Почему вакуумный диод обладает односторонней проводимостью

ПОЧЕМУ ВАКУУМНЫЙ ДИОД ОБЛАДАЕТ ОДНОСТОРОННЕЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ

Вакуумный диод обладает односторонней проводимостью из-за особенностей его конструкции и принципа работы. Внутри вакуумного диода имеется катод и анод, между которыми создается разреженная область, лишенная свободных электронов. При подаче напряжения на анод, которое превышает определенное значение, электроны от катода начинают испускаться и образуют электронный поток, который движется только в одном направлении — к аноду. При обратной полярности, когда потенциал подается на катод и анод остается отключенным, электроны не могут перейти в вакуумную область между электродами, так как им мешает отрицательный потенциал на катоде. Это приводит к односторонней проводимости вакуумного диода.

ДЛЯ ЧЕГО КОНДЕНСАТОР ПАРАЛЛЕЛЬНО ДИОДУ — Как Восстановить мертвый АКБ автомобиля

Open Library — открытая библиотека учебной информации. Почему вакуумный диод обладает односторонней проводимостью

Односторонняя проводимость — ток — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Односторонняя проводимость — ток

Односторонняя проводимость тока в полупроводниковой структуре происходит вследствие образования на границе областей с электронной и дырочной проводимостью так называемого электронно-дырочного р-п-перехода. Рассмотрим процесс образования электронно-дырочного перехода и прохождение через него электрического тока. [1]

Приборы, имеющие одностороннюю проводимость тока, называются электрическими вентилями. Сопротивление вентиля зависит от величины и знака приложенного напряжения. У идеального вентиля при одном ( прямом) знаке напряжения сопротивление равно нулю, а при другом ( обратном) — бесконечности. [3]

Основным свойством диода является односторонняя проводимость тока. Ток возникает только При положительном потенциале на аноде относительно катода. При обратной — полярности анодный ток практически равен нулю, так как электрическое поле между анодом и катодом противодействует попаданию электронов на анод. [4]

Основным свойством диода является односторонняя проводимость тока от анода к катоду. Ток возникает только при положительном потенциале на аноде относительно катода. При обратной полярности анодный ток практически равен нулю, так как электрическое поле между анодом и катодом противодействует попаданию электронов на анод. [6]

Итак, диод обладает свойством односторонней проводимости тока: он пропускает через себя ток только в одном направлении — от катода к аноду. [8]

Тиратрон, как и вакуумный триод, обладает односторонней проводимостью тока в анодной цепи. Во время отрицательного полупериода разряд в тиратроне гасится, ток через сопротивление нагрузки не проходит. Таким образом, данная схема позволяет осуществить однополупе-риодное выпрямление переменного напряжения. Изменяя потенциал сетки, можно изменять величину выпрямленного напряжения. Поэтому приведенная схема называется управляемым однополупериодным тиратронным выпрямителем. [10]

Диодное детектирование является простейшим видом детектирования и основано на использовании односторонней проводимости тока диодом. Различают две схемы диодного детектора: последовательную и параллельную. [11]

Итак, двухэлектродная электронная лампа, как и полупроводниковый диод, обладает свойством односторонней проводимости тока. [13]

В результате термической обработки и формовки между слоем селена и катодным сплавом образуется электрический запирающий слой, обусловливающий одностороннюю проводимость тока. [15]

Электронщик

Вакуумом называется настолько разреженное скопление газа, которое практически исключает соударение молекул, что сводит электропроводность вакуума к минимуму.

Вакуумный диод — это металлокерамический или диодный баллон, во внутренней полости которого отсутствует воздух. Как результат, показания по давлению внутри таких баллонов составляет 10 -6 — 10 -7 миллиметров ртутного столба.

Структура диода вакуумного типа

Во внутренней вакуумной полости баллона размещается пара электродов:

• Катодный электрод.

Изготавливаемый из металлов, вертикально расположенный элемент цилиндрической формы. На поверхности сформировано напыление из металлических оксидов (используются металлы земельно-щелочной группы) поэтому катод называется оксидным. Катоды данного типа отличаются тем, что в момент повышения температуры электроны отделяются от них гораздо активнее, чем от стандартных катодов металлического типа. По катоду проводится изолированный проводниковый элемент, который нагревается посредством тока переменной или постоянной частоты. Отделяющиеся от элемента отрицательно заряженные частицы находятся в потоке и притягиваются в сторону анодного электрода.

Катоды диодов вакуумного типа выполняются преимущественно по подобию W и V литер. Это позволяет увеличить размер устройства по длине.

• Анодный электрод.

Округлый или элиптоидный цилиндрический элемент. Расположен на одной горизонтали с катодом.

Аноды выполняются по форме кубообразные элементы с отсутствующими боковыми гранями. Если рассматривать его в разрезе, то можно увидеть закруглённый на углах четырёхугольник. Видимая конструкция обусловлена тем, что промежуток катод-анод по всем векторам направлений должен быть одинаковым. По этой причине и катоды, и аноды контуром похожи на эллипс.

[idea]Для уменьшения нагреваемости анода, в его конструкцию обычно включаются специальные теплоотводные «ребра».[/idea]

Закрепление катодов и анодов осуществляется посредством особых держателей.

Электровакуумный диод

Помимо вакуумных полупроводников были созданы также электровакуумные диоды.

Под этим названием подразумевается двухэлектродная вакуумная электронная лампа. Конструкция этого устройства сходна с диодом вакуумного типа. На деле они практически не отличаются. Единственный несовпадающий момент заключается в том, что в электровакуумном диоде роль катодного электрода исполняет w-подобная, либо ровная нить.

В процессе функционирования диода температурный уровень нити должен подниматься, пока не достигнет определённого градуса. В этот момент запускается процесс термоэлектронной эмиссии. Когда аноды электроды получают напряжение со знаком «минус», происходит перенаправление электронов в обратную сторону, к катоду. В момент, когда на анод начинает поставляться напряжение со знаком «плюс», отсоединившиеся электроны вновь движутся к анодному электроду. Это провоцирует возникновение тока.

Сферы применения

Вакуумные и аналогичного типа диоды применяются в качестве выравнивателей частоты приложеного напряжения. Данное свойство качество является базовым для вакуумных выпрямителей. Они применяются как фиксаторы высокочастотных волн и выпрямители электронных потоков переменного характера.

Диоды электровакуумного типа обладают односторонней электропроводностью. Причина этому в том, что электроны могут двигаться лишь по направлению катод-анод. Это позволяет эксплуатировать вакуумный диод в роли инвертера.

Применение вакуумных диодов позволяет питать радиотехнику от сети с переменным током.

Параметры вакуумного диода определяют качество и назначение механизма, в котором он установлен.

