Полупроводниковый диод. Основа электроники

При всем многообразии современной элементной базы электроники не надо забывать, что основана она на самых простых вещах, одной из которых является полупроводниковый диод.

Видео: ЧТО ТАКОЕ МИКРОСХЕМА? [РадиолюбительTV 64]

Надо сразу отметить, что только на первый взгляд это простой элемент. На самом деле его применение позволяет решать самые разные задачи в области электроники и электротехники. Технология изготовления таких приборов не является особо сложной.

Диод состоит из двух разных по типу проводимости материалов, называемых областями n-проводимости и p-проводимости. Если рассматривать принцип работы полупроводникового диода, то придется углубляться в такие понятия как p-n переход, эмиссия электронов, диффузия, другие аналогичные физические эффекты. Поэтому, оставив рассмотрение этих вопросов для другого случая, воспользуемся сравнением. Сравнить полупроводниковый диод можно с клапаном. Благодаря своей структуре, состоящей из двух разных по типу проводимости материалов, у такого устройства существует односторонняя проводимость, а это означает, что электрический ток через него может протекать только в одну сторону. То же самое происходит при использовании клапана – воздух или вода могут проходить только в одну сторону. Пример – велосипедная камера: туда воздух поступает, а обратно – нет.

Видео: PN - переход. Зонная структура pn перехода

Казалось бы, очень простой эффект – односторонняя проводимость, но как много возможностей дает его использование при практическом применении. В частности, полупроводниковый диод осуществляет преобразование переменного напряжения в постоянное. Существует целый класс таких изделий, называемый выпрямительные диоды.

Работают они именно как клапан. Если полярность напряжения, приложенного к изделию, соответствует требуемой, т.е. когда плюс напряжения приложен к плюсу прибора, а минус к минусу, то через него протекает электрический ток, если нет, то ничего не происходит.

Видео: Основы электротехники. Диоды

Именно благодаря описанному эффекту переменное напряжение преобразуется в постоянное. На вход схемы подается переменное напряжение, а вот через полупроводник проходит напряжение только правильной полярности. В результате у нас на выходе получится напряжение только одной полярности, хотя и пульсирующее, т.е. меняющееся по амплитуде.

Это не является единственным вариантом применения полупроводниковых приборов. У p-n перехода, который составляет основу диода, есть и иные свойства, причем многие из них задаются специально при его изготовлении. Такие характеристики служат основой для других, самых различных классов устройств. Это стабилитроны, высокочастотные и импульсные диоды, варикапы, фотодиоды, светодиоды и т.д. Но все они основаны на свойствах p-n перехода.

Однако существует целый класс устройств, называемых "полупроводниковый диод Ганна", не связанных с образованием такого перехода. Их работа основана на так называемом эффекте Ганна. Вызван он целым комплексом сложных явлений, происходящих в кристалле полупроводника под определенными внешними воздействиями. В результате этих процессов ток, протекающий через кристалл, меняется, возникают его колебания. Вот для их генерации и применяют такие приборы. Используют их обычно в технике СВЧ как источники колебаний.

Диоды являются неотъемлемой частью любого электронного устройства. Используются они для разделения и преобразования напряжения, его стабилизации, фильтрации помех- проще перечислить случаи, когда их не применяют. Для них существуют корпуса различных типов, рассчитанные на самые разные токи и напряжения и устанавливаемые как во входные, так и в выходные цепи электронных устройств. Диод - это, наверное, один из самых распространенных полупроводниковых приборов.

Видео: КАК УСТРОЕН ВЫПРЯМИТЕЛЬ ТОКА [РадиолюбительTV 37]

Теперь вы знаете, что собой представляет полупроводниковый диод и какие существуют варианты его применения.