Електричний струм в напівпровідниках

Сучасні досягнення в електроніці стали можливі після відкриття властивостей напівпровідників. Виявилося, що з порівняно невеликої кількості елементів: транзисторів, діодів, конденсаторів, резисторів і т.п. можна створити мікросхеми – універсальні вузли, що входять до складу комп’ютерів, радіо- і відеоапаратури, телефонів мобільного зв’язку.

Напівпровідникові пристрої застосовуються в усіх галузях техніки і, зокрема, в електричних системах автомобілів. Нажаль, принципи роботи простих напівпровідникових діодних випрямлячів змінного струму для більшості випускників середньої школи є незрозумілими. Саме з цих причин, вивчення властивостей напівпровідникових діодів ми почнемо з пояснення їх практичного застосування і тільки потім розглянемо теоретичні основи електропровідності напівпровідників.

Напівпровідниковий діод

В електронній техніці часто буває необхідним забезпечити протікання струму тільки в одному напрямку. Зазвичай, для цієї цілі використовують напівпровідникові діоди.

Напівпровідниковий діод – це двохелектродний напівпровідниковий прилад, електропровідність якого суттєво змінюється при зміні полярності прикладеної до нього напруги.

Рис.8.1.Позначення напівпровідникового діода на електричних схемах

На рис. 8.1 показано умовне позначення діода на електричних схемах. Електрод, що знаходиться ліворуч називають анодом, а інший – катодом. Розрізняють пряме і обернене підключення діода.

При прямому підключенні на анод подається додатний потенціал (+), а на катод від’ємний (-). При такій полярності прикладеної до діода напруги через нього протікає електричний струм від аноду до катоду.

На рис. 8.2 показана електрична схема прямого підключення діода.

Рис. 8.2.Пряме включення діода

На рис. 8.3 показана схема оберненого включення діода.

Рис. 8.3.Обернене включення діода

Струм від високого потенціалу джерела струму (+) протікає через діод і лампочку розжарювання до низького потенціалу (-). Сила струму у колі достатньо велика і лампочка розжарювання світиться. При прямому включенні діод має дуже малий опір R_пр. Вважається, що до діода прикладена напруга в прямому напрямі U_пр, і через нього тече прямий струм I_пр.

Полярність підключення джерела струму і, відповідно, полярність прикладеної до діода напруги змінюються у порівнянні із прямим підключенням. Тепер до аноду прикладається низький потенціал (-), а до катоду навпаки – високий (+). В цьому випадку напругу на діоді називають оберненою U_об, опір діода – оберненим R_{об ,} який виявляється дуже великим, а обернений струм у колі I_об в сотні або тисячі разів менше, ніж при прямому включенні діода. Лампочка розжарювання не світиться. Практично, можна вважати, що струм через діод в оберненому напрямку не проходить.