Однако вакуумные диоды имеют ограничения по рабочей частоте напряжения: 500 МГц.

Принцип работы

Диоды вакуумного типа работают следующим образом:

[google_font font=»Open Sans» size=»25″ weight=»400″ italic=»0″ letter_spacing=»» color=»#626262″ subset=»»]

• Катод разогревается, начинается отделение отрицательно заряженных частиц.
• Развивается процесс термоэлектронной эмиссии.
• Уже свободные частицы блокируют отделение других частиц, происходит образование электронного облака.
• Электроны с самой низкой скоростью перемещения притягиваются обратно к катоду.
• При строго фиксированной температуре происходит стабилизация электронного облака. То есть количество отлетающих электронов совпадает с количеством оседающих.[/google_font]

При возникновении нулевого напряжения (короткого замыкания) частицы движутся к в сторону анодного электрода. Это происходит за счёт преодоления быстрыми электронами потенциальной ямы. Ток отсекается, если пустить по аноду напряжение со знаком «минус» на 1В или даже менее того.

Если подать положительное напряжение, то произойдёт формирование ускоряющего поля, увеличивающего анодный ток. На уровне близком к предельной катодной эмиссии рост тока снижает скорость и стабилизируется. Это называется эффектом «насыщения».

Вольт-амперная характеристика (ВАХ)

Вольт-амперная характеристика диодов вакуумного типа состоит из трёх участков:

1. Начальный, нелинейный.

Характеризуется медленным возрастанием тока и повышением уровня напряжения на анодном электроде, что рассматривается как следствие оказываемого электронным облаком (с отрицательным зарядом) сопротивления. Уровень тока на аноде весьма низок, но он увеличивается по экспоненте вместе с напряжением. Это происходит благодаря неоднородности скоростей движущихся электронов. Чтобы прекратить анодный ток потребуется отрицательное, запирающее напряжение на аноде.

1. Закон степени 3/2-х. Второй участок.

Проявляется взаимозависимость тока и напряжения на аноде в соответствии с законом степени 3/2-х, где одна из переменных находится в зависимости от роста катодной температуры.

1. Последний, насыщение.

Если уровень напряжения продолжает увеличиваться, то происходит замедление, а затем и прекращение роста тока, поскольку все электроны приникают к аноду, эмиссионный потенциал катода израсходован.Ток, который при этом устанавливается на аноде, называется током насыщения.

Основные характеристики вакуумного диода

Охарактеризовать вакуумный диод можно по следующим параметрам:

1. Крутизне ВАХ;
2. Дифференциальному сопротивлению;
3. Максимально допустимому обратному напряжению;
4. Запирающему напряжению;
5. Максимально допустимой рассеиваемой мощности;

Вычисление крутизны и внутреннего сопротивления осуществляется через анодное напряжение и уровень температуры на катоде.

3. 5. Электрический ток в вакуумном диоде

Рис.3.4. Схема включения вакуумного диода.

Явление испускания электронов нагретыми металлами называется термо­элек­тронной эмиссией. С повышением температуры возрастает кинетическая энергия электронов и они получают возможность, пре­одолев ра­боту выхода, покинуть поверхность металла. Термоэлек­тронная эмиссия лежит в основе работы электронных ламп. Простейшая электронная лампа — вакуумный диод, — представляет собой вакууммиро­ванный стеклян­ный или металлический баллон, внутри которого нахо­дятся два электрода: нагреваемый нитью накала, ме­таллический катод К и холодный метал­лический анод А. Высокий вакуум в диоде создается для того, чтобы электроны при своем движении не сталкивались с молекулами воздуха. На рис.3.4 приведена схема включения вакуумного диода. Батарея БН служит для нагревания нити накала и далее катода. Напряжение между анодом и катодом создается с помощью батареи Ба.

Вакуумный диод обладает односторонней проводимостью, то есть электроны могут двигаться только от катода к аноду, притягиваясь Кулоновскими силами к положительно заряженному аноду. Если же анод заряжен батареей Ба отрицательно, то анод отталкивает испускаемые нагретым като­дом электроны обратно и они образуют «электронное облако», которое сосредоточено вблизи катода. Такое же «электронное облако» образуется при нулевом и даже при положительном напряжении анода за счет притяжения электронов к катоду, где после вылета электронов возникает поверхностный, положительный заряд. При увеличении положительного анодного напряжения все большая часть электронов будет лететь прямо к аноду, не задерживаясь в «электронном облаке», его плотность начнет уменьшаться и количество электронов, притяги­ваемых анодом в каждую секунду, будет увеличиваться. Электроны, долетевшие до анода, двигаются далее по проводам под действием батареи Ба , доходят до катода и снова испускаются к аноду.

Рис.3.5. Вольт-амперные характеристики диода при различных температурах катода.

В замкнутой цепи возникает электрический ток, называемый анодным током. Зависимость анодного токаIа от анод­ного напряжения Uа называется вольт­ампер­ной характеристикой диода. На рис.3.5 пред­ставлены три вольт-амперные ха­рактеристи­ки, снятые при различных температурах като­да Т1Т2Т3. На всех трех кривых видно, что при определенных значе­ниях Uа=Uнас (напряжение насыщения) рост анодного тока прекращается, кривые стано­вятся практиче­ски параллельными оси абс­цисс. Максималь­ное значение анодного тока называется током насыще­ния Iнас. Это озна­чает, что все электроны, покидающие катод в единицу времени, под действием достаточно сильного поля двигаются сразу к аноду, не создавая облака. Дальнейшее увели­чение Uа не мо­жет привести к росту анод­ного тока, так как число электронов, вылетающих каждую секунду из катода, зависит от температуры катода, но не зависит от величины анодного напряжения. Поэтому, плот­ность тока насыщения jнас определяется плотностью тока термоэлектронной эмиссии (они равны по величине), которая рассчитывается по формуле Ричардсона-Дешмена: , гдеIнас — ток насыщения, k — постоянная Больцмана, Т — абсолютная температура, АВЫХ — работа выхода электрона из металла катода, С=1.2106 А/м2К2 — эмиссионная постоянная Ричардсона.

На участках кривых при UАUнас зависимость анодного тока от анодного на­пряжения описывается формулой Богуславского-Ленгмюра или законом «трех вторых» , где В — константа, зависящая от размеров, формы и взаимного расположения катода и анода.

С ростом температуры катода увеличивается число испускаемых им электро­нов, растет плотность «электронного облака». Для рассеивания объемного заряда об­лака требуется большее анодное напряжение. Поэтому при увеличении темпера­туры катода насыщение анодного тока наступает при больших значениях Uа и сама величи­на тока насыщения Iнас также возрастает.

