Как идет ток через диод. Электрический ток в вакууме: принцип работы и применение вакуумных приборов

Что такое электрический ток в вакууме. Как происходит термоэлектронная эмиссия. Какие вакуумные электронные приборы существуют. Где применяются вакуумные диоды и триоды. Как устроена электронно-лучевая трубка.

Что такое электрический ток в вакууме и как он возникает

Электрический ток в вакууме представляет собой направленное движение свободных электронов в пространстве, практически лишенном вещества. Но как же электроны попадают в вакуум? Ключевую роль в этом играет явление термоэлектронной эмиссии.

Термоэлектронная эмиссия — это испускание электронов нагретыми металлами. При нагревании металла до высоких температур (порядка 1000-2500°C) кинетическая энергия электронов значительно возрастает. Наиболее энергичные электроны преодолевают потенциальный барьер на границе металл-вакуум и покидают поверхность металла, образуя электронное облако вокруг нагретого катода.

Вакуумный диод: устройство и принцип действия

Простейшим вакуумным электронным прибором является вакуумный диод. Как он устроен? Вакуумный диод состоит из двух электродов, помещенных в откачанную стеклянную или металлическую колбу:

• Катод — электрод, испускающий электроны при нагревании
• Анод — электрод, собирающий эмитированные электроны

Как работает вакуумный диод? Когда на анод подается положительное напряжение относительно катода, возникает электрическое поле, ускоряющее электроны в направлении анода. Таким образом, через вакуумный промежуток протекает электрический ток. При обратной полярности напряжения ток практически отсутствует.

В чем заключается основное свойство вакуумного диода? Вакуумный диод обладает свойством односторонней проводимости — он пропускает ток только в одном направлении. Это обусловлено тем, что только нагретый катод способен эмитировать электроны, а холодный анод — нет.

Вакуумный триод: третий электрод для управления током

Вакуумный триод — это электронная лампа с тремя электродами: катодом, анодом и управляющей сеткой. Чем отличается триод от диода? В триоде между катодом и анодом располагается дополнительный электрод — управляющая сетка.

Как работает вакуумный триод? Изменяя напряжение на сетке, можно управлять интенсивностью электронного потока, достигающего анода. При отрицательном потенциале сетка отталкивает электроны, уменьшая анодный ток. При положительном потенциале — усиливает поток электронов к аноду.

Для чего нужен вакуумный триод? Основное назначение триода — усиление электрических сигналов. Небольшие изменения напряжения на сетке вызывают значительные изменения анодного тока, что позволяет усиливать слабые электрические сигналы.

Электронно-лучевая трубка: создание управляемого электронного пучка

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) — это вакуумный прибор, формирующий узкий пучок электронов и управляющий его движением. Как устроена электронно-лучевая трубка? Основные элементы ЭЛТ:

• Электронная пушка — источник электронов
• Фокусирующая система — формирует узкий электронный луч
• Отклоняющая система — управляет движением луча
• Экран, покрытый люминофором

Как работает электронно-лучевая трубка? Электроны, испускаемые катодом, ускоряются электрическим полем и фокусируются в узкий пучок. Отклоняющая система, состоящая из двух пар пластин, отклоняет луч по вертикали и горизонтали. При попадании на экран электроны вызывают свечение люминофора.

Применение вакуумных электронных приборов в технике

Где применяются вакуумные электронные приборы? Несмотря на широкое распространение полупроводниковых устройств, вакуумные приборы до сих пор находят применение в различных областях:

1. Вакуумные диоды используются в мощных выпрямителях тока
2. Триоды и многоэлектродные лампы применяются в усилителях высокой мощности
3. Электронно-лучевые трубки используются в осциллографах и некоторых типах дисплеев
4. Мощные генераторные лампы применяются в радиопередатчиках
5. Фотоэлектронные умножители используются в сцинтилляционных детекторах

Почему вакуумные приборы до сих пор применяются? Они обладают рядом преимуществ в определенных областях: высокая мощность, широкий частотный диапазон, устойчивость к перегрузкам и ионизирующему излучению.

Преимущества и недостатки вакуумных электронных приборов

Каковы основные достоинства вакуумных электронных приборов? К преимуществам можно отнести:

• Высокая мощность (до сотен киловатт)
• Широкий диапазон рабочих частот (до десятков ГГц)
• Высокое входное сопротивление
• Устойчивость к перегрузкам и ионизирующему излучению
• Долговечность при правильной эксплуатации

Какие недостатки присущи вакуумным приборам? Основными недостатками являются:

• Большие габариты и вес
• Необходимость в источниках питания высокого напряжения
• Значительное энергопотребление (нагрев катода)
• Хрупкость стеклянных баллонов
• Относительно высокая стоимость производства

Современные тенденции в развитии вакуумной электроники

Какие направления развития вакуумной электроники существуют сегодня? Несмотря на широкое распространение полупроводниковых устройств, вакуумная электроника продолжает развиваться:

1. Создание компактных вакуумных интегральных схем
2. Разработка новых типов катодов с улучшенной эмиссией
3. Применение наноструктур в вакуумных приборах
4. Совершенствование методов фокусировки электронных пучков
5. Создание гибридных вакуумно-твердотельных устройств

Каковы перспективы вакуумной электроники? Вакуумные приборы сохраняют свои позиции в областях, требующих высокой мощности, широкого частотного диапазона и устойчивости к экстремальным условиям. Развитие новых технологий может привести к созданию нового поколения компактных и эффективных вакуумных устройств.

Заключение: роль вакуумной электроники в современном мире

Какое значение имеет вакуумная электроника сегодня? Несмотря на повсеместное распространение полупроводниковых устройств, вакуумные электронные приборы продолжают играть важную роль в ряде областей науки и техники. Их уникальные свойства обеспечивают незаменимость в определенных применениях.

Каково будущее вакуумной электроники? Дальнейшее развитие технологий может привести к появлению нового поколения вакуумных устройств, сочетающих преимущества классических ламп с компактностью и эффективностью современных полупроводниковых приборов. Вакуумная электроника остается перспективной областью исследований и разработок.

Электрический ток в вакууме 10 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Термоэлектронная эмиссия

 

Перед тем, как говорить, по какому механизму распространяется электрический ток в вакууме, необходимо понять, что же это за среда.

 

Определение. Вакуум – состояние газа, при котором свободный пробег частицы больше размера сосуда. То есть такое состояние, при котором молекула или атом газа пролетает от одной стенки сосуда к другой, не сталкиваясь с другими молекулами или атомами. Существует также понятие глубины вакуума, которое характеризует то малое количество частиц, которое всегда остается в вакууме.

Для существования электрического тока необходимо наличие свободных носителей заряда. Откуда они берутся в области пространства с очень малым содержанием вещества? Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть опыт, проведенный американским физиком Томасом Эдисоном (рис. 1). В ходе эксперимента две пластины помещались в вакуумную камеру и замыкались за ее пределами в цепь с включенным электрометром. После того как одну пластину нагревали, электрометр показывал отклонение от нуля (рис. 2).

Рис. 1. Томас Эдисон (Источник)

Результат опыта объясняется следующим образом: в результате нагревания металл из своей атомной структуры начинает испускать электроны, по аналогии испускания молекул воды при испарении. Разогретый металл окружает электронное облако. Такое явление называется термоэлектронной эмиссией.

Рис. 2. Схема опыта Эдисона

 

---

Свойство электронных пучков

В технике очень важное значение имеет использование так называемых электронных пучков.

Определение. Электронный пучок – поток электронов, длина которого много больше его ширины. Получить его довольно просто. Достаточно взять вакуумную трубку, по которой проходит ток, и проделать в аноде, к которому и идут разогнанные электроны, отверстие (так называемая электронная пушка) (рис. 3).

