ДОКЛАД

"Полупропроводниковые приборы и электронные лампы"

ученика 10 "Б" класса средней школы № 536
Капустникова Вячеслава
-1998-

-2-
ПЛАН

Стр.

ДИОД
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ...........................................................

.........................3
ЭЛЕКТРОННАЯ
ЛАМПА.......................................................................
............................4
ТРАНЗИСТОР..................................................................
.................................................6
ТИРИСТОР....................................................................
....................................................7

-3-
ДИОД ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ

Полупроводниковый диод - прибор, обладающий способностью хорошо пропускать через себя электрический ток одного направления и плохо - противоположного направления. Это свойство диода используют, например, в выпрямителях для преобразования переменного тока в постоянный (ток одного направления).

Слово "диод" образовалось от греческой приставки "ди" - "дважды" и сокращения слова "электрод".

Полупроводниковый диод представляет собой полупроводниковую пластинку с двумя областями разной проводимости: электронной (n - типа) и дырочной (p - типа). Между ними - разделяющая граница, называемая p - n переходом.

Область n - типа называют отрицательным электродом, а область p - типа
- положительным электродом полупроводникового диода. Диод хорошо пропускает ток, когда его отрицательный электрод соединен с отрицательным полюсом источника напряжения (батареи), а положительный с положительным полюсом, т.е. когда на диод подается напряжение прямой полярности, или, короче, прямое напряжение. В этом случае электроны в n - области полупроводниковой пластинки будут двигаться к положительному полюсу батареи, т.е. к границе с p - областью; в то же время "дырки" в p - области будут двигаться к отрицательному полюсу батареи и, следовательно, к границе с n - областью. В результате вблизи p - n перехода произойдет накопление положительных и отрицательных зарядов, и поэтому сопротивление перехода уменьшится. При напряжении противоположной (обратной) полярности, когда положительный полюс батареи соединен с n - областью, а отрицательный с p - областью, электроны в n - области и "дырки" в p - области движутся от границы p - n перехода.
Вследствие этого происходит уменьшение положительных и отрицательных зарядов вблизи p - n перехода, и его сопротивление увеличивается. Это и означает, что при переменном напряжении ток через диод в одном направлении будет большей силы, чем в другом, т.е. в цепи появится практически ток одного направления - произойдет выпрямление переменного тока.

Наряду с выпрямительными свойствами p - n переход обладает емкостью, зависящей от значения и полярности приложенного напряжения. При прямом напряжении емкость диода больше, чем при обратном. С увеличением обратного напряжения емкость диода уменьшается.

Один из способов изготовления диода состоит в следующем. На пластинку полупроводника, например германия, обладающего электронной проводимостью, накладывают небольшой кусочек индия и помещают в печь. При высокой температуре
-4-
(около 5000 С) индий вплавляется в пластинку германия, образуя в ней область дырочной проводимости. К самой пластине германия и к затвердевшей
"капле" индия припаивают два проволочных вывода электродов и прибор заключают в герметический и непрозрачный корпус, чтобы защитить p -n переход от воздействия влаги и света.

Существует много разновидностей полупроводниковых диодов, обладающих специальными свойствами. Стабилитрон - диод, у которого сопротивление в обратном направлении уменьшается с увеличением силы тока, так что напряжение на диоде практически не меняется. Варикап - диод, емкость p - n перехода которого зависит от значения приложенного к нему напряжения. Он может быть использован в качестве конденсатора, емкостью которого управляют, изменяя приложенное напряжение. Фотодиод - полупроводниковый диод, в корпусе которого имеется окно для освещения p - n перехода. Под действием света изменяется сопротивление диода и, следовательно, сила тока в его цепи. Кроме того, под действием сета в диде возникает электродвижущая сила, так, что освещенный фотодиод является источником электрической энергии.

Полупроводниковые диоды применяют для выпрямления переменного тока, для детектирования слабых радиосигналов, например, в радиоприемниках, для выделения и обработки электрических сигналов в различных автоматических устройствах и электронных вычислительных машинах ( ЭВМ ).

ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА

Первые электронные лампы, или радиолампы, как их иногда называют, были очень похожи на электрические лампы накаливания. Они имели прозрачные стеклянные баллоны такой же формы, а их нити накала ярко светились.

Еще в конце прошлого века известный американский изобретатель Т.А.
Эдисон обнаружил, что раскаленная нить обычной лампы испускает,
"выбрасывает" большое количество свободных электронов. Это явление, получившее название термоэлектронной эмиссии, широко используется во всех электронных лампах.

Любая электронная лампа представляет собой металлический, стеклянный или керамический баллон, внутри которого укреплены электроды. В баллоне создается сильное разрежение воздуха (вакуум), которое необходимо для того, чтобы газы не мешали движению электронов в лампе и чтобы электроды служили дольше. Катод - отрицательный электрод - является источником электронов. В одних лампах роль катода выполняет нить накала, в других нить служит миниатюрной электроплиткой,
-5- нагревающей трубчатый катод. Анод - положительный электрод - обычно имеет форму цилиндра или коробки без двух стенок, он окружает катод.

Все названия электронных ламп связаны с числом электродов: диод имеет два электрода, триод - три, тетрод - четыре, пентод - пять и т.д.

До наших дней остался неизменным принцип действия первой электронной лампы - диода, изобретенного англичанином Флемингом в 1904 г. Основные элементы этой простейшей лампы - катод и анод. Из раскаленного катода вылетают электроны и образуют вокруг него электронное "облако". Если катод соединить с минусом источника питания, а на анод подать плюс, внутри диода возникает ток. Если же на анод подать минус, а на катод - плюс, ток в цепи диода прекратится. Таким образом, в двухэлектродной лампе - диоде ток может идти только в одном направлении от катода к аноду, т.е. диод обладает односторонней проводимостью тока.

Диод использовали для выпрямления переменного тока. В 1906 г. американский инженер Ли де Форест предложил ввести между анодом и катодом лампы еще один электрод - сетку. Появилась новая лампа - триод, неизмеримо расширившая область применения электронных ламп.

Работа триода, как и всякой электронной лампы, основана на существовании потока электронов между катодом и анодом. Сетка - третий электрод - имеет вид проволочной спирали. Она находится ближе к катоду, чем к аноду. Если на сетку подать небольшое отрицательное напряжение, она будет отталкивать часть электронов, летящих от катода к аноду, и сила анодного тока уменьшится. При большом анодном напряжении сетка становится барьером для электронов. Они задерживаются в пространстве между катодом и сеткой, несмотря на то что к катоду приложен минус, а к аноду - плюс источника питания. При положительном напряжении на сетке она будет усиливать анодный ток. Таким образом, подавая различное напряжение на сетку, можно управлять силой анодного тока лампы. Даже незначительные изменения напряжения между сеткой и катодом приведут к значительному изменению силы анодного тока, а следовательно, и к изменению напряжения на нагрузке (например резисторе), включенной в цепь анода. Если на сетку подать переменное напряжение, то за счет энергии источника питания лампа усилит это напряжение. Происходит это потому, что при переменном напряжении между сеткой и катодом постоянный ток в нагрузке лампы изменяется в такт с этим напряжением, причем в значительно большей степени, чем изменяется напряжение на сетке. Если этот ток пропустить через фильтр верхних частот, то на его выходе потечет переменный ток с большей амплитудой колебаний, а на нагрузке появится большее переменное напряжение.

-6-