Явление термоэлектронной эмиссии используется в различных электронных лампах, рентгеновских трубках, электронном микроскопе и т.д. Рассмотренная выше двухэлектродная лампа применяется в электро- и радиотехнике, автоматике и телеме­ханике для выпрямления переменного тока, усиления тока и электрических сигналов, для генерирования электромагнитных колебаний.

Полупроводники и их электрические свойства. Электрический ток в полупроводниках. Полупроводниковый диод и его применение. | Поурочные планы по физике 8 класс

Полупроводники и их электрические свойства. Электрический ток в полупроводниках. Полупроводниковый диод и его применение.

27.02.2014 3844 0

Цель: познакомить учащихся с полупроводниками. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

I. Организационный момент

II. Проверка домашнего задания

1. Что такое термоэлектронная эмиссия?

2. При каких условиях происходит вылет электрона из вещества?

3. Что такое работа выхода?

4. Как устроен вакуумный диод?

5. Почему вакуумной диод обладает односторонней проводимостью?

6. Как устроена и где применяется электронно-вакуумная трубка?

III. Изучение нового материала

Многие вещества в кристаллическом состоянии не являются хорошими про­водниками электрического тока, как металлы, но их нельзя отнести и к диэлект­рикам, т. к. они не являются хорошими изоляторами.

Наиболее характерным свойством полупроводников является, то, что их удель­ное сопротивление резко изменяется под влиянием некоторых внешних воздействий.

Включим кремалевый кристалл при комнатной температуре в цепь, содержа­щую источник тока и гальванометр. При этом стрелка отклоняется незначитель­но. Полупроводники обладают большим сопротивлением. Если нагреем, то уви­дим, стрелка отклонилась на большой угол.

Из таких полупроводников, удельное сопротивление которых резко изменя­ется с изменением температуры, изготавливают термисторы. (Используют для измерения температуры.)

Сопротивление может изменяться при изменении освещенности, из таких полупроводников делают фоторезисторы.

Было установлено, что электрический ток в полупроводниках не сопровожда­ется переносом вещества — никаких химических изменений с ними не происходит.

Отсюда следует, что носителями тока являются электроны.

В полупроводниках валентные электроды сильнее связаны с атомами. Поэто­му концентрация электродов проводимости мала. При низких температурах прак­тически все валентные электроны прочно связаны с атомами, но при внешнем воздействии на кристалл электроны приобретают энергию, достаточную для раз­рыва ковалентных связей.

У того атома, от которого электрон был переведен в свободное состояние, по­явилось вакантное место с недостающим электроном. Его называют «дыркой». «Дырка» ведет себя как положительно заряженная частица. Электрон может за­нять вакантное место, тогда «дырка» образуется в соседнем атоме. Поэтому «дыр­ка» блуждает по кристаллу.

При создании электрического поля «дырки» двигаются в том направлении, куда бы двигались положительные заряды, а электроны в противоположном. В полупроводниках электрический ток создается «дырками» и электронами. Та­кое движение в кристалле без примесей называют собственной проводимостью.

Проводимость, обусловленная наличием примесей в полупроводнике, назы­вается примесной проводимостью.

Примеси, поставляющие электроны проводимости без возникновения рав­ного им количества «дырок», называются донорными, в таких кристаллах элект­роны являются основными носителями тока, но не единственными.

Такие полупроводники n-типа.

Примеси, захватывающие электроны и создающие тем самым подвижные «дырки», не увеличивая при этом число электронов, называют акусторными.

Такие полупроводники получили название р-типа. Проводники обладают односторонней проводимостью р — п перехода контак­та двух полупроводниковых кристаллов различного типа проводимости.

Для создания такого перехода нужно создать в кристалле с дырочной прово­димостью область электрической проводимости (или наоборот). Такую область создают путем введения в процессе выращивания кристалла, или атомы примеси вводят в готовый кристалл. Через границу, разъединяющую области кристалла с различными типами проводимости, происходит диффузия электронов и «дырок».

Если р – n- переход соединить с источником тока так, чтобы с его положитель­ным полюсом была соединена область с электронной проводимостью, то элект­роны и дырки удаляются внешним полем от запирающегося слоя в разные сторо­ны, увеличивая его толщину. Сопротивление р — п перехода велико. Ток мал. Если соединить источник тока так, чтобы положительный полюс был соединен с обла­стью дырочной проводимости, запирающий слой уменьшается. Этот способ на­зывается включением в пропускном или в прямом направлении.

Способность пропускать р – n- переход тока в одном направлении использу­ется в приборах, которые называются полупроводниковыми диодами. Они ис­пользуются для преобразования переменного тока в постоянный. Достоинства: малые размеры и масса, длительный срок службы, высокая механическая проч­ность, высокий КПД. Недостаток: не могут работать ниже -70 «С, при высоких температурах резко ухудшаются рабочие параметры.

Далее открываем учебник с. 239, читаем и записываем о полупроводниковом триоде (транзистор).

Нужно ответить на следующие вопросы:

1. Как устроен транзистор?

2. Как включают транзистор в электрическую цепь?

3. На чем основана способность транзистора увеличивать электрические сиг­налы?

§ 50-51. Упражнение 24

8.2. Вакуумный диод

Вакуумный диод — двухполюсный прибор, основные элементы его конструкции схематично показаны на рис. 8.1. Там же показано условное обозначение диода.

Схема включения диода в статическом режиме без нагрузки показана на рис. 8.2. К выводам нити накала подключают напряжение накала L/н (в маломощных лампах — единицы вольт). Ток накала раскаляет нить накала и нагрева

ет катод. Начинается термоэлектронная эмиссия. Если анодное напряжение Uак=0, то выходящие из катода электроны заполняют междуэлектродное пространство. При этом потенциал пространства понижается. Распределение потенциала в пространстве соответствует кривой 1на рис. 8.3.Между анодом и катодом создается объемный (пространственный) заряд. Потенциал пространства везде отрицателен, анодного тока нет (Ia1 =0).

При положительном анодном напряжении, равном Uак2, распределение потенциала соответствует кривой 2. Объемный заряд сохраняется, но область отрицательного потенциала уменьшается в пространстве. Потенциальный барьер уменьшается по величине. Некоторые электроны, выходящие из катода, преодолевают барьер, проходят за точку минимального потенциала, попадают в область, где градиент потенциала положителен, т. е. d(p/dx)>t. Эти электроны ускоряются полем, летят к аноду и создают анодный ток Ia1 =0 >0. Однако, часть электронов не может преодолеть потенциальный барьер, ибо вблизи катода поле замедляющее (d(p/dx<0). Эти электроны возвращаются обратно к катоду. Такой режим работы называется режимом объемного заряда. При этом ток анода меньше тока эмиссии Ia1<Iэ. В режиме объемного заряда увеличение анодного напряжения приводит к росту анодного тока.