Рис. 3. Электронная пушка

Электронные пучки обладают рядом ключевых свойств:

• В результате наличия большой кинетической энергии они имеют тепловое воздействие на материал, в который врезаются. Данное свойство применяется в электронной сварке. Электронная сварка необходима в тех случаях, когда важно сохранение чистоты материалов, например, при сваривании полупроводников.
• При столкновении с металлами электронные пучки, замедляясь, излучают рентгеновское излучение, применяемое в медицине и технике (рис. 4).

Рис. 4. Снимок, сделанный при помощи рентгеновского излучения (Источник)

• При попадании электронного пучка на некоторые вещества, называющиеся люминофорами, происходит свечение, что позволяет создавать экраны, помогающие следить за перемещением пучка, конечно же, невидимого невооруженным глазом.
• Возможность управлять движением пучков с помощью электрических и магнитных полей.

---

 

Следует отметить, что температура, при которой можно добиться термоэлектронной эмиссии, не может превышать той температуры, при которой идет разрушение структуры металла.

На первых порах Эдисон использовал следующую конструкцию для получения тока в вакууме. В вакуумную трубку с одной стороны помещался проводник, включенный в цепь, а с другой стороны – положительно заряженный электрод (см. рис. 5):

Рис. 5

В результате прохождения тока по проводнику он начинает нагреваться, эмиссируя электроны, которые притягиваются к положительному электроду. В конце концов, возникает направленное движение электронов, что, собственно, и является электрическим током. Однако количество таким образом испускаемых электронов слишком мало, что дает слишком малый ток для какого-либо использования. С этой проблемой можно справиться добавлением еще одного электрода. Такой электрод отрицательного потенциала называется электродом косвенного накаливания. С его использованием количество движущихся электронов в разы увеличивается (рис. 6).

Рис. 6. Использование электрода косвенного накаливания

Стоит отметить, что проводимость тока в вакууме такая же, как и у металлов – электронная. Хотя механизм появления этих свободных электронов совсем иной.

 

Применение тока в вакууме

 

 

На основе явления термоэлектронной эмиссии был создан прибор под названием вакуумный диод (рис. 7).

 

Рис. 7. Обозначение вакуумного диода на электрической схеме

 

---

Вакуумный диод

Рассмотрим подробнее вакуумный диод. Существует две разновидности диодов: диод с нитью накаливания и анодом и диод с нитью накаливания, анодом и катодом. Первый называется диодом прямого накала, второй – косвенного накала. В технике применяется как первый, так и второй тип, однако диод прямого накала имеет такой недостаток, что при нагревании сопротивлении нити меняется, что влечет за собой изменение тока через диод. А так как для некоторых операций с использованием диодов необходим совершенно неизменный ток, то целесообразнее использовать второй тип диодов.

В обоих случаях температура нити накаливания для эффективной эмиссии должна равняться .

Диоды используются для выпрямления переменных токов. Если диод используется для преобразования токов промышленного значения, то он называется кенотроном.

---

 

Электрод, расположенный вблизи испускающего электроны элемента, называется катодом (), другой – анодом (). При правильном подключении при увеличении напряжения растет сила тока. При обратном же подключении ток идти не будет вообще (рис. 8). Этим вакуумные диоды выгодно отличаются от полупроводниковых, в которых при обратном включении ток хоть и минимальный, но есть. Благодаря этому свойству вакуумные диоды используются для выпрямления переменных токов.

Рис. 8. Вольтамперная характеристика вакуумного диода

Другим прибором, созданным на основе процессов протекания тока в вакууме, является электрический триод (рис. 9). Его конструкция отличается от диодной наличием третьего электрода, называемого сеткой. На принципах тока в вакууме основан также такой прибор, как электронно-лучевая трубка, составляющий основную часть таких приборов, как осциллограф и ламповые телевизоры.

Рис. 9. Схема вакуумного триода

 

---

Электронно-лучевая трубка

Как уже было сказано выше, на основе свойств распространения тока в вакууме было сконструировано такое важное устройство, как электронно-лучевая трубка. В основе своей работы она использует свойства электронных пучков. Рассмотрим строение этого прибора. Электронно-лучевая трубка состоит из вакуумной колбы, имеющей расширение, электронной пушки, двух катодов и двух взаимно перпендикулярных пар электродов (рис. 10).

Рис. 10. Строение электронно-лучевой трубки

Принцип работы следующий: вылетевшие вследствие термоэлектронной эмиссии из пушки электроны разгоняются благодаря положительному потенциалу на анодах. Затем, подавая желаемое напряжение на пары управляющих электродов, мы можем отклонять электронный пучок, как нам хочется, по горизонтали и по вертикали. После чего направленный пучок падает на люминофорный экран, что позволяет нам видеть на нем изображение траектории пучка.

Электронно-лучевая трубка используется в приборе под названием осциллограф (рис. 11), предназначенном для исследования электрических сигналов, и в кинескопических телевизорах за тем лишь исключением, что там электронные пучки управляются магнитными полями.

Рис. 11. Осциллограф (Источник)

---

 

На следующем уроке мы разберем прохождение электрического тока в жидкостях.           

 

Список литературы

1. Тихомирова С. А., Яворский Б. М. Физика (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2012.
2. Генденштейн Л. Э., Дик Ю. И. Физика 10 класс. – М.: Илекса, 2005.
3. Мякишев Г. Я., Синяков А. З., Слободсков Б. А. Физика. Электродинамика. – М.: 2010.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «physics.kgsu.ru» (Источник)
2. Интернет-портал «cathedral.narod.ru» (Источник)

 

Домашнее задание

1. Что такое электронная эмиссия?
2. Какие есть способы управления электронными пучками?
3. Как зависит проводимость полупроводника от температуры?
4. Для чего используется электрод косвенного накала?
5. * В чем основное свойство вакуумного диода? Чем оно обусловлено?

 

