§ 74. Полупроводниковый диод

Односторонняя проводимость электронно-дырочного перехода (р-n-перехода) используется в устройстве полупроводникового диода. Полупроводниковое устройство с одним р-n-переходом называется полупроводниковым диодом. Диоды получили широкое применение для преобразования переменного тока в ток одного направления. Рассмотрим устройство плоскостного и точечного германиевых диодов.

В плоскостном диоде имеется в виде пластинки площадью около 2 мм² и толщиной менее 0,5 мм кристаллик германия, к которому добавлена донорная примесь (мышьяк, сурьма и др.) увеличивающая его n-проводимость (рис. 105, а). С одной стороны германиевой пластинки впаян маленький, величиной с точку, кусочек индия, образующий небольшую область с р-проводимостью. Примыкающие друг к другу две области с разными проводимостями создают дырочно-электронный р-n-переход.

Для предохранения германиевой пластинки 1 и вплавленного в нее индия 2 от света, влаги и механических повреждений они помещены в металлический корпус 3, где припаяны к кристаллодержателю (рис. 104, б). К индию припаяна контактная проволока 4. От германиевой пластинки и от "контактной проволоки отходят выводы 5, причем один из них находится в металлической трубке, изолированной от корпуса стеклом. Плоскостные диоды могут пропускать прямой ток от 1 ма до сотен ампер.

Рис. 105. Образование р-n-перехода; плоскостной и точечный диоды

Схема устройства точечного полупроводникового диода показана на рис. 105, в. В нем тонкая (толщиной 20÷50 мк) заостренная вольфрамовая проволока А (игла), покрытая индием (р-проводимость), приварена к маленькой пластинке В из кристаллика германия (n-проводимость), припаянного к кристаллодержателю. Около иглы образуется р-n-переход полусферической формы. От вольфрамовой проволоки и кристаллодержателя отходят два вывода С и Д. Части точечного диода находятся в баллоне Е из стекла или керамики. Вследствие малой поверхности соприкосновения острия вольфрамовой проволоки с пластинкой германия прямой ток, который может пропускать точечный диод, меньше, чем у плоскостного диода, и равен 8-50 ма.

Рис. 106. Односторонняя проводимость полупроводникового диода и его вольт амперная характеристика

На рис. 106, а показано условное обозначение полупроводниковых диодов на электрических схемах. При включении диода по схеме рис. 106, б через него будет проходить прямой ток, а при включении по схеме рис. 106, в - обратный ток. В том, что полупроводниковый диод пропускает ток только в одном направлении, убедимся на опыте. Соберем электрическую цепь из источника постоянного тока, гальванометра и диода. При одном подключении диода к полюсам источника тока (рис. 106, г) гальванометр показывает наличие тока в цепи (прямой ток), а при другом тока в цепи почти нет (обратный ток). Неодинаковая проводимость полупроводникового диода хорошо видна при рассмотрении его вольт-амперной характеристики (рис. 106, д). являющейся графиком зависимости тока от напряжения. Она показывает, что сила прямого тока даже при малом напряжении в десятки раз больше силы обратного тока, пропускаемого диодом при большом напряжении. Из графика видно, что в полупроводнике сила тока не подчиняется закону Ома.

Благодаря малым размерам, большим срокам службы и коэффициенту полезного действия (95%), германиевые и кремниевые диоды широко применяются в радиоприемниках, телевизорах, электронно-вычислительных машинах.