При большом анодном напряжении Uа3 распределение потенциала cooтветствует кривой 3. В этом случае объемного заряда практически нет, во всех точках пространства (d(p/dx)>0, т.е. поле везде ускоряющее. Все электроны, выходящие из катода, устремляются к аноду. Теперь анодный ток равен току эмиссии: Ia1=Iэ. Такой режим называется режимом насыщения. В режиме насыщения дальнейший рост анодного напряжения не приводит к росту анодного тока.

Анодной характеристикой диода называется зависимость Iа=f(Uак) при Uн= const. Полагая, что скорость электрона у поверхности катода равна нулю, запишем систему уравнений:

уравнение d2U/dx2 = -qn/ε0, (8.1)

уравнение непрерывности j = -qnv , (8.2)

уравнение движения v2=2qU/m (8.3)

В этих уравнениях х — расстояние от катода, п — плотность электронов, j плотность тока, v — скорость электронов, q и т — заряд и масса электрона.

Решение этой системы уравнений дает выражение для теоретической вольт-амперной (анодной) характеристики диода:

ЗдесьG =2,33 10-6S/r2, S — площадь анода, г — расстояние анод-катод. Параметр G — величина постоянная для данного диода, называется первеансом лампы Выражение (8.4) называют законом степени трех вторых. Заметим, что закон (8.4) справедлив только для режима объемного заряда. Характеристики реальных диодов по ряду причин идут более полого. На рис. 8.4 показаны теоретическая (пунктир) и реальная характеристики диода.

Параметрами диода являются сопротивление постоянному току Rо=Uак/Iаи сопротивление переменному току (внутреннее сопротивление) Ri=dUa/dIа. При отрицательных анодных напряжениях анодного тока практически нет, т.е. диод обладает односторонней проводимостью.

6.4 Электровакуумный диод

Устройство и принцип действия. Диод представляет собой электронную лампу, имеющую два электрода: катод и анод. Диод , применяемый как выпрямитель переменного тока, называют кенотро-ном. Он может выполнять и ряд других важных преобразовательных функций.

Конструктивно вакуумный диод оформлен в виде стеклянного или металлического баллона, внутри которого создан высокий вакуум (

10–5 Па). В баллоне размещают два электрода: анод и катод. Катод является источником свободных электронов, анод служит приемником испускаемых катодом электронов.

Для выяснения принципа действия диода воспользуемся схемой (рис. 33). Цепь питания катода кос-венного накала на схемах обычно не указывается. С потенциометра Rп на участок анод-катод диода по-дается напряжение Uа, называемое анодным. Когда это напряжение положительно, между анодом и ка-

тодом создается ускоряющее электрическое поле. Под его действием электроны, испускаемые катодом,

устремляются на анод, замыкая цепь анодного тока Iа. Необхо-

димо иметь в виду, что здесь использовано условное направле-

ле между анодом и катодом становится для электронов тормо-

зящим и практически ни один электрон электронного облака,

возникающего вокруг катода, не попадает на анод. Цепь анодно-

го тока разорвана, и Iа = 0. Отсюда следует важный вывод: диод

обладает свойством односторонней проводимости.

Рис. 33 Схема установки для снятия

Для расчета схем, в которых применяют диоды, необходимо

вольтамперной характеристики диода

использовать вольтамперные характеристики (рис. 34). Ход ха-

рактеристики объясняется следующим. При отсутствии анодно-

го напряжения анодный ток лампы равен нулю, хотя вокруг катода и

Ua1 U a2 Ua нас2

существует электронное облако. С увеличением анодного напряжения

Uа анодный ток увеличивается и электронное облако рассасывается.

Точка а характеристики соответствует такому режиму работы, когда

анодный ток оказывается равным эмиссионному току, т.е. электронное облако полностью рассосалось. Для диодов с простыми катодами этот ток называется током насыще-ния. Ему соответствует анодное напряжение Uа нас.

Для изменения тока насыщения необходимо менять температуру катода. Активированные катоды не имеют ярко выраженного участка насыщения характеристики (участок ab, рис. 34).

Параметры диодов. Внутреннее сопротивление Ri = ∆Uа / Iа, т.е. отношение приращения анодного напряжения к приращению анодного тока на рабочем участке характеристики (участок 0а, рис. 34). Для выпрямительных ламп (кенотронов) его значения порядка нескольких сотен ом. Допустимая мощность рассеяния на аноде Ра доп выделяется при бомбардировке его электронами и при разогревании анода до некоторой допустимой температуры. Превышение Ра доп может привести к расплавлению анода. Для со-временных анодов Ра доп колеблется в пределах от долей ватт до десятков ватт.

Максимальный анодный ток Iаmax ограничен током эмиссии катода, а также перегревом катода и анода. Значения Iаmax обычно лежат в пределах от 0,01 до 1 А.

Максимальное обратное напряжение Uобр.max – это такое максимальное анодное напряжение обрат-ной полярности, при котором еще не наступает пробой промежутка между анодом и катодом. Оно зави-сит от электрической прочности диода и лежит в пределах от десятков вольт до десятков киловольт.

Электрический ток в вакуумном диоде

Электроника Электрический ток в вакуумном диоде

Рис.3.4. Схема включения вакуумного диода.

Явление испускания электронов нагретыми металлами принято называть термо­элек­тронной эмиссией. С повышением температуры возрастает кинœетическая энергия электронов и они получают возможность, пре­одолев ра­боту выхода, покинуть поверхность металла. Термоэлек­тронная эмиссия лежит в основе работы электронных ламп. Простейшая электронная лампа — вакуумный диод, — представляет собой вакууммиро­ванный стеклян­ный или металлический баллон, внутри которого нахо­дятся два электрода: нагреваемый нитью накала, ме­таллический катод К и холодный метал­лический анод А. Высокий вакуум в диоде создается для того, чтобы электроны при своем движении не сталкивались с молекулами воздуха. На рис.3.4 приведена схема включения вакуумного диода. Батарея БН служит для нагревания нити накала и далее катода. Напряжение между анодом и катодом создается с помощью батареи Ба.