Физика для средних специальных учебных заведений

Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика для средних специальных учебных заведений: Учебник.—4-е изд., испр.—М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984. — 512 с. Содержание и расположение материала соответствуют программе по физике для техникумов на базе 8 классов средней школы, утвержденной в 1977 году. Изложение материала ведется на основе Международной системы единиц (СИ). В полном соответствии с содержанием курса составлен «Сборник задач и упражнений по физике для средних специальных учебных заведений», под редакцией Р. А. Гладковой (6-е изд. 1983 г.). Для учащихся средних специальных учебных заведений, ПТУ, общеобразовательных школ, слушателей и преподавателей подготовительных отделений вузов, а также лиц, занимающихся самообразованием. Оглавление ВВЕДЕНИЕ § 1.2. Физика и техника. § 1.3. Понятие о величине и измерении. Физические величины. § 1.4. Прямое и косвенное измерения. § 1.5. Звездное небо и его видимое вращение. § 1.6. Угловые измерения на небе. § 1.7. Определение расстояний до небесных тел на основе измерения параллаксов. § 1.8. Основные единицы времени и их связь с движением Земли. § 1.9. Правило вывода единиц физических величин из формул. Международная система единиц СИ. § 1.10. Плотность вещества. Раздел I. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕПЛОТА Глава 2. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ СТРОЕНИЯ ВЕЩЕСТВА § 2.2. Диффузия. § 2.3. Силы молекулярного взаимодействия. § 2.4. Кинетическая и потенциальная энергия молекул. § 2.5. Агрегатное состояние вещества. § 2.6. Понятие о температуре и внутренней энергии тела. Глава 3. МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ГАЗООБРАЗНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА § 3.2. Броуновское движение. § 3.3. Измерение скорости движения молекул газа. Опыт Штерна. § 3.4. Распределение молекул по скоростям их хаотического движения. § 3.5. Размеры и массы молекул и атомов. § 3. 6. Постоянная Авогадро и постоянная Лошмидта. § 3.7. Число столкновений и длина свободного пробега молекул в газе. § 3.8. Давление газа. Манометры. § 3.9. Понятие вакуума. § 3.10. Межзвездный газ. Глава 4. ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ. АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА И ЕЕ СВЯЗЬ С ЭНЕРГИЕЙ МОЛЕКУЛ ГАЗА § 4.2. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. § 4.3. Зависимость давления газа от температуры при постоянном объеме. § 4.4. Абсолютный нуль. § 4.5. Термодинамическая шкала температур. Абсолютная температура. § 4.6. Связь между температурой и кинетической энергией молекул газа. Постоянная Больцмана. Глава 5. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА § 5.2. Объединенный газовый закон. Приведение объема газа к нормальным условиям. § 5.3. Молярная газовая постоянная. Определение числового значения постоянной Больцмана. § 5.4. Уравнение Клапейрона — Менделеева. Плотность газа. § 5.5. Зависимость средней квадратичной скорости молекул газа от температуры. § 5.6. Изохорический процесс. § 5.7. Изобарический процесс. § 5.8. Изотермический процесс. § 5.9. Внутренняя энергия идеального газа. § 5.10. Работа газа при изменении его объема. Физический смысл молярной газовой постоянной. Глава 6. ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ § 6.2. Теплообмен. § 6.3. Виды теплообмена. § 6.4. Изменение внутренней энергии при нагревании и охлаждении. § 6.5. Уравнение теплового баланса при теплообмене. § 6.6. Подсчет теплоты, выделяемой при сжигании топлива. К. п. д. нагревателя. § 6.7. Изменение внутренней энергии при выполнении механической работы. Опыт Джоуля. § 6.8. Закон сохранения и превращения энергии в механике. § 6.9. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах. § 6.10. Первое начало термодинамики. § 6.11. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам в идеальном газе. § 6.12. Адиабатный процесс. § 6.13. Понятие о строении Солнца и звезд. Глава 7. ПЕРЕХОД ВЕЩЕСТВА ИЗ ЖИДКОГО СОСТОЯНИЯ В ГАЗООБРАЗНОЕ И ОБРАТНО § 7.2. Испарение. § 7.3. Теплота парообразования. Глава 8. СВОЙСТВА ПАРОВ. КИПЕНИЕ. КРИТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА § 8.2. Свойства паров, насыщающих пространство. § 8.3. Свойства паров, не насыщающих пространство. § 8.4. Процесс кипения жидкости. § 8.5. Зависимость температуры кипения жидкости от внешнего давления. Точка кипения. § 8.6. Уравнение теплового баланса при парообразовании и конденсации. § 8.7. Перегретый пар и его использование в технике. § 8.8. Критическое состояние вещества. § 8.9. Сжижение газов и использование жидких газов в технике. Глава 9. ВОДЯНОЙ ПАР В АТМОСФЕРЕ § 9.2. Абсолютная и относительная влажность воздуха. Точка росы. § 9.3. Приборы для определения влажности воздуха. § 9.4. Понятие об атмосферах планет. Глава 10. СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ § 10.2. Поверхностный слой жидкости. § 10.3. Энергия поверхностного слоя жидкости. Поверхностное натяжение. § 10.4. Сила поверхностного натяжения. § 10.5. Смачивание. Краевой угол. § 10.6. Мениск. Давление, создаваемое искривленной поверхностью жидкости. § 10.7. Капиллярность. Капиллярные явления в природе и технике. § 10.8. Понятие о вязкости среды. Ламинарное течение жидкости. § 10.9. Закон Ньютона для внутреннего трения. Динамическая вязкость. § 10.10. Аморфные вещества. Глава 11. СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ. ДЕФОРМАЦИИ § 11.2. Анизотропия кристаллов. Пространственная решетка и ее дефекты. § 11.3. Виды кристаллических структур. § 11.4. Виды деформаций. § 11.5. Механическое напряжение. § 11.6. Упругость, пластичность, хрупкость и твердость. § 11.7. Закон Гука. Модуль упругости. § 11.8. Энергия упруго деформированного тела. Глава 12. ПЛАВЛЕНИЕ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ. СУБЛИМАЦИЯ. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЙ ВЕЩЕСТВА § 12.2. Удельная теплота плавления. § 12.3. Изменение объема и плотности вещества при плавлении и отвердевании. § 12.4. Зависимость температуры и теплоты плавления от давления. Точка плавления. § 12.5. Уравнение теплового баланса при плавлении и кристаллизации. § 12.6. Растворы и сплавы. Охлаждающие смеси. § 12.7. Испарение твердых тел (сублимация). § 12.8. Диаграмма состоянии вещества. Тройная точка. Глава 13. ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ ТЕЛ § 13.2. Линейное расширение твердых тел при нагревании. § 13.3. Объемное расширение тел при нагревании. Зависимость плотности вещества от температуры. § 13.4. Особенности теплового расширения твердых тел. § 13.5. Некоторые особенности теплового расширения жидкостей. § 13.6. Значение теплового расширения тел в природе и технике. Раздел II. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ Глава 14. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ. ЗАКОН КУЛОНА § 14.2. Явления, подтверждающие сложное строение атома. § 14.3. Опыты Резерфорда. Ядерная модель строения атома. § 14.4. Понятие о строении атомов различных химических элементов. § 14.5. Электризация при соприкосновении незаряженных тел. § 14.6. Сила взаимодействия электрических зарядов. Закон Кулона. § 14.7. Диэлектрическая проницаемость среды. § 14.8. Международная система единиц СИ в электричестве. Электрическая постоянная. § 14.9. Электроскоп. Глава 15. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ § 15.2. Напряженность электрического поля. § 15.3. Линии напряженности электрического поля. § 15.4. Однородное поле. Поверхностная плотность заряда. § 15.5. Работа электрического поля при перемещении заряда. Потенциальная энергия заряда. § 15.6. Потенциал. Разность потенциалов и напряжение. Эквипотенциальные поверхности. § 15.7. Связь между напряженностью поля и напряжением. Градиент потенциала. § 15.8. Проводник в электрическом поле. § 15.9. Электрометр. § 15.10. Диэлектрик в электрическом поле. Поляризация диэлектрика. § 15.11. Понятие о сегнетоэлектриках. § 15.12. Пьезоэлектрический эффект. § 15.13. Электроемкость проводника. § 15.14. Условия, от которых зависит электроемкость проводника. § 15.15. Конденсаторы. § 15.16. Соединение конденсаторов в батарею. § 15.17. Энергия заряженного конденсатора. Плотность энергии электрического поля. § 15.18. Опыт Милликена. Глава 16. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В МЕТАЛЛАХ. ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА § 16.2. Сила тока и плотность тока в проводнике. § 16.3. Замкнутая электрическая цепь. § 16.4. Электродвижущая сила источника электрической энергии. § 16.5. Внешняя и внутренняя части цепи. § 16.6. Закон Ома для участка цепи без э. д. с. Сопротивление проводника. Падение напряжения. § 16.7. Зависимость сопротивления от материала, длины и площади поперечного сечения проводника. § 16.8. Зависимость сопротивления от температуры. § 16.9. Сверхпроводимость. § 16.10. Эквивалентное сопротивление. § 16.11. Последовательное соединение потребителей энергии тока. § 16.12. Параллельное соединение потребителей энергии тока § 16.13. Закон Ома для всей цепи. § 16.14. Соединение одинаковых источников электрической энергии в батарею. § 16.15. Закон Ома для участка цепи с э. д. с. и для всей цепи при нескольких э. д. с. Глава 17. РАБОТА, МОЩНОСТЬ И ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА § 17.2. Мощность электрического тока. § 17.3. Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля — Ленца. § 17.4. Короткое замыкание. Практическое применение теплового действия тока. Глава 18. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ § 18.2. Контактная разность потенциалов. § 18.3. Термоэлектродвижущая сила. § 18.4. Явление Пельтье. § 18.5. Применение термоэлектрических явлений в науке и технике. Глава 19. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЭЛЕКТРОЛИТАХ § 19.2. Электролиз. § 19.3. Электролиз, сопровождающийся растворением анода. § 19.4. Количество вещества, выделяющегося при электролизе. Первый закон Фарадея. § 19.5. Второй закон Фарадея. Определение заряда иона. § 19.6. Использование электролиза в технике. § 19.7. Гальванические элементы. § 19.8. Аккумуляторы. § 19.9. Применение гальванических элементов и аккумуляторов в технике. Явление электрокоррозии. Глава 20. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ГАЗАХ И В ВАКУУМЕ § 20.2. Зависимость силы тока в газе от напряжения. § 20.3. Электрический разряд в газе при атмосферном давлении. § 20.4. Электрический разряд в разреженных газах. Газосветные трубки и лампы дневного света. § 20.5. Излучение и поглощение энергии атомом. § 20.6. Катодные лучи. § 20.7. Понятие о плазме. § 20.8. Электрический ток в вакууме. § 20.9. Двухэлектродная лампа (диод). § 20.10. Трехэлектродная лампа (триод). § 20.11. Электронно-лучевая трубка. Глава 21. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ § 21.2. Чистые (беспримесные) полупроводники. Термисторы. § 21.3. Примесные полупроводники. § 21.4. Электронно-дырочный переход. § 21.5. Полупроводниковый диод. § 21.6. Полупроводниковый триод (транзистор). Глава 22. