырочным переходом, не нуждающийся в подогреваемом катоде, так как электроны в нем и так имеются в достаточном количестве.

Если теперь полупроводниковый диод включить в электрическую цепь таким образом, что минус подвести к электронной части, а плюс к дырочной, то внешняя разность потенциалов будет противоположна по знаку контактной. Если, например, контактная разность потенциалов была 0,5 в, а мы подключили 0,3 в, то разность потенциалов между обеими частями или высота барьера станет вместо 0,5 в только 0,2 в. Такое уменьшение барьера приведет к тому, что равновесие между потоками будет нарушено. Если при отсутствии внешнего напряжения только малая доля мощного потока электронов могла преодолеть барьер в 0,5 в и проникнуть из электронной части в дырочную, то теперь уже значительная часть этого потока может преодолеть это препятствие. Что же касается встречного слабого потока электронов, то он, как мы видели, не изменится, так как весь этот встречный поток сваливается с потенциального барьера и не зависит от того, с какой высоты он падает. По мере увеличения внешнего напряжения высота барьера будет становиться все меньше и преобладание одного потока над другим все большим и большим.

Аналогичные явления будут происходить и с дырками, но только их потоки будут двигаться навстречу электронам. Нарушение равновесия между встречными потоками электронов или дырок проявляется в замкнутой цепи как электрический ток, величина которого будет тем большей, чем в большей мере нарушено равновесие.

10

По мере того как уменьшается высота потенциального барьера, все более резко увеличивается доля потока заряженных частиц, могущих его преодолеть, и поэтому ток очень сильно зависит от внешнего напряжения.

Если изменить полярность, то-есть приключить минус к дырочной, а плюс к электронной части, то внешнее напряжение будет увеличивать высоту потенциального барьера. При тех же численных величинах, что и в предыдущем случае, но только при переключении на обратную полярность высота барьера вместо 0,5 в станет 0,8 в. Это уменьшит поток электронов, взбирающихся на барьер, но не увеличит потока электронов, скатывающихся с него. Поскольку оба потока относительно малы, то и разность между ними будет сравнительно малой величиной. Если еще увеличивать внешнее напряжение и соответственно высоту барьера, то доля электронов, взбирающихся на барьер, станет совсем малой и ток будет определяться только слабым потоком электронов, спускающихся с него. Таким образом, пока увеличение внешнего напряжения ослабляет поток электронов из электронной части в дырочную, будет наблюдаться некоторое увеличение тока с ростом напряжения, поскольку будет изменяться разность между обоими противоположными потоками. Когда же разность потенциалов и высота барьера станут столь высокими, что поток электронов из электронной части в дырочную будет полностью перекрыт, то будет достигнут так называемый ток насыщения, имеющий практически очень малую величину вследствие ничтожно малой концентрации электронов в дырочной и дырок в электронной частях диода.

Когда напряжение приложено так, что плюс приключен к дырочной, а минус к электронной части, то ток сильно зависит от напряжения, и внешнее напряжение, снижая потенциальный барьер на электронно-дырочном переходе, как бы открывает вентиль для потоков заряженных частиц. Диод включен в проходном направлении.

КРИСТАЛЛ С ЭЛЕКТРОННОЙ (ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ) ПРОВОДИМОСТЬЮ. К кремнию примешано очень небольшое количество атомов пятивалентного мышьяка. Лишний, не имеющий в кристаллической решетке кремния своей связи электрон легко отрывается от атома мышьяка и становится свободным. На его место перемещается электрон, оторванный от другого атома примеси. Однако такие взаимоперемещения электронов в атомах кремния «дырки» не образуют. В кристалле возникает электрическая проводимость, носителями которой являются свободные электроны. В нашем гараже это представлено свободным движением машины по верхнему этажу (свободные электроны) при отсутствии движения на нижнем этаже (при образовании свободных электронов не возникают «дырки»).

КРИСТАЛЛ С «ДЫРОЧНОЙ» (ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ) ПРОВОДИМОСТЬЮ. К кремнию примешано очень небольшое количество трехвалентных атомов алюминия. Атомы алюминия захватывают недостающие им для полного числа связей электроны от какого-либо соседа — атома кремния, вследствие чего у тех образуются «дырки», которые и заполняются электронами от других, далее расположенных атомов. В то время как электроны, перескакивая от атома к атому, только заполняют последовательно образующиеся «дырки», движения свободных электронов, а следовательно, и отрицательной проводимости в кристалле не возникает. За счет перемещения только «дырок» в кристалле создается только положительная проводимость. Эта аналогия и показана на рисунке гаража.

Когда же напряжение приключено в обратном направлении, то оно, повышая потенциальный барьер, как бы закрывает вентиль на пути потока заряженных частиц, и в этом случае говорят, что диод включен в запирающем направлении.

Диоды из кремния обладают еще меньшими величинами обратного тока и большими напряжениями, при которых наступает пробой электронно-дырочного перехода.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (ТРИОД)

Триод отличается от диода лишь тем, что в нем имеются два электронно-ды-рочных перехода. В триоде средняя часть полупроводника по характеру электропроводности отличается от крайних его частей. Например, средняя часть обладает дырочной, а крайние части — электронной электропроводимость ю. Такой тип триода принято называть n-p-п; существуют также триоды, у которых средняя часть обладает электронной, а крайние части — дырочной проводимостью, они относятся к типу р-п-р.

К триоду приключаются источники питания таким образом, что один э-д переход включен в пропускном, а другой — в запирающем направлении. Э-д переход, включаемый в пропускном направлении, называют эмитторным, а включенный в запирающем направле-

Внешний вид и разрез точечного герма-ниевого диода типа ДГЦ-4: 1 — керамический патрон; 2 и 3 — нижний и верхний штырьки детектора; 4 — контактная пружинка; 5 — кристаллодер-жатель; б — германиевая пластинка;

7 — проволочные выводы.