Вакуумный диод обладает односторонней проводимостью, то есть электроны могут двигаться только от катода к аноду, притягиваясь Кулоновскими силами к положительно заряженному аноду. В случае если же анод заряжен батареей Ба отрицательно, то анод отталкивает испускаемые нагретым като­дом электроны обратно и они образуют «электронное облако», ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ сосредоточено вблизи катода. Такое же «электронное облако» образуется при нулевом и даже при положительном напряжении анода за счет притяжения электронов к катоду, где после вылета электронов возникает поверхностный, положительный заряд. При увеличении положительного анодного напряжения всœе большая часть электронов будет лететь прямо к аноду, не задерживаясь в «электронном облаке», его плотность начнет уменьшаться и количество электронов, притяги­ваемых анодом в каждую секунду, будет увеличиваться. Электроны, долетевшие до анода, двигаются далее по проводам под действием батареи Ба , доходят до катода и снова испускаются к аноду.

В замкнутой цепи возникает электрический ток, называемый анодным током. Зависимость анодного тока Iа от анод­ного напряжения Uа принято называть вольт­ампер­ной характеристикой диода. На рис.3.5 пред­ставлены три вольт-амперные ха­рактеристи­ки, снятые при различных температурах като­да Т1<Т2<Т3. На всœех трех кривых видно, что при определœенных значе­ниях Uа=Uнас (напряжение насыщения) рост анодного тока прекращается, кривые стано­вятся практиче­ски параллельными оси абс­цисс. Максималь­ное значение анодного тока принято называть током насыще­ния Iнас. Это озна­чает, что всœе электроны, покидающие катод в единицу времени, под действием достаточно сильного поля двигаются сразу к аноду, не создавая облака. Дальнейшее увели­чение Uа не мо­жет привести к росту анод­ного тока, так как число электронов, вылетающих каждую секунду из катода, зависит от температуры катода, но не зависит от величины анодного напряжения. По этой причине, плот­ность тока насыщения jнас определяется плотностью тока термоэлектронной эмиссии (они равны по величинœе), которая рассчитывается по формуле Ричардсона-Дешмена: , где Iнас — ток насыщения, k — постоянная Больцмана, Т — абсолютная температура, АВЫХ — работа выхода электрона из металла катода, С=1.2×106 А/м2К2 — эмиссионная постоянная Ричардсона.

На участках кривых при UА<<Uнас зависимость анодного тока от анодного на­пряжения описывается формулой Богуславского-Ленгмюра или законом «трех вторых», где В — константа͵ зависящая от размеров, формы и взаимного расположения катода и анода.

С ростом температуры катода увеличивается число испускаемых им электро­нов, растет плотность «электронного облака». Для рассеивания объемного заряда об­лака требуется большее анодное напряжение. По этой причине при увеличении темпера­туры катода насыщение анодного тока наступает при больших значениях Uа и сама величи­на тока насыщения Iнас также возрастает.

Явление термоэлектронной эмиссии используется в различных электронных лампах, рентгеновских трубках, электронном микроскопе и т.д. Рассмотренная выше двухэлектродная лампа применяется в электро- и радиотехнике, автоматике и телœеме­ханике для выпрямления переменного тока, усиления тока и электрических сигналов, для генерирования электромагнитных колебаний.

Читайте также

Рис.3.4. Схема включения вакуумного диода. Явление испускания электронов нагретыми металлами называется термо­элек­тронной эмиссией. С повышением температуры возрастает кинетическая энергия электронов и они получают возможность, пре­одолев ра­боту выхода. [читать подробенее]

Электрический ток в вакууме

Американский изобретатель Эдисон в 1879 г., экспериментируя с лампой накаливания добавил в нее металлический электрод(анод) и обнаружил, что при нагревании нити накала(катод) до высокой температуры в вакууме образуется электрический ток. Но электрический ток существует, если анод подключен к положительному полюсу источника тока.

Проблема : как объяснить природу тока в вакууме и почему электрический ток в анодной цепи появляется, если на анод подан положительный потенциал.

Вакуум — это такая степень разряжения газа, при которой вероятность столкновения молекул очень мала.

Вакуум не пропускает электрический ток, т.к. нет носителя заряда.

Источником заряженных частиц в вакууме может являться нагретая до высокой температуры металлическая спираль (электрод). При этом вокруг спирали образуется электронное «облачко».

Явление выхода электронов с поверхности металла при его нагревании называется термоэлектронной эмиссией .

Работу, которую необходимо совершить электрону для вылета из металла в вакуум, называют работой выхода .

— условие, при котором электрон покидает металл.

При подключении электродов двухэлектродной электронной лампы к источнику тока появляется электрическое поле под действием которого электроны покидают электронное облако и движутся к аноду. В электрической цепи устанавливается электрический ток.

Таким образом ток в вакууме осуществляется за счет термоэлектронной эмиссии и представляет собой поток электронов от катода к аноду.

! Если на анод подать отрицательный потенциал, то электрическое поле отталкивает электроны облака назад к аноду. Тока в цепи нет.

Основное свойство вакуумного диода: пропускать ток в одном направлении . Это свойство используется для преобразования переменного тока в постоянный.

Если в аноде электронной лампы сделать отверстие, то часть электронов, ускоренная электрическим полем, пролетит в отверстие, образуя за анодом электронный пучок. Электронным пучком можно управлять, поместив между катодом и анодом дополнительный электрод и изменяя его потенциал.

1. Электронный пучок в месте падения нагревает металл. Это свойство используется для электронной плавки сверхчистых металлов в вакууме и для резки металлов электронным лучом.
2. Электрическое и магнитное поля оказывают действие на движущиеся электроны, изменяя направление их движения. Это свойство используется для управления электронным пучком в вакуумных приборах.
3. При попадании на вещество происходит торможение быстрых электронов, что приводит к возникновению рентгеновского излучения.
4. Некоторые вещества (люминофоры) при бомбардировке электронами светятся.

Экспериментальным доказательством является создание приборов, в основе работы которых лежит теория электрического тока в вакууме.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) является основным элементом осциллографа — прибора для исследования быстропеременных процессов в электрических цепях. Трубка представляет собой вакуумный баллон, одна из стенок которого является экраном. В узкой части трубки находится электронная пушка, состоящая из нити накала, катода и анода в виде цилиндра с отверстием.

Такая конструкция позволяет получить узкий электронный пучок, который на пути к экрану проходит последовательно между двумя парами пластин, расположенных вертикально и горизонтально. При подаче напряжения на пластины пучок отклоняется в электрическом поле, что позволяет перемещать светящуюся точку по экрану в любом направлении.

Электронно-лучевая трубка также используется в телевизионных приемниках и мониторах ЭВМ. В такой ЭЛТ (кинескопе) управление электронным пучком(1) осуществляется магнитным полем катушки(2) на горловине кинескопа(3).

Вакуумный диод , обладая односторонней проводимостью, находит применение в выпрямителях переменного тока.

Вакуумный триод (трехэлектродная электронная лампа) имеет дополнительный электрод — сетку. Изменяя потенциал сетки можно управлять потоком электронов, идущих от катода к аноду, т.е. управлять анодным током в цепи. Используется как усилитель тока в радиоэлектронных устройствах.