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ § 22.2. Магнитное поле как особый вид материи. § 22.3. Магниты. § 22.4. Линии магнитной индукции. Понятие о вихревом поле. § 22.5. Магнитное поле прямолинейного тока, кругового тока и соленоида. § 22.6. Сравнение магнитных свойств соленоида и постоянного магнита. § 22.7. Сила взаимодействия параллельных токов. Магнитная проницаемость среды. § 22.8. Определение ампера. Магнитная постоянная. § 22.9. Действие магнитного поля на прямолинейный проводник с током. § 22.10. Однородное магнитное поле. § 22.11. Магнитный момент контура с током. § 22.12. Работа при перемещении проводника с током в магнитном поле. Магнитный поток. § 22.13. Индукция магнитного поля, создаваемая в веществе проводниками с током различной формы. § 22.14. Напряженность магнитного поля и ее связь с индукцией и магнитной проницаемостью среды. § 22.15. Парамагнитные, диамагнитные и ферромагнитные вещества. § 22.16. Намагничивание ферромагнетиков. Электромагнит. § 22.17. Работа и устройство амперметра и вольтметра. § 22.18. Сила Лоренца. Движение заряда в магнитном поле. § 22.19. Постоянное и переменное магнитные поля. Глава 23. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ § 23.2. Явление электромагнитной индукции. § 23.3. Э. д. с. индукции, возникающая в прямолинейном проводнике при его движении в магнитном поле. Правило правой руки. § 23.4. Опыты Фарадея. § 23.5. Закон Ленца для электромагнитной индукции. Объяснение диамагнитных явлений. § 23.6. Величина э. д. с. индукции. § 23.7. Вихревое электрическое поле и его связь с магнитным полем. § 23.8. Вихревые токи. § 23.9. Роль магнитных полей в явлениях, происходящих на Солнце и в космосе. § 23.10. Явление самоиндукции. Э. д. с. самоиндукции. § 23.11. Энергия магнитного поля. Раздел III. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ Глава 24. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ § 24.2. Условия возникновения колебаний. § 24.3. Классификация колебательных движений тела в зависимости от действующей на него силы. § 24.4. Параметры колебательного движения. § 24.5. Величины, характеризующие мгновенное состояние колеблющейся точки. § 24.6. Гармоническое колебание. § 24.7. Уравнение гармонического колебания и его график. § 24.8. Математический маятник. § 24.9. Законы колебания математического маятника. Формула маятника. § 24.10. Физический маятник. § 24.11. Практические применения маятников. § 24.12. Упругие колебания. Превращение энергии при колебательном движении. § 24.13. Распространение колебательного движения в упругой среде. § 24.14. Перенос энергии бегущей волной. § 24.15. Поперечные и продольные волны. § 24.16. Волна и луч. Длина волны. § 24.17. Скорость распространения волн и ее связь с длиной волны и периодом (частотой) колебаний. § 24.18. Сложение колебаний, происходящих по одной прямой. § 24.19. Отражение волн. § 24.20. Стоячие волны. § 24.21. Интерференция волн. § 24.22. Сложение колебаний с кратными частотами. Разложение сложного колебания на гармонические составляющие. § 24.23. Вынужденные колебания. Механический резонанс и его роль в технике. Глава 25. ЗВУК И УЛЬТРАЗВУК § 25.3. Громкость и интенсивность звука. § 25.4. Высота тона и тембр звука. § 25.5. Интерференция звуковых волн. § 25.6. Отражение и поглощение звука. § 25.7. Звуковой резонанс. § 25.8. Ультразвук и его применение в технике. Глава 26. ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК § 26.2. Понятие об устройстве индукционных генераторов. § 26.3. Действующие значения э. д. с., напряжения и силы переменного тока. § 26.4. Индуктивность и емкость в цепи переменного тока. § 26.5. Преобразование переменного тока. Трансформатор. § 26.6. Индукционная катушка. § 26.7. Трехфазный ток. § 26.8. Получение, передача и распределение электрической энергии в народном хозяйстве СССР. Глава 27. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ § 27.2. Затухающие электромагнитные колебания. Электрический резонанс. § 27.3. Получение незатухающих колебаний с помощью лампового генератора. § 27.4. Токи высокой частоты и их применение. § 27.5. Электромагнитное поле как особый вид материи. § 27.6. Открытый колебательный контур. Излучение. § 27.7. Электромагнитные волны. Скорость их распространения. § 27.8. Опыты Герца. § 27.9. Изобретение радио А С. Поповым. Радиотелеграфная связь. § 27.10. Радиотелефонная связь. Амплитудная модуляция. § 27.11. Устройство простейшего лампового радиоприемника с усилителем низкой частоты. § 27.12. Понятие о радиолокации. Раздел IV. ОПТИКА. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ Глава 28. ПРИРОДА СВЕТА. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА § 28.2. Понятие об электромагнитной теории света. Диапазон световых волн. § 28.3. Понятие о квантовой теории света. Постоянная Планка. § 28.4. Источники света. § 28.5. Принцип Гюйгенса. Световые лучи. § 28.6. Скорость распространения света в вакууме. Опыт Майкельсона. § 28.7. Скорость распространения света в различных средах. Глава 29. ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА § 29.2. Законы отражения света. § 29.3. Зеркальное и диффузное отражение. Плоское зеркало. § 29. 4. Сферические зеркала. § 29.5. Построение изображений, получаемых с помощью сферических зеркал. Формула сферического зеркала. § 29.6. Законы преломления света. § 29.7. Абсолютный показатель преломления и его связь с относительным показателем преломления. § 29.8. Полное отражение света. Предельный угол. § 29.9. Прохождение света через пластинку с параллельными гранями и через трехгранную призму. Призма с полным отражением. Глава 30. ЛИНЗЫ. ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ЛИНЗ § 30.2. Главные фокусы и фокальные плоскости линзы. § 30.3. Оптическая сила линзы. § 30.4. Построение изображения светящейся точки, расположенной на главной оптической оси линзы. § 30.5. Вывод формулы для сопряжеппых точек тонкой линзы. § 30.6. Построение изображения светящейся точки, расположенной на побочной оптической оси линзы. § 30.7. Построение изображений предмета, создаваемых линзой. § 30.8. Линейное увеличение, полученное с помощью линзы. § 30.9. Недостатки линз. Выясним, какие существенные недостатки встречаются у линз. Глава 31. ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ. ГЛАЗ § 31.2. Фотографический аппарат. § 31.3. Глаз как оптическая система. § 31.4, Длительность зрительного ощущения. § 31.5. Угол зрения. § 31.6. Расстояние наилучшего зрения. Оптические дефекты глаза. § 31.7. Увеличение оптического прибора. Лупа. § 31.8. Микроскоп. § 31.9. Труба Кеплера. Телескопы. § 31.10. Труба Галилея. Бинокль. Глава 32. ЯВЛЕНИЯ, ОБЪЯСНЯЕМЫЕ ВОЛНОВЫМИ СВОЙСТВАМИ СВЕТА § 32.2. Цвета тонких пленок. § 32.3. Интерференция в клинообразной пленке. Кольца Ньютона. § 32.4. Интерференция света в природе и технике. § 32.5. Дифракция света. § 32.6. Дифракционная решетка и дифракционный спектр. Измерение длины световой волны. § 32.7. Поляризация волн. § 32.8. Поляризация света. Поляроиды. § 32.9. Поляризация при отражении и преломлении света. Глава 33. ФОТОМЕТРИЯ § 33.2. Световой поток. § 33.3. Сила света. Единицы силы света и светового потока. § 33.4. Освещенность. § 33.5. Яркость. § 33.6. Законы освещенности. § 33.7. Сравнение силы света двух источников. Фотометр. Люксметр. Глава 34. ИЗЛУЧЕНИЕ И СПЕКТРЫ. РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ § 34.2. Разложение белого света призмой. Сплошной спектр. § 34.3. Сложение спектральных цветов. Дополнительные цвета. § 34.4. Цвета тел. § 34.5. Ультрафиолетовая и инфракрасная части спектра. § 34.6. Роль ультрафиолетовых и инфракрасных лучей в природе. Их применение в технике. § 34.7. Приборы для получения и исследования спектров. § 34.8. Виды спектров. § 34.9. Спектры поглощения газов. Опыты Кирхгофа. § 34.10. Закон теплового излучения Кирхгофа. § 34.11. Законы теплового излучения Стефана — Больцмана, Вина, Планка. § 34.12. Спектры Солнца и звезд. Их связь с температурой. § 34.13. Спектральный анализ. § 34.14. Понятие о принципе Доплера. § 34.15. Рентгеновские лучи и их практическое применение. § 34.16. Шкала электромагнитных волн. § 34.17. Виды космического излучения. Глава 35. ЯВЛЕНИЯ, ОБЪЯСНЯЕМЫЕ КВАНТОВЫМИ СВОЙСТВАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ § 35.2. Давление световых лучей. Опыты П. Н. Лебедева. § 35.3. Тепловое действие света. § 35.4. Химическое действие света. § 35.5. Использование химического действия света при фотографировании. Понятие о квантовой природе химического действия излучения. § 35.6. Внешний фотоэлектрический эффект. Опыты Столетова. § 35.7. Законы внешнего фотоэффекта. § 35.8. Объяснение фотоэффекта на основе квантовой теории. § 35.9. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом. § 35.10. Внутренний фотоэффект. § 35.11. Фотосопротивления. § 35.12. Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом. § 35.13. Использование фотоэлементов в науке и технике. § 35.14. Понятие о телевидении. § 35.15. Понятие о теории Бора. Строение атома водорода. § 35.16. Излучение и поглощение энергии атомами. § 35.17. Явление люминесценции. § 35.18. Понятие о квантовых генераторах. Глава 36. ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ § 36.2. Экспериментальные основы специальной теории относительности Эйнштейна. Постулаты Эйнштейна. § 36.3. Понятие одновременности. § 36.4. Относительность понятий длины и промежутка времени § 36.5. Теорема сложения скоростей Эйнштейна. § 36.6. Масса и импульс в специальной теории относительности. § 36.7. Связь между массой и энергией. Уравнение Эйнштейна. § 36.8. Связь между импульсом и энергией. Импульс и энергия фотонов. Раздел V. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА Глава 37. СТРОЕНИЕ АТОМНОГО ЯДРА § 37.2. Радиоактивность. § 37.3. Понятие о превращении химических элементов. § 37.4. Понятие об энергии и проникающей способности радиоактивного излучения. § 37.5. Эффект Вавилова — Черенкова. § 37.6. Открытие искусственного превращения атомных ядер. § 37.7. Открытие нейтрона. § 37.8. Состав атомного ядра. Запись ядерных реакций. § 37. 9. Изотопы. § 37.10. Понятие о ядерных силах. § 37.11. Дефект массы атомных ядер. Энергия связи. Глава 38. КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ § 38.2. Открытие позитрона. § 38.3. Нейтрино. § 38.4. Открытие новых элементарных частиц. § 38.5. Классификация элементарных частиц. § 38.6. Античастицы. Взаимные превращения вещества и поля. § 38.7. Гипотеза кварков. Глава 39. АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ § 39.2. Деление тяжелых атомных ядер. § 39.3. Цепная реакция деления. Ядерный взрыв. § 39.4. Ядерный реактор. § 39.5. Развитие ядерной энергетики в СССР. § 39.6. Понятие о термоядерной реакции. Энергия Солнца и звезд. § 39.7. Понятие об управляемой термоядерной реакции. § 39.8. Получение радиоактивных изотопов и их применение. Раздел VI. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО АСТРОНОМИИ Глава 40. СТРОЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ § 40.2. Происхождение и развитие небесных тел. § 40.3. Понятие о космологии.

