Полупроводниковый диод это электронный прибор, который состоит из полупроводниковых материалов, смысл работы основывается на различных физических явлениях, где происходит перенос зарядов в определенном направлении электронно-дырочного перехода.
Заменяя соответственно двух- или трехэлектродные лампы, они имеют сравнительно с ними большие преимущества: малые размеры и вес, длительный срок службы и экономичность, так как в них отсутствует расход энергии на питание накала.
Устройство кристаллических диодов основано на выпрямительных свойствах электронно-дырочного перехода. Наибольшим распространением пользуются германиевые диоды, которые выполняются двух типов — плоскостные и точечные.
Плоскостной германиевый диод имеет следующее устройство (рис.,а) В металлическом корпусе 3 в держателе 7 укреплен кристалл 6 германия с электронной проводимостью. На него напаяна пластина 5 индия, придающая близлежащим слоям германия дырочную проводимость. Таким образом, внутри германия создается электронно-дырочный переход, обладающий выпрямительными свойствами. К пластинке индия припаян электрод 4, который проходит через стеклянный изолятор 2 к внешнему выводу 1. Второй внешний вывод 1 соединен через корпус с держателем 7 кристалла.
Точечный диод (рис. 1, б) имеет сходное устройство. Электронно-дырочный переход создается в небольшом участке кристалла 6 германия, в который остро отточенным концом упирается тонкая вольфрамовая пружинка 4, соединенная через металлический фланец 3 с наружным выводом 7. Кристалл укреплен в держателе 5, соединенном с другим выводом 7.
Если в полупроводнике с помощью специальной обработки создать три области с различной природой электропроводности, то в нем образуется два электронно-дырочных перехода (n—р—n или р—n—р). Если к каждому из этих переходов приложить внешнее напряжение, то такая система по своим свойствам будет подобна трехэлектродной лампе и соответственно называется кристаллическим триодом или транзистором.
Принципиальная электрическая схема кристаллического триода с n—р—n переходами показана на рис. 332, а. Средняя область триода называется основанием О, одна крайняя область — эмиттером Э, вторая крайняя область — коллектором К. Условное обозначение транзистора на принципиальных электрических схемах показано на рис. 332, б.
Рассмотрим основные процессы в транзисторе на примере триода с n—р—n -переходами в условиях, когда в цепях эмиттера и коллектора включены источники постоянного напряжения Еэ — соответственно пропускному направлению перехода n‘ и Ек—запирающему направлению перехода n» (рис. 2, а). Под действием напряжения Еэ электроны в каком-то количестве будут переходить из эмиттера в основание через переходя. Основание представляет собой очень тонкий слой кристалла так, что расстояние между переходами составляет 10—20 мк.
Ток Iэ в цепи эмиттера, а следовательно, и количество электронов, достигающих коллекторного перехода n«, зависит от напряжения Еэ
Таким образом, ток в цепи коллектора зависит от напряжения в цепи эмиттера аналогично тому, как ток в анодной цепи трехэлектродной лампы зависит от напряжения на сетке. Эти свойства транзистора позволяют использовать его в качестве как усилителя, так и генератора колебаний.
На рис. 3 показана одна из возможных принципиальных схем усилителя на транзисторе (с общим эмиттером). Она в большой степени аналогична усилителю на трехэлектродной лампе. Источник усиливаемых колебаний включается последовательно в цепь эмиттер — основание, а сопротивление R, с которого снимается усиленное напряжение, — в цепь коллектора. Происходящие в связи с этим колебания тока эмиттера Iэ вызывают аналогичные по форме колебания тока коллектора Iк и соответственно колебания напряжения на сопротивлении RK. Усиленное напряжение Uус снимается с сопротивления R через разделительный конденсатор Ср. Коэффициент усиления имеет порядок до нескольких сотен единиц.
Устройство и общий вид плоскостного германиевого триода (типа р — n — р),. В держателе 4 укреплен кристалл 8 германия с электронной проводимостью, на которой с двух сторон напаяны пластинки индия: 3 (эмиттер) и 5 (коллектор), сообщающие кристаллу дырочную проводимость. Основание 4 соединяется с металлическим корпусом 1 триода, на котором имеется наружный вывод 10 основания. Выводы 6 эмиттера и 7 коллектора проходят через стеклянные изоляторы 2 к наружным выводам 9.
Точечный триод состоит из укрепленного в держателе 3 кристалла 4 германия с электронной проводимостью и с двумя участками с дырочной проводимостью, в которые упираются две вольфрамовые пружины, 5 — эмиттер и 6 — коллектор, соединенные с наружными выводами 8, 7 — изолирующая втулка, 2 — основание, 1 — корпус.
Использование полупроводников и, в частности, кристаллических диодов и триодов позволило осуществить устройство датчиков настолько малых размеров, что они могут безопасно не только вводиться внутрь различных органов, но и вживляться в ткани организма. В связи с этим появились новые методы эндометрии.
Например, для измерения давления крови в полостях сердца применяется миниатюрный электроманометр (диаметром 1— 2 мм), который укрепляется на конце сердечного катетера. Датчиком в нем служит силиконовое сопротивление (или катушка индуктивности), соединенное с мембраной, воспринимающей внешнее давление.
Разработан метод эндорадиометрии для желудочно-кишечного тракта. Исследование температуры, давления и кислотности среды непрерывно на протяжении всего тракта производится с помощью эндорадиозонда, имеющего форму пилюли, которую исследуемый проглатывает (диаметр пилюли 6—8 мм, длина 15—20 мм).
Эндорадиозонд содержит микрорадиопередатчик (Т — транзистор, К — детали генератора, П — источник питания) и с открытого конца — датчик Д, который, реагируя на исследуемый параметр, вызывает изменение частоты генерируемых колебаний. Датчиком для определения температуры служит термистор, давления — катушка индуктивности, входящая в состав колебательного контура генератора, кислотности среды — платиновые электроды. Источником питания служит щелочной микроаккумулятор.
Статья на тему Полупроводниковый диод