Почему диод обладает односторонней проводимостью

Почему вакуумный диод обладает односторонней проводимостью?

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

Таким образом, n—p-переход в полупроводнике обладает односторонней проводимостью.

Это свойство полупроводников широко используется в приборах, называемых полупроводниковыми диодами. Они являются основными элементами выпрямителей переменного тока и детекторов электромагнитных сигналов.

На прошлых уроках мы начали рассматривать условия протекания электрического тока в различных средах. Рассмотрев опыты Мандельштама и Папалекси мы узнали, что носителями тока в металлах являются свободные электроны. Иными словами, металлы обладают электронной проводимостью.

Так же мы с вами выяснили, что в полупроводниках проводимость обусловлена движением электронов и дырок. Напомним, что проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов, называют электронной проводимостью, а обусловленную движением дырок — дырочной проводимостью полупроводников.

Однако в обоих случаях при прохождение электрического тока в результате тех или иных процессов появляются свободные носители зарядов. А возможно ли распространение электрического тока в вакууме, характеризующимся «отсутствием» вещества, а, следовательно, и отсутствием электрических зарядов?

Поскольку в вакууме нет свободных носителей зарядов, то он является идеальным диэлектриком. Проверим это на опыте. Возьмём сосуд, из которого откачен воздух. В этот сосуд впаяны две металлические пластины — два электрода.

Одни из них (анод) соединим с положительным полюсом источника тока, другой (катод) — с отрицательным. Также включим в цепь чувствительный миллиамперметр. Замкнём цепь — прибор не показывает никакого тока. Это указывает на то, что в вакууме действительно нет никаких свободных носителей зарядов.

Следовательно, для того чтобы в вакууме мог проходить электрический ток, в нем необходимо каким-то образом предварительно «создать» некоторую концентрацию свободных носителей заряда.

Видоизменим опыт. В качестве катода впаяем в сосуд проволочку (нить), концы которой выведем наружу. Эта проволочка по-прежнему останется катодом. С помощью другого источника тока накалим её. Мы заметим, что, как только нить накаляется, миллиамперметр, включённый в цепь, показывает ток, и тем больший, чем сильнее накалена нить. Значит, накалённая нить обеспечивает наличие в вакууме необходимых для существования тока носителей заряда.

Теперь определим заряд этих частиц. Для этого переменим полюсы у впаянных в сосуд электродов: нить сделаем анодом, а противоположный полюс — катодом. И хотя нить по-прежнему накалена и по-прежнему посылает в вакуум заряженные частицы, тока в цепи нет.

Из этого опыта следует, что испускаемые накалённой нитью частицы заряжены отрицательно, так как они отталкиваются от электрода, когда он заряжен отрицательно. Следовательно, носителями тока в вакууме являются электроны.

Явление испускания веществом электронов при нагревании называется термоэлектронной эмиссией.При этом электроны, испускаемые нагретым телом, называют термоэлектронами, а само тело — эмиттером.

Явление термоэлектронной эмиссии было открыто в 1853 году французским физиком Эдмондом Беккерелем. Затем 13 февраля 1880 года Томасом Эддисоном (после этого данное явление назвали эффектом Эдисона). Однако объяснить явление термоэлектронной эмиссии удалось лишь после открытия Джозефа Томсона в 1897 году. В этом году британский физик Оуэн Уиланс Ричардсон начал работу над темой, которую позже назвал «термоэлектронной эмиссией». Согласно его теории, основанной на электронной теории, свободные электроны в металле находятся в хаотическом движении. При накале нити — это движение усиливается.

При этом некоторые электроны, приобретая энергию, достаточную для совершения работы выхода, вылетают из нити, образуя около неё «электронное облачко». Когда между нитью и анодом образуется электрическое поле, то электроны летят к электроду, если он присоединён к положительному полюсу батареи, и отталкиваются обратно к нити, если он присоединён к отрицательному полюсу источника, то есть имеет заряд, одноимённый с электронами.

Вакуумные приборы, работа которых основана на явлении термоэлектронной эмиссии, называются электронными лампами.

Простейшая из них — вакуумный диод — содержит два электрода. Один — в виде спирали из тугоплавкого материала, например вольфрама или молибдена, накаливаемый током, — называется катодом. Второй — холодный электрод, собирающий термоэлектроны, — называется анодом и чаще всего имеет форму цилиндра, внутри которого расположен накаливаемый катод. Условное обозначение вакуумного диода на электрических схемах представлено на рисунке.

Важнейшей характеристикой диода является его вольт-амперная характеристика при постоянном напряжении накала. Для её получения воспользуемся установкой, где применяется диод с катодом косвенного накала. Итак, при напряжении между катодом и анодом, равном нулю, вылетевшие из катода электроны образуют вокруг него электронное облако (пространственный отрицательный заряд), отталкивающее вылетающие из катода электроны.

Большинство электронов возвращается на катод, и лишь незначительное их число достигает анода. С увеличением анодного напряжения число электронов, достигающих анода, увеличивается, а электронное облако постепенно уменьшается. Когда же все термоэлектроны попадают на анод, сила анодного тока достигает насыщения. Дальнейшее увеличение напряжения не приводит к увеличению анодного тока, то есть ток через диод не зависит от напряжения. Такой ток называется током насыщения.Чтобы увеличить ток насыщения необходимо повысить температуру катода, увеличив силу тока накала.

Из-за того, что вольт-амперная характеристика вакуумного диода оказывается нелинейной, диод является нелинейным элементом. Поскольку ток в лампе возможен только в том случае, когда положительный полюс батареи соединён с анодом, а отрицательный — с катодом, то вакуумные диоды обладают односторонней проводимостью. Действительно, при изменении полярности приложенного напряжения и при его достаточной величине (при задерживающем напряжении) термоэлектроны не достигают анода и ток через лампу не проходит.

Для управления током внутрь лампы вводят дополнительные электроды, которые называются сетками, так как им обычно придают форму металлических сеток или спиралей, окружающих катод. В зависимости от общего числа сеток такие лампы называют триодами (анод, катод, управляющая сетка), тетродами (анод, катод и две сетки) и пентодами (анод, катод и три сетки).