Урок Видео: Диоды | Nagwa

Стенограмма видео

В этом видео мы будем искать на компоненте электрической цепи, известном как диод. Мы будем рассматривать функцию диода в электрической цепи, а также из чего он сделан.

Итак, давайте начнем с размышлений о что на самом деле делает диод. Диод это электрическая цепь компонент, пропускающий через себя ток в одном направлении, но не в противоположном направление. Это символ цепи для диод. И это на самом деле один из самых дружественные символы цепи, потому что стрелка в этом символе показывает нам направление в какой условный ток может протекать через диод. И помните, кстати, обычный ток состоит из положительных зарядов.

Так, например, если бы мы взяли этот диод и соединить его последовательно с ячейкой и резистором, то в этом ориентации ячейки, обычный ток будет течь от положительного клемму и через диод в разрешенном направлении через резистор и затем обратно по кругу, пока мы не завершим круг, когда доберемся до отрицательный полюс клетки. Другими словами, тогда в этом ориентации ячейки и диода, ток по часовой стрелке, состоящий из положительных заряды будут установлены в цепи.

Однако, если бы мы подумали о поток электронов, которые являются отрицательно заряженными частицами, то те будут оттекает от отрицательного вывода ячейки против часовой стрелки через резистор и через диод. И это действительно разрешено направление движения отрицательно заряженных частиц. Потому что, помните, стрелка в диод только показывает направление, в котором могут течь положительные заряды. Следовательно, отрицательные заряды могут течь в другую сторону через диод.

Однако, если мы реверсируем полярность ячейки так, чтобы положительный вывод был здесь, а отрицательный терминал здесь, а затем, если мы подумаем об обычном токе, ячейка теперь пытаясь настроить ток, который течет в этом направлении, от положительного вывод через резистор и приходя на диод. Однако диод не позволит Положительные заряды текут в этом направлении через него. И, следовательно, не будет ток в этой цепи. Если мы эквивалентно подумаем о течет отрицательный заряд, поток электронов, затем клетка пытается вытолкнуть электроны таким образом. Однако отрицательные заряды не могут в этом направлении через диод. И так, как мы поняли раньше, тока в этой цепи не будет.

Так это функциональность или поведение идеального диода. И, да, в этой цепи мы с учетом идеальных компонентов. Но, как мы вскоре увидим, настоящие диоды ведут себя не совсем как идеальные диоды. Так же, как, например, как реально провода на самом деле имеют некоторое сопротивление, тогда как мы моделируем идеальные провода в нашей схеме диаграммы, чтобы иметь нулевое сопротивление. Таким образом, реальные компоненты схемы не ведут себя так же, как их идеальные аналоги. И диод не исключение. этот. Но давайте держаться за эту мысль и вернуться к этому через мгновение.

