Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Чтобы поднять допустимую величину прямого тока, площадь рn-перехода в диоде нужно увеличивать — при этом уменьшится прямое сопротивление диода, уменьшится выделяемая на нем тепловая мощность (Р = I²R), а значит, и опасность перегрева. Но одновременно возрастает собственная емкость диода — чем больше площадь пластин конденсатора, тем больше его емкость. Там, где такая емкость недопустима, скажем в цепях переменного тока высокой частоты, применяются точечные диоды (Р-82;2). В них рn-переход имеет очень небольшую площадь, он образуется в месте прикосновения тонкой проволочки к кристаллу. Естественно, что точечные диоды не могут пропускать большой ток (С-14), но, к счастью, в подавляющем большинстве случаев от них это и не требуется.

В то же время есть тип полупроводниковых диодов, где главным работающим параметром становится «бесплатное приложение» к односторонней проводимости — собственная емкость диода. Это варикапы, полупроводниковые диоды, которые используются в качестве конденсаторов переменной емкости. Много лет назад, когда варикапов не было и в помине, радиолюбители применяли вместо конденсатора настройки обычные плоскостные диоды — их включали, например, в колебательный контур, одновременно подавали на диод обратное напряжение и меняли его с помощью потенциометра (Р-80). При этом менялась собственная емкость диода, так как менялось расстояние между «обкладками» — чем больше обратное напряжение, тем сильнее оттягиваются р- и n-области от пограничной линии (Р-82;5).

Достаточно велик список профессий диода, в которых используется не его односторонняя проводимость, а прежде всего совсем иные свойства и процессы. В этом списке, например, открывание диода и пропускание прямого тока лишь под действием света (фотодиод), который определенным образом меняет свойства того или иного полупроводникового материала. В этом списке и излучение света в светодиодах — в излучение превращается часть энергии прямого тока. Такие светящиеся диоды можно увидеть в некоторых современных телевизорах возле кнопок переключения программ. Светоизлучающими диодами также высвечивают цифры в некоторых микрокалькуляторах и электронных часах — для этого используют семисегментные светодиоды, то есть приборы, где конструктивно объединены семь диодов-штрихов, разные их сочетания дают цифры от 0 до 9 (К-21;4).

Особого типа излучающие диоды — основа полупроводниковых лазеров: здесь, как и в светодиодах, излучение возникает за счет энергии прямого тока и излучателями становятся сами атомы полупроводникового кристалла. Иной механизм излучения у диодов Ганна, где под действием тока излучается уже не свет, а радиоволны. Здесь главную роль играют электрические домены — своего рода острова электрического поля в кристалле. Уместно вспомнить еще и туннельный диод, в числе основных профессий которого тоже генерирование высокочастотных колебаний — здесь, благодаря тонким физическим процессам в рn-переходе (туннельный эффект), у диода при определенном режиме появляется так называемое отрицательное сопротивление: диод не отбирает энергию, а как бы отдает ее в ту цепь, куда включен. Сложные физические процессы определяют важнейшее качество диода-стабилитрона, позволяющего поддерживать неизменным режим электрической цепи при случайных изменениях питающего напряжения (Т-286, Р-171).

Т-137. Односторонняя проводимость полупроводникового диода обнаруживается уже в простейших опытах. Нетрудно понять человека, который, познакомившись со сложным физическим процессом по его краткому и упрощенному описанию с картинками, испытывает некоторые сомнения. Откуда известно, что все происходит именно так? Как доказать, что добавление индия действительно создает в германии или кремнии дырочную проводимость? Что при одной полярности напряжения заряды оттягиваются от рn-перехода, а при другой полярности — устремляются к нему? И что он вообще существует, этот рn-переход, что есть зоны разной проводимости в совершенно однородном по внешнему виду кристаллике?

Процессы, которые происходят в полупроводниковых приборах, конечно же, тщательно исследованы специалистами. Более того, создание диодов и транзисторов стало возможным только благодаря тому, что физики глубоко проникли в самые тонкие механизмы взаимодействия атомов, изменения структуры вещества, поведения его в разных условиях. Сегодня исследователи полупроводниковых кристаллов могут не только экспериментально доказать, что добавление индия создает в германии или кремнии дырочную проводимость. Они могут точно определить количество дырок или свободных электронов в единице объема, измерить время жизни свободных зарядов, среднюю скорость их перемещения в электрическом поле. С помощью электронного микроскопа исследователи могут просто увидеть рn-переход, проследить за процессами, которые в нем происходят при прямом и обратном включении.