Электротехника с основами электроники

Электротехника с основами электроники

Контрольная работа

Содержание:

1.2. Дайте определение понятию «полупроводниковый диод». Поясните принцип действия полупроводникового диода

Диодом называют полупроводниковый прибор с одним p–n переходом и двумя внешними выводами. Вывод, соединенный с р-областью, называется анодом, а вывод, соединенный с n-областью – катодом.

По назначению диоды разделяются на выпрямительные, высокочастотные, импульсные, стабилитроны, туннельные диоды, варикапы, фотодиоды, светодиоды и др. Диоды изготавливают на основе германия и кремния.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока низкой частоты в однополярный пульсирующий ток. Полупроводниковый диод состоит из двух слоев полупроводника с электропроводностью p- и n-типа, разделенных электронно-дырочным, или p–n- переходом.

На границе p- и n-областей за счет градиента концентрации происходит диффузия электронов из n-области в р-область полупроводника. В результате диффузии носителей заряда в приграничном слое со стороны р-области образуется не скомпенсированный отрицательный заряд, а со стороны n-области – не скомпенсированный положительный заряд, обусловленный соответственно отрицательными и положительными ионами. Между этими зарядами возникает электрическое поле напряженностью Едиф (рисунок 1), которое препятствует дальнейшему переходу носителей заряда из одной области в другую.

[pic 1]

Рисунок 1. Образование электронно-дырочного перехода

Таким образом, вследствие рекомбинации электронов и дырок на границе раздела двух полупроводников образуется обедненный свободными носителями заряда слой, или область пространственного заряда (ОПЗ) (p–n-переход).

Если подключить источник внешнего напряжения к полупроводнику р-типа положительным полюсом, а к полупроводнику n-типа – отрицательным полюсом (Uпр – прямое включение) (рисунок 2), то внешнее электрическое поле напряженностью Епр будет действовать навстречу диффузионному полю Едиф. Тогда напряженность результирующего поля E = Едиф – Епр, что приведет к уменьшению высоты потенциального барьера и уменьшению ширины p–n-перехода. Через p–n-переход потечет ток, который называют прямым током Iпр.

Если подключить источник внешнего напряжения к полупроводнику р-типа отрицательным полюсом, а к полупроводнику n-типа – положительным полюсом (Uобр – обратное включение) (рисунок 2), то внешнее электрическое поле напряженностью Еобр будет действовать в том же направлении, что и диффузионное поле Едиф. Тогда напряженность результирующего поля E = Едиф + Еобр, что приведет к увеличению высоты потенциального барьера и ширины p–n-перехода.

[pic 2]

Рисунок 2. Прямое и обратное включение p–n-перехода

Поскольку концентрация неосновных носителей значительно меньше концентрации основных носителей заряда, определяющих прямой ток p–n-перехода, то обратный ток p–n-перехода существенно меньше прямого (обычно на несколько порядков). Это и определяет выпрямительные (вентильные) свойства p–n-перехода, т. е. способность проводить ток только в одном направлении.