Но сначала давайте подумаем о идеальный диод, еще раз, в нашей идеальной схеме. Теперь избавимся от резистор. А вместо этого поставить амперметр. это положение, а также вольтметр параллельно диоду. И давайте также возьмем нашу камеру и превратить его в источник переменного напряжения. Так что весь смысл в том, что мы будем варьировать напряжение, выдаваемое источником переменного напряжения, и посмотрим на напряжение на диоде в ответ на это, а также ток в схема. И поскольку амперметр находится в последовательно с диодом, поэтому он будет измерять ток через диод.

Теперь давайте выберем соглашение что ток, текущий по часовой стрелке, течет в положительном направление. И, следовательно, любой потенциал разность, которая создает ток в направлении по часовой стрелке, является положительным потенциалом разница. Давайте тогда настроим пару осей с током, измеренным амперметром здесь по вертикальной оси, и потенциалом разница 𝑉 измеряется на диоде этим вольтметром. И мы вкладываем этот потенциал разница по горизонтальной оси. Так что теперь, в этой ориентации ячейки, независимо от величины напряжения, выдаваемого ячейкой, мы знаем, что клетка пытается создать ток в этом направлении. И это условно текущий.

Итак, ячейка пытается нажать положительные заряды в этом направлении. Однако диод не позволяет этот. И действительно, идеальный диод делать это независимо от величины разности потенциалов, создаваемой клетка. Помните, мы говорили ранее, что любое напряжение, пытающееся протолкнуть ток в направлении по часовой стрелке, является положительным Напряжение. Ну, в данном случае наша ячейка пытаясь подтолкнуть ток, обычный ток, в отрицательном направлении, направление против часовой стрелки. А для идеального диода, если начать при нулевом напряжении и увеличиваем напряжение в отрицательную сторону, что мы и увидим заключается в том, что ток равен нулю независимо от этого отрицательного напряжения. Потому что сколько бы это ни ячейка пытается протолкнуть условный ток в этом направлении, диод не будет разрешить это. Итак, наш граф 𝐼–𝑉 является плоским линия для всех отрицательных значений напряжения, потому что ток равен нулю.

Однако, если мы теперь реверсируем полярность нашей переменной ячейки и медленно увеличиваем напряжение в этом направлении, то мы видим, что ячейка теперь пытается установить обычный ток течет по часовой стрелке в нашей цепи. Ну, в той ситуации, как мы увеличить напряжение на нашем источнике переменного напряжения, вольтметр измеряет увеличение напряжения, потому что это также напряжение на диоде. И мы ожидаем, что ток начнет течь сразу, как только напряжение превысит нуль. Более того, идеальный диод, когда в правильная ориентация относительно ячейки, фактически будет действовать как закрытая выключатель.

Итак, на данный момент единственный Компоненты, которые у нас есть в нашей цепи, это ячейка, замкнутый переключатель, вольтметр, и амперметр. В основном это означает, что массовый ток может течь, потому что нет сопротивления этому току. И, следовательно, то, что мы увидим на График зависимости тока от напряжения заключается в том, что как только напряжение становится больше нуля, мы получить огромное значение тока. Итак, мы видели, что если ориентация нашего диода правильна относительно нашей ячейки — другими словами, если диод фактически пропускает ток, который ячейка пытается установить — тогда диод в основном действует как замкнутый переключатель. Но если мы поменяем полярность ячейка и ячейка пытается протолкнуть ток против часовой стрелки через цепь, тогда диод фактически действует как открытый переключатель. И это фактически предотвращает любое ток от существующих в цепи.

Таково поведение идеального диод. И этот график показывает его 𝐼–𝑉, или вольтамперные, характеристики. Другими словами, этот график показывает нам что мы ожидаем увидеть, когда мы изменим разность потенциалов на диоде и измерьте ток через этот диод. Однако, как мы упоминали ранее, настоящие диоды ведут себя не совсем как идеальные диоды. Итак, вот 𝐼–𝑉 характеристики идеального диода еще раз. А вот и 𝐼–𝑉 характеристики реального диода, поэтому они сильно отличаются от того, что мы ожидаем.

Давайте сначала посмотрим на этот раздел все. Мы видим, что для очень высоких отрицательные значения напряжения, ток в отрицательном направлении действительно существовать. Другими словами, при очень высоком отрицательное напряжение, реальный диод выйдет из строя и фактически позволит току пройти через него в кавычках, без кавычек, в неправильном направлении. Другими словами, если мы вернемся к нашу схему из предыдущего и настройте полярность ячейки так, чтобы она пыталась протолкнуть ток в неправильном направлении через диод, что наш реальный диод График 𝐼–𝑉 говорит нам о том, что если разность потенциалов на диоде велика достаточно, то в конечном итоге будет разрешен ток в направлении против часовой стрелки течь. И так, при очень высоком отрицательном напряжения, диод фактически выходит из строя.

Теперь при меньшем отрицательном напряжении значений, идеальный диод пропускал бы через цепь нулевой ток, тогда как в этом случае у нас действительно есть очень маленький ток, проходящий через цепь. Так что даже с обратной полярностью ячейке, есть очень крошечный ток, проходящий против часовой стрелки через реальную схема. И диод это позволяет. Теперь давайте подумаем, что происходит когда напряжение становится положительным. Другими словами, мы обращаем полярность ячейки еще раз, так что ячейка пытается установить ток в направление, в котором диод пропускает через себя ток. И, вспомните еще раз, это ток, о котором мы говорим, является обычным током.

Ну и с идеальным диодом, что нам ожидать увидеть, это то, что как только напряжение становится хоть немного больше чем ноль вольт, в цепи возникает огромный ток. Потому что помните, что идеальный диод действует как замкнутый переключатель в ситуации. Однако настоящий диод ведет себя немного иначе. То, что мы видим, это то, что есть определенное минимальное напряжение, которое должно быть приложено, прежде чем будет пропущен какой-либо ток через цепь. Теперь это напряжение известно как пороговое напряжение, которое мы будем называть 𝑉 нижним индексом 𝑡. Что для идеального диода равно на самом деле ноль вольт, потому что все, что выше этого, и ток немедленно устанавливается в цепи. Итак, основные отличия между 𝐼–𝑉 характеристиками идеального диода и реального диода.

Теперь все хорошо и хорошо думая о диодах как о компонентах схемы, которые ведут себя именно таким образом. Но мы можем задать вопрос, что из каких материалов на самом деле сделаны диоды? Ну, диоды чаще всего делают из полупроводниковых материалов, таких как кремний. Итак, полупроводниковый материал материал, который не так хорошо проводит электричество, как проводник. Но это гораздо лучший проводник чем изолятор. Другими словами, полупроводниковый проводимость находится где-то между проводимостью изолятора и проводник. И кремний является примером полупроводник. Атом кремния имеет четыре электрона в своей внешней оболочке. Это означает, что он может образовывать связи с четырьмя другими атомами кремния.

Так, например, если мы рассмотрим этот атом кремния, то мы видим, что он связан с этим, этим, этим, и этот. И конечным результатом этого является то, что во внешней оболочке этого кремниевого атома теперь один, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь электронов. Другими словами, полный внешний оболочка. Четыре из этих восьми электронов приходят от этого самого атома кремния. А остальные четыре происходят из четыре атома кремния, с которыми он связан. Теперь кремний представляет собой полупроводник. Потому что, если бы мы взяли это кристалл кремния и нагреть его, то часть электронов в этих связях окажется способен выйти на высокие энергетические уровни. И так, то, что осталось, это небольшие пробелы где есть место для электрона. А это значит, что другие электроны Затем можно заполнить эти пробелы. А поскольку электроны заряжены частиц, это означает, что может существовать поток заряженных частиц — или, другими словами, словами, ток — в кремнии.