Если в аноде вакуумной лампы сделать отверстие, то часть электронов будет пролетать сквозь него. Их движением можно управлять с помощью электрического и магнитного полей.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Односторонняя проводимость тока в полупроводниковой структуре происходит вследствие образования на границе областей с электронной и дырочной проводимостью так называемого электронно-дырочного р-п-перехода. Рассмотрим процесс образования электронно-дырочного перехода и прохождение через него электрического тока.  [1]

Приборы, имеющие одностороннюю проводимость тока , называются электрическими вентилями. Сопротивление вентиля зависит от величины и знака приложенного напряжения. У идеального вентиля при одном ( прямом) знаке напряжения сопротивление равно нулю, а при другом ( обратном) — бесконечности.  [3]

Основным свойством диода является односторонняя проводимость тока . Ток возникает только При положительном потенциале на аноде относительно катода. При обратной — полярности анодный ток практически равен нулю, так как электрическое поле между анодом и катодом противодействует попаданию электронов на анод.  [4]

Основным свойством диода является односторонняя проводимость тока от анода к катоду. Ток возникает только при положительном потенциале на аноде относительно катода. При обратной полярности анодный ток практически равен нулю, так как электрическое поле между анодом и катодом противодействует попаданию электронов на анод.  [6]

Итак, диод обладает свойством односторонней проводимости тока : он пропускает через себя ток только в одном направлении — от катода к аноду.  [8]

Тиратрон, как и вакуумный триод, обладает односторонней проводимостью тока в анодной цепи. Во время отрицательного полупериода разряд в тиратроне гасится, ток через сопротивление нагрузки не проходит. Таким образом, данная схема позволяет осуществить однополупе-риодное выпрямление переменного напряжения. Изменяя потенциал сетки, можно изменять величину выпрямленного напряжения. Поэтому приведенная схема называется управляемым однополупериодным тиратронным выпрямителем.  [10]

Диодное детектирование является простейшим видом детектирования и основано на использовании односторонней проводимости тока диодом. Различают две схемы диодного детектора: последовательную и параллельную.  [11]

Итак, двухэлектродная электронная лампа, как и полупроводниковый диод, обладает свойством односторонней проводимости тока .  [13]

В результате термической обработки и формовки между слоем селена и катодным сплавом образуется электрический запирающий слой, обусловливающий одностороннюю проводимость тока .  [15]

Диоды. For dummies

Все диоды можно разделить на две большие группы: полупроводниковые и неполупроводниковые. Здесь я буду рассматривать только первую из них.

В основе полупроводникового диода лежит такая известная штука, как p-n переход. Думаю, что большинству читателей о нем рассказывали на уроках физики в школе, а кому-то более подробно еще и в институте. Однако, на всякий случай приведу общий принцип его работы.

Два слова о зонной теории проводимости твердых тел

Прежде, чем начать разговор о p-n переходе, стоит обговорить некоторые теоретические моменты.

Считается, что электроны в атоме расположены на различном расстоянии от ядра. Соответственно, чем ближе электрон к ядру, тем сильнее связь между ними и тем большую энергию надо приложить, чтобы отправить его «в свободное плаванье». Говорят, что электроны расположены на различных энергетических уровнях. Заполнение этих уровней электронами происходит снизу вверх и на каждом из них может находиться не больше строго определенного числа электронов (атом Бора). Таким образом, если уровень заполнен, то новый электрон не может на него попасть, пока для него не освободится место. Чтобы электрон мог перейти на уровень выше, ему нужно сообщить дополнительную энергию. А если электрон «падает» вниз, то излишек энергии освобождается в виде излучения. Электроны могут занимать в атоме только сторого определенные орбиты с определенными энергиями. Орбиты эти называются разрешенными. Соответственно, запрещенными называют те орбиты (зоны), в которых электрон находиться не может. Подробнее об этом можно почитать по ссылке на атом Бора выше, здесь же примем это как аксиому.

Самый верхний энергетический уровень называется валентным. У большинства веществ он заполнен только частично, поэтому электроны внешних подуровней других атомов всегда могут найти на нем себе место. И они действительно хаотично мигрируют от атома к атому, осуществляя таким образом связь между ними. Нижний слой, в котором могут перемещаться свободные электроны, называют зоной проводимости. Если валентная зона частично заполнена и электроны в ней могут перемещаться от атома к атому, то она совпадает с зоной проводимости. Такая картина наблюдается у проводников. У полупроводников валентная зона заполнена целиком, но разница энергий между валентным и проводящим уровнями у них мала. Поэтому электроны могут преодолевать ее просто за счет теплового движения. А у изоляторов эта разница велика, и чтобы получить пробой, нужно приложить значительную энергию.

Такова общая картина энергетического строения атома. Можно переходить непосредственно к p-n переходу.

p-n переход

Начнем с того, что полупроводники бывают n-типа и p-типа. Первые получают легированием четырехвалентного полупроводника (чаще всего кремния) пятивалентным полупроводником (например, мышьяком). Эту пятивалентную примесь называют донором. Ее атомы образуют четыре химических связи с атомами кремния, а пятый валентный электрон остается свободным и может выйти из валентной зоны в зону проводимости, если, например, незначительно повысить температуру вещества. Таким образом, в проводнике n-типа возникает избыток электронов.

Полупроводники p-типа тоже получаются путем легирования кремния, но уже трехвалентной примесью (например, бором). Эта примесь носит название акцептора. Он может образовывать только три из четырех возможных химических связей. А оставшуюся незаполненной валентную связь принято называть дыркой. Т.е. дырка — это не реальная частица, а абстракция, принятая для более удобного описания процессов, происходящих в полупроводнике. Ее заряд полагают положительным и равным заряду электрона. Итак, в полупроводнике p-типа у нас получается избыток положительных зарядов.

В полупроводниках обоих типов кроме основных носителей заряда (электроны для n-типа, дырки для p-типа) в наибольшом количестве присутствуют неосновные носители заряда: дырки для n-области и электроны для p-области.

Если расположить рядом p- и n-полупроводники, то на границе между ними возникнет диффузный ток. Произойдет это потому, что с одной стороны у нас чересчур много отрицательных зарядов (электронов), а с другой — положительных (дырок). Соответственно, электроны будут перетекать в приграничную область p-полупроводника. А поскольку дырка — место отсутствия электрона, то возникнет ощущение, будто дырки перемещаются в противоположную сторону — к границе n-полупроводника. Попадая в p- и n-области, электроны и дырки рекомбинируют, что приводит к снижению количества подвижных носителей заряда. На этом фоне становятся ясно видны неподвижные положительно и отрицательно заряженные ионы на границах полупроводников (от которых «ушли» рекомбинировавшие дырки и электроны). В итоге получим две узкие заряженные области на границе веществ. Это и есть p-n переход, который также называют обедненным слоем из-за малой концентрации в нем подвижных носителей заряда. Естественно, что здесь возникнет электрическое поле, направление которого препятствует дальнейшей диффузии электронов и дырок. Возникает потенциальный барьер, преодолеть который основные носители заряда смогут только обладая достаточной для этого энергией. А вот неосновным носителям возникшее электрическое поле наоборот помогает. Соответственно, через переход потечет ток, в противоположном диффузному направлении. Этот ток называют дрейфовым. При отсутствии внешнего воздействия диффузный и дрейфовый ток уравновешивают друг друга и перетекание зарядов прекращается.

