Удосконалення методики викладання теми "Електричний струм у напівпровідниках" в загальноосвітній школі, страница 5

Серед різних випрямлячів істотні переваги мають германієві діоди. їх ККД сягає 98-99%, тоді як у ртутних - 80-85%, а в селенових - 75-80%. Вони допускають дуже велику густину струму -, майже в тисячу раз більшу, ніж селенові випрямлячі. Завдяки цьому германієва пластинка величиною в п’яти копійкову монету може випрямляти струм потужністю в кілька кіловат. Щоправда, ці якості германієвого випрямляча найкраще проявляються при порівняно малих напругах - до 100 В (і при температурах, не вищих за 350К)

[4].

На рис. 1.5.3 дано будову одного з типів германієвого випрямляча. Він складається з пластинки германію з електронною провідністю, в яку з одного боку приварено кульку індію, що надає германію дірчастої провідності, а з другого — кульку олова. При нагріванні під час зварювання індій дифундує в германій на деяку глибину, внаслідок чого поблизу індієвого електрода виникає дірчаста провідність, а на деякій глибині утворюється випрямляльний р—п-перехід. Олов'яний електрод призначений тільки для вмикання випрямляча в коло струму. ,

Для захисту від зовнішніх впливів випрямляч вміщують у герметичний патрон або запресовують у відповідну ізолюючу речовину (на рисунку не показано). Такі випрямлячі при площі контакту близько 1 мм і напрузі +1В дають прохідні струми більші від 1 А, а величина зворотних ~~ струмів звичайно не перевищує кількох мікроамперів. При площі контакту в кілька квадратних сантиметрів германієві і кремнієві випрямлячі можуть пропускати струми в кілька сотень амперів, хоч їх розміри такі малі, що вони вільно вміщуються на долоні руки. їх пробійні напруги можуть досягати багатьох сотень і навіть кількох тисяч вольтів[3].

На рис. 1.5.4 зображено будову досить поширеного селенового випрямляча. Основним випрямляльним елементом у ньому є «селенова шайба». Вона складається з залізного нікельованого диска, на який нанесено тонкий шар напівпровідника — селену. Селен покритий другим металевим електродом, склад якого різний (наприклад, сплав олово—кадмій—вісмут). Після спеціальної термічної і електричної обробки в селені, поблизу поверхні другого електрода; утворюється запірний шар (р — n-перехід), що виникає внаслідок дифузії речовини електродів у селен. Через те що селен має дірчасту

провідність, то прохідний напрям струму є напрям від селену до другого електрода. Окремі шайби сполучають у випрямлячі послідовно, як показано на рис. 1.5.5. З селенових випрямлячів знімають прямі струми 30-50 ма на см² поверхні, а допустимі зворотні напруги дорівнюють 25-50 в на кожну шайбу.

Напівпровідникові випрямлячі застосовують не тільки для випрямляння звичайних технічних змінних струмів, айв радіотехніці для випрямляння і перетворення електричних коливань високої частоти (так звані кристалічні детектори). Вони мають кристалик кремнію або германію (рис. 1.5.6), до якого притискається тонке металеве вістря (діаметром у кілька мікронів). Такі детектори дають змогу випрямляти швидкозмінні струми, частота яких перевищує 10¹⁰ періодів за секунду, чого не можна зробити за допомогою елек­тронних ламп.

Дуже тонкі р—/2-переходи використовують для побудови тунельних діодів. Такі діоди можна використовувати як елементи з від'ємним диференціальним опором, для підсилення і генерації електричних коливань. їх застосовують також як швидкодіючі перемикачі.

2.Напівпровідникові підсилювачі

За допомогою напівпровідників електричні коливання можна не тільки випрямляти, а й підсилювати. Напівпровідникові прилади, які використовують для цього, мають не два електроди (як у випрямлячах), а три (і більше) і діють подібно до вакуумних електронних ламп із сітками.

Для з'ясування принципу підсилення електричних сигналів за допомогою напівпровідників ми розглянемо тільки один з типів напівпровідникових тріодів, який схематично зображено на рис.1.5.7. кристал германію, в якому за допомогою відповідного розподілу двох домішок створено три області з типами провідності, що чергуються: дірчастий—електронний—дірчастий, між якими є два р—п-переходи. Кристал сполучений з відповідними металевими електродами, за допомогою яких тріод вмикають у схему, - зображену на рис.1.5.7.