Однако сама по себе проводимость свойства кремния недостаточно хороши. Итак, что мы можем сделать, так это заменить некоторые из этих атомов кремния атомами другого элемента. Одним из таких элементов является бор. Бор содержит только три электрона в своей внешней оболочке. Итак, мы могли бы заменить один из эти атомы кремния, скажем, этот, с атомом бора в процессе, известном как допинг. Теперь, поскольку в этом положении мы иметь атом бора вместо атома кремния, этот атом бора имеет на один электрон меньше в его внешней оболочке, чтобы обеспечить связь. А это значит, что даже без нам нужно нагреть наш кремниевый кристалл, теперь у нас есть дырка, через которую проходит электрон. было бы, если бы этот атом был кремнием. Затем эту дыру можно занять другие электроны, которые оставляют после себя дырки, когда перескакивают в это положение.

Теперь, поскольку бор является трехвалентным атомом, что означает, что у него три электрона на внешней оболочке, что приводит к легированному кристалл кремния, в котором теперь больше отверстий, чем было бы в противном случае. И эти мотыги считаются положительно заряжены, потому что они находятся в отсутствие электрона, который отрицательный. А так, отсутствие негатива заряд можно рассматривать как положительный заряд. И, следовательно, этот тип допинга Кристалл кремния известен как полупроводник p-типа или положительного типа. Однако, если бы мы вместо кристалла кремния с пятивалентным атомом — так что это атом, содержащий пять электронов на его внешней оболочке, а не четыре у кремния, и пример пятивалентного атома — это фосфор — тогда мы увидим, что фосфор образует четыре связи с атомами кремния вокруг него. Но сейчас лишнее электрон из фосфора, который фактически получает возможность свободно перемещаться внутри кристалл.

Это означает, что пятивалентный атом имеет дополнительный электрон по сравнению с атомом кремния. И этот лишний электрон свободен передвигаться. Это означает, что это отрицательно заряженная частица, этот электрон, может двигаться и, таким образом, может быть частью тока поток. Следовательно, это также увеличивает проводимость нашего кристалла кремния. И кристалл, легированный пятивалентный атом известен как полупроводник n-типа или отрицательного типа. Это связано с тем, что он обеспечивает избыток отрицательно заряженных частиц или электронов.

Итак, мы рассмотрели p-type полупроводники и полупроводники n-типа. Но какое это имеет отношение к диоды? Что ж, получается, что если взять полупроводник p-типа и полупроводник n-типа и соедините их посередине, затем эта установка действует как диод. Другими словами, соединяя нашу ячейку в этой ориентации позволяет течь обычному току в направлении по часовой стрелке в нашей схеме, как мы ее нарисовали. В то время как, если бы мы переключили полярность ячейки, затем полупроводник p-типа и полупроводник n-типа вместе, известный как p-n переход, не позволил бы обычному вращению против часовой стрелки. ток, который необходимо установить в цепи. Таким образом, амперметр будет измерять ток ноль ампер. Итак, теперь, когда мы рассмотрели функциональные возможности диода, а также из чего сделан диод, давайте немного попрактикуйтесь, глядя на пример вопроса.

Что из перечисленного верно описывает диод? А) Диод представляет собой электронный компонент, который излучает свет с очень высокой эффективностью. Б) Диод представляет собой электронный компонент с сопротивлением, которое изменяется в зависимости от количества падающего света на него. В) Диод представляет собой электронный компонент, который позволяет току течь только в одном направлении через него. Г) Диод представляет собой электронный компонент, который можно использовать для усиления сигналов. E) Диод представляет собой электронный компонент с сопротивлением, изменяющимся в зависимости от температуры окружающей среды.

Итак, в этом вопросе из варианты от A до E, нас попросили выбрать тот, который описывает диод. Чтобы ответить на этот вопрос, может помочь запомнить условное обозначение диода. Вот как мы рисуем диод в принципиальная электрическая схема. И эта схема особенно полезно для нас, потому что на этой диаграмме мы видим маленькую стрелку. И мы можем вспомнить, что эта стрелка обозначает направление, в котором обычному току разрешено протекать через диод. Другими словами, обычные ток, то есть ток, состоящий из положительных зарядов, может течь в этом направлении, но не имеет права течь в другом направлении. И это функциональность диод. Другими словами, диод – это электронный компонент, который позволяет току течь только в одном направлении через это. Следовательно, это ответ на наш вопрос.

Очень быстро смотрит на друга однако, мы можем видеть, что описание в варианте А состоит в том, что диод является электронный компонент, излучающий свет с очень высокой эффективностью. Ну, этот тип компонента на самом деле очень специфический вид диода, в частности, светоизлучающий диод или ВЕЛ. И светодиоды действительно излучают свет с очень высокой эффективностью. Однако это не есть хорошо описание диода в целом, потому что не все диоды излучают свет диоды. И, следовательно, мы не выбрали вариант А как ответ на наш вопрос.

Вариант B говорит, что диод является электронный компонент с сопротивлением, изменяющимся в зависимости от количества света происшествие на нем. Ну, это больше похоже на описание светозависимого резистора или LDR. Так вот, это не ответ на тоже наш вопрос. Вариант D говорит, что диод электронный компонент, который можно использовать для усиления сигналов. Ну очень похоже на усилитель, который часто состоит из транзисторов, а также другие схемы компоненты конечно. А так, это не похоже на описание диода. И, наконец, вариант Е говорит о том, что диод — это электронный компонент, сопротивление которого изменяется в зависимости от окружающей среды. температура. Ну, этот компонент схемы известный как термистор или иногда терморезистор. А значит, вариант Е тоже не подходит. ответ на наш вопрос.

Итак, теперь, когда мы рассмотрели это Например, давайте подытожим то, о чем мы говорили на этом уроке.

Во-первых, мы видели, что диоды электронные компоненты, которые позволяют току течь через них в одном направлении, но не в противоположном направлении. Мы также видели, что это символ цепи для диода, который полезен, потому что стрелка показывает нам направление, в котором обычный ток может течь через диод. Далее мы увидели, что 𝐼–𝑉 характеристики идеального диода выглядят так, тогда как характеристики реального диода выглядят так. Мы также видели, что полупроводники, такие как кремний, могут быть легированы для образования p-типа, положительного типа и n-типа, или отрицательный тип, полупроводники.

И, наконец, мы увидели, что диоды обычно изготавливаются из кремния p-типа, таких атомов, как бор, который имеет три электрона в его внешней оболочке замещают часть атомов кремния в кристалле, а также n-типа кремния, где пятивалентный атом, такой как фосфор, заменит часть кремний. И когда мы присоединяемся к p-типу полупроводник и полупроводник n-типа вместе в виде p-n перехода, то это отображает поведение диода.

Работа соединения PN — диоды

Диоды

Теперь, когда вы знакомы с материалами P- и N-типа, вы узнаете, как эти материалы соединены вместе, чтобы сформировать диод, и функция диода, давайте продолжим наше обсуждение с работой PN-перехода. Но прежде чем мы сможем понять, как работает PN-переход, мы должны сначала рассмотреть ток в материалы, из которых состоит соединение, а затем то, что первоначально происходит внутри соединение, когда эти два материала соединены вместе.

Течение тока в материале N-типа

Течение тока в материале N-типа.

Проводимость в полупроводнике N-типа или кристалле аналогична проводимости в медной проволоке. То есть, когда к материалу приложено напряжение, электроны будет проходить через кристалл так же, как ток течет по медному проводу. Это показано на рисунке выше. Положительный потенциал батареи будут притягивать свободные электроны в кристалле. Эти электроны уйдут кристалл и течь в положительную клемму батареи. Как электрон покидает кристалл, электрон с отрицательного полюса батареи войдет в кристалл, тем самым завершив текущий путь. Следовательно большинство носителей тока в материале N-типа (электроны) отталкиваются отрицательным полюсом батареи и двигайтесь через кристалл к положительная сторона аккумулятора.

Течение тока в материале P-типа

Течение тока в материале P-типа.