Ширина обедненной области и контактная разность потенциалов границ перехода (потенциальный барьер) являются важными характеристиками p-n перехода.

Если приложить внешнее напряжение так, чтобы его электрическое поле «поддерживало» диффузный ток, то произойдет снижение потенциального барьера и сужение обедненной области. Соответственно, ток будет легче течь через переход. Такое подключение внешнего напряжения называют прямым смещением.

Но можно подключиться и наоборот, чтобы внешнее электрическое поле поддерживало дрейфовый ток. Однако, в этом случае ширина обедненной зоны увеличится, а потенциальный барьер возрастет. Переход «закроется». Такое подключение называют обратным смещением. Если величина приложенного напряжения превысит некоторое предельное значение, то произойдет пробой перехода, и через него потечет ток (электроны разгонятся до такой степени, что смогут проскочить через потенциальный барьер). Эта граничная величина называется напряжением пробоя.

Все, конец теории, пора перейти к ее практическому применению.

Диоды, наконец-то

Диод, по сути, одиночный p-n переход. Если он подключен с прямым смещением, то ток через него течет, а если с обратным — не течет (на самом деле, небольшой дрейфовый ток все равно остается, но этим можно пренебречь). Этот принцип показан в условном обозначении диода: если ток направлен по стрелке треугольника, то ему ничего не мешает, а если наоборот — то он «натыкается» на вертикальную линию. Эта вертикальная линия на диодах-радиоэлементах обозначается широкой полосой у края.

Помню, когда я была глупой студенткой и впервые пришла работать в цех набивки печатных плат, то сначала ставила диоды как бог на душу положит. Только потом я узнала, что правильное расположение этого элемента играет весьма и весьма значительную роль. Но это так, лирическое отступление.

Диоды имеют нелинейную вольт-амперную характеристику.

Области применения диодов

1. Выпрямление пременного тока. Основано оно именно на свойстве диода «запираться» при обратном смещении. Диод как бы «срезает» отрицательные полуволны.
2. В качестве переменной емкости. Эти диоды называются варикапами.
   
   Здесь используется зависимость барьерной емкости перехода от обратного смещения. Чем больше его значение, тем шире обедненная область p-n перехода. Ее можно представить себе как плоский конденсатор, обкладками которого явялются границы области, а сама она выступает в качестве диэлектрика. Соответственно, чем толще «слой диэлеткрика», тем ниже барьерная емкость. Следовательно, изменяя приложенное напряжение можно электрически менять емкость варикапа.
3. Для стабилизации напряжения. Принцип работы таких диодов заключается в том, что даже при значительном увеличении внешнего падения напряжения, падение напряжения на диоде увеличится незначительно. Это справедливо и для прямого, и для обратного смещений. Однако напряжение пробоя при обратном смещении намного выше, чем прямое напряжение диода. Таким образом, если нужно поддерживать стабильным большое напряжение, то диод лучше включать обратно. А чтобы он сохранял работоспособность, несмотря на пробой, нужно использовать диод особого типа — стабилитрон.
   
   В прямосмещенном режиме он будет работать подобно обычному выпрямляющему диоду. А вот в обратносмещенном не будет проводить ток до тех пор, пока приложенное напряжение не достигнет так называемого напряжения стабилитрона, при котором диод сможет проводить значительный ток, а напряжение будет ограничено уровнем напряжения стабилитрона.
4. В качестве «ключа» (коммутирующего устройства). Такие диоды должны уметь очень быстро открываться и закрываться в зависимости от приложенного напряжения.
5. В качестве детекторов излучения (фотодиоды).
   
   Кванты света передают атомам в n-области дополнительную энергию, что приводит к появлению большого числа новых пар электрон-дырка. Когда они доходят до p-n перехода, то дырки уходят в p-область, а электроны скапливаются у края перехода. Таким образом, происходит возрастание дрейфового тока, а между p- и n-областями возникает разность потенциалов, называемая фотоЭДС. Величина ее тем больше, чем больше световой поток.
6. Для создания оптического излучения (светодиоды).
   
   При рекомбинации дырок и электронов (прямое смещение) происходит переход последних на более низкий энергетический уровень. «Излишек» энергии выделяется в виде кванта энергии. И в зависимости от химического состава и свойств того или иного полупроводника, он излучает волны того или иного диапазона. От состава же зависит и эффективность излучения.

Немного экзотики

Не стоит забывать о том, что p-n переход — одно из явлений микромира, где правит балом квантовая физика и становятся возможными странные вещи. Например, туннельный эффект — когда частица может пройти через потенциальный барьер, обладая меньшей энергией. Это становится возможным благодаря неопределенности соотношения между импульсом и координатами частицы (привет, Гейзенберг!). Этот эффект лежит в основе туннельных диодов.

Чтобы обеспечить возможность «просачивания» зарядов, их делают из вырожденных полупроводников (содержащих высокую концентрацию примесей). В результате получают резкий p-n переход с тонким запирающим слоем. Такие диоды маломощные и низкоинерционные, поэтому их можно применять в СВЧ-диапазоне.

Есть еще одна необычная разновидность полупроводниковых диодов — диоды Шоттки.

В них используется не традиционный p-n переход, а переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки. Барьер этот возникает в том случае, когда разнятся величины работы выхода электронов из металла и полупроводника. Если n-полупроводник имеет работу выхода меньше, чем контактирующий с ним металл, то приграничный слой металла будет заряжен отрицательно, а полупроводника — положительно (электронам проще перейти из полупроводника в металл, чем наоборот). Если же у нас контакт металл/p-полупроводник, причем работа выхода для второго выше, чем для первого, то получим положительно заряженный приграничный слой металла и отрицательно заряженный слой полупроводника. В любом случае, у нас возникнет разность потенциалов, с помощью которой работы выхода из обоих контактирующих веществ сравняются. Это приведет к возникновению равновесного состояния и формированию потенциального барьера между металлом и полупроводником. И так же, как и в случае p-n перехода, к переходу металл/полупроводник можно прикладывать прямое и обратное смещение с аналогичным результатом.

Диоды Шоттки отличаются от p-n собратьев низким падением напряжения при прямом включении и меньшей электрической емкостью перехода. Таким образом, повышается их рабочая частота и понижается уровень помех.

Заключение

Само собой, здесь рассмотрены далеко не все существующие виды диодов. Но надеюсь, что по написанному выше можно составить достаточно полное суждение об этих электронных компонетах.