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.

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.

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.

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.

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