Протекание тока через материал P-типа показано на рисунке выше. Проводимость в материале P осуществляется положительными отверстиями, а не отрицательными. электроны. Отверстие перемещается от положительного вывода материала P к отрицательный терминал. Электроны из внешней цепи попадают в отрицательную конец материала и заполнить отверстия в непосредственной близости от этого вывода. На положительном полюсе электроны отрываются от ковалентных связей, тем самым создавая новые отверстия. Этот процесс продолжается постоянным потоком дырок (дырочный ток) движется к отрицательной клемме.

Обратите внимание, что в материалах N-типа и P-типа ток течет во внешнем цепь состоит из электронов, движущихся от отрицательного вывода батареи и к положительной клемме батареи. Дырочный поток, на с другой стороны, существует только внутри самого материала.

Перегородка

Хотя материал N-типа имеет избыток свободных электронов, он все же электрически нейтрален. Это связано с тем, что донорные атомы в материале N были остались с положительными зарядами после того, как свободные электроны стали доступны ковалентным связи (протонов больше, чем электронов). Таким образом, для каждого бесплатного электрон в материале N, есть соответствующий положительно заряженный атом для сбалансировать его. Конечным результатом является то, что N-материал имеет нулевой общий заряд.

По тем же соображениям материал P-типа также электрически нейтрален, потому что избыток отверстий в этом материале точно уравновешивается количеством электроны. Имейте в виду, что дырки и электроны все еще могут свободно двигаться. в материале, потому что они слабо связаны со своими родительскими атомами.

Казалось бы, если бы мы соединили материалы N и P одним из процессов, упомянутых ранее, все дырки и электроны будут спарены. На наоборот, этого не происходит. Вместо этого электроны в материале N диффундируют (переместить или разложить) по стыку в материал P и заполнить некоторые из отверстия. В то же время дырки в материале P диффундируют по перехода в материал N и заполнены электронами материала N. Этот процесс, называемый рекомбинация соединения , уменьшает количество свободные электроны и дырки вблизи перехода. Потому что истощение или недостаток свободных электронов и дырок в этой области, известно как область истощения .

Формирование барьера соединения PN.

Потеря электрона из материала N-типа создала положительный ион в Материал N, в то время как потеря отверстия в материале P создала отрицательный ион в этом материале. Эти ионы фиксируются в кристаллической решетке. структуры и не может двигаться. Таким образом, они составляют слой фиксированных зарядов на две стороны соединения, как показано на рисунке выше. На стороне N стыка имеется слой положительно заряженных ионов; на стороне P соединения имеется слой отрицательно заряженных ионов. электростатический поле, представленное небольшой батареей на рисунке, устанавливается поперек соединение между противоположно заряженными ионами. Диффузия электронов и отверстия поперек соединения будут продолжаться до тех пор, пока величина электростатическое поле увеличивается до такой степени, что электроны и дырам уже не хватает энергии для его преодоления, и они отталкиваются отрицательные и положительные ионы соответственно. В этот момент равновесие установлен и, для всех практических целей, движение перевозчиков через соединение прекращается. По этой причине электростатическое поле, создаваемое положительных и отрицательных ионов в обедненной области называется барьером.

Только что описанное действие происходит почти мгновенно при образовании соединения. Затронуты только носители в непосредственной близости от перекрестка. Носители в остальной части материала N и P относительно не нарушены и остаются в уравновешенном состоянии.

Смещение вперед

Внешнее напряжение, прикладываемое к PN-переходу, называется смещением . Если, для Например, батарея используется для подачи смещения на PN-переход и подключается так что его напряжение противодействует полю перехода, он уменьшит переход барьер и, следовательно, способствовать протеканию тока через переход. Этот тип предвзятость известна как прямое смещение , и это приводит к тому, что соединение предлагает только минимальное сопротивление потоку тока.

PN соединение с прямым смещением.

Прямое смещение показано на рисунке выше. Обратите внимание на положительную клемму батарея смещения подключена к Материал P-типа и отрицательная клемма батареи подключены к материал N-типа. Положительный потенциал отталкивает дырки к стыку. где они нейтрализуют часть отрицательных ионов. В то же время негатив потенциал отталкивает электроны к стыку, где они нейтрализуют часть положительные ионы. Поскольку ионы по обе стороны барьера нейтрализуется, ширина барьера уменьшается. Таким образом, эффект от напряжение батареи в направлении прямого смещения, чтобы уменьшить барьер потенциал через соединение и позволить большинству несущих пересекать перекресток. Течение тока в PN-переходе с прямым смещением относительно простой. Электрон покидает отрицательный полюс батареи и движется к терминалу материала N-типа. Он входит в материал N, где он является основным носителем и перемещается к краю барьера перехода. Из-за прямого смещения барьер оказывает меньшее сопротивление электрону. и он пройдет через обедненную область в материал P-типа. Электрон теряет энергию при преодолении сопротивления барьера перехода, а при входе в материал Р совмещается с отверстием. Отверстие было произведено когда электрон был извлечен из материала P положительным потенциалом аккумулятора. Созданное отверстие перемещается через материал P по направлению к соединение, где он соединяется с электроном.

Важно помнить, что в условиях прямого смещения проводимость на большинство носителей тока (отверстия в материале P-типа и электроны в материале N-типа). Повышение напряжения батареи приведет к увеличит количество основных перевозчиков, прибывающих на узел, и поэтому увеличьте текущий поток. Если напряжение аккумуляторной батареи увеличилось до точка, где барьер значительно снижается, потечет сильный ток и соединение может быть повреждено из-за возникающего тепла.

Обратное смещение

Если батарея, упомянутая ранее, подключена к переходу так, что ее напряжение помогает соединению, оно увеличивает барьер соединения и тем самым обеспечивают высокое сопротивление току, протекающему через переход. Этот тип смещение известно как обратное смещение .

PN переход с обратным смещением.

Для обратного смещения переходного диода подключается отрицательная клемма аккумулятора. к материалу P-типа, а положительная клемма аккумулятора к материалу N-типа как показано на рисунке выше. Отрицательный потенциал притягивает дырки от края барьера соединения на стороне P, в то время как положительный потенциал оттягивает электроны от края барьера на Н сторона. Это действие увеличивает ширину барьера, потому что есть больше отрицательных ионы на стороне P соединения и больше положительных ионов на стороне N соединения. перекресток. Обратите внимание, что на рисунке ширина барьера увеличилась. Это увеличение количества ионов предотвращает протекание тока через переход. большинством перевозчиков. Однако ток через барьер не совсем ноль из-за того, что несовершеннолетние перевозчики пересекают перекресток. Как и ты напомним, когда на кристалл воздействует внешний источник энергии (например, свет, тепло и т. д.), генерируются электронно-дырочные пары. электронно-дырочные пары производят неосновные носители тока. Есть меньшинство носители тока в обеих областях: дырки в материале N и электроны в материал П. При обратном смещении электроны в материале P-типа отталкивается к месту соединения отрицательной клеммой аккумулятора. Как электрон движется через соединение, он нейтрализует положительный ион в Материал N-типа. Точно так же будут отталкиваться отверстия в материале N-типа. положительным полюсом аккумулятора в направлении соединения. Как дыра пересечет соединение, он нейтрализует отрицательный ион в материале P-типа. Это движение малых носителей называется текущий поток меньшинства , потому что дырки и электроны происходят от электронно-дырочных пар которые генерируются в структуре кристаллической решетки, а не в результате добавления атомов примеси.

Следовательно, когда PN-переход смещен в обратном направлении, ток не будет течь из-за большинства носителей, но очень небольшое количество тока из-за мелких перевозчиков, пересекающих перекресток. Однако при нормальной работе температуры, этим малым током можно пренебречь.

Таким образом, самый важный момент, который следует помнить о диоде с PN-переходом заключается в его способности оказывать очень небольшое сопротивление току, протекающему в прямое направление смещения, но максимальное сопротивление току при обратном направлении пристрастный. Хороший способ проиллюстрировать это положение — построить график приложенное напряжение в зависимости от измеряемого тока. На рисунке ниже показан график это соотношение напряжение-ток (характеристическая кривая) для типичного PN переходной диод.