Александр Кульский - КВ-приемник мирового уровня? Это очень просто!

«А»:Пожалуй, я попробую рассказать о динамике изображенного процесса. В полупроводнике p -типа дырка, представляющая собой положительный заряд, перемещается от положительного полюса к отрицательному. На предложенных рисунках рассматриваются последовательные фазы этого процесса. В последнем из рисунков, электрон, поступивший от источника тока, заполняет ближайшую к отрицательному полюсу дырку. Одновременно с этим, другой электрон покидает ближайший к положительному полюсу атом. На месте этого электрона возникает новая «дырка»! Ну и так далее!

«С»:А что еще можно сказать по этому поводу?

«А»:Разве что отметить тот интересный факт, что когда электроны, в полном соответствии с физикой, перемещаются внутри кристалла к положительному полюсу, дырки перемещаются к… отрицательному!

«С»:И делают это так, как будто они являются РЕАЛЬНЫМИ частицами с положительным зарядом!

«Н»:Только теперь до меня дошло, почему раньше вместо ясного и четкого выражения «движение электрона», Аматор часто употреблял выражение — «носитель электрического заряда».

«А»:Слава Богу, Незнайкин, слава Богу! Но, дорогой Спец, разъясните нам понятнее, что такое р-n -переход?

«С»:Давайте проделаем мысленный эксперимент. Но еще прежде уясним себе, что именно на физических свойствах контактов между полупроводниками p -типа и n -типа, а также на контактах металл — полупроводник базируются принципы действия подавляющего большинства современных электронных элементов. Так вот, на границе раздела между двумя различными по типу электропроводности полупроводниками возникают ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ БАРЬЕРЫ. А сама зона разграничения носит название Р-N -ПЕРЕХОДА. Информация к размышлению — его толщина порядка 0,3 микрона и меньше.

«Н»:И эти различные области взаимодействуют между собой?

«С»:И еще как! Во-первых, отрицательно ионизированные акцепторы оттолкнут от р-n -перехода свободные электроны области n (см. рис. 11.2)!

«А»:По этой же причине ионизированные доноры будут противодействовать дыркам области р приближаться к р-n -переходу! Ведь одноименные заряды отталкиваются!

«С»:Но, кроме того, доноры n-области притягивают к р-n -переходу электроны из области р , в результате чего в районе самого р-n -перехода избытка дырок отнюдь не наблюдается. Можно сказать и иначе — дырки области р уходят от р-n -перехода!

«А»:Иными словами, в прилегающем к р-n -переходу объеме области р все акцепторы будут заполнены, то есть ионизированы отрицательно. Точно так же в области n все доноры вблизи перехода потеряют по электрону. И станут положительно заряженными ионами.

«С»:В то же время свободные носители электрического заряда (электроны и дырки) в районе перехода ОТСУТСТВУЮТ! Следовательно, р-n -переход превращается в некий БАРЬЕР между двумя областями, из которых одна имеет положительный, а другая — отрицательный потенциал.

Иначе говоря, образуется ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ БАРЬЕР! И при всем при том кристалл, в целом, все равно остается электронейтральным.

«А»:А значит, подавая на подобный р-n -переход внешнее напряжение мы получим (в зависимости от полярности) два совершенно различных случая.

«Н»:Почему различных?

«А»:А ты подумай! Порассуждай, Незнайкин! Это полезное занятие!

«Н»:Ну, если ты так просишь!.. Пусть положительный полюс источника напряжения соединен с областью р , а отрицательный — с n . Тогда в области n свободные электроны полупроводника будут отталкиваться в сторону перехода электронами, поступающими от источника напряжения. Они пересекут р-n -переход и начнут заполнять дырки, которые положительный потенциал источника подогнал к этому переходу…

«С»:Можем сказать, что положительный полюс источника будет притягивать к себе электрон всякий раз, когда другой электрон преодолеет переход, проникнув из области n в область р .

Электрон, притянутый источником, создает дырку. Которая заполнится тем электроном, который будет ближе к переходу. На его месте, в свою очередь, возникнет новая дырка. Она будет перемещаться в сторону перехода, пока не будет заполнена там новым электроном, проникшем из области n .

Таким образом, через р-n -переход БУДЕТ ТЕЧЬ ТОК!

«Н»:Ну, а если приложить напряжение другой полярности?

«А»:В этом случае электроны отрицательного полюса источника напряжения притянут дырки области р еще ближе к периферийной области кристалла полупроводника. А к противоположному концу кристалла положи тельный полюс источника притянет свободные электроны. При этом ни электроны, ни дырки не будут пересекать р-n -переход. Величина потенциального барьера возрастет. НИКАКОГО ТОКА НЕ БУДЕТ!

«С»:Почти верно! Очень малый ОБРАТНЫЙ ТОК проходить будет. Его причина кроется в том, что исходный германий (или кремний) имели остаточные, неконтролируемые примеси. Вот их-то электроны и «повинны» в наличии обратных токов.

«Н»:Вот мы и получили детектор! А большие токи через р-n -переходы можно пропускать?

«С»:Ну конечно! Кстати, р-n -переход называют полупроводниковым ДИОДОМ. Они бывают германиевые, кремниевые и из иных полупроводниковых материалов.

«Н»:Каких это иных? Разве есть еще и другие полупроводники, кроме германия и кремния?

«С»:Да. И довольно много! Но уже не в виде отдельных химических элементов, а в виде многоэлементных сложных структур. Но мы их вниманием тоже не обойдем, не беспокойся!

«Н»:Я понял так, что диоды могут и детектировать слабые сигналы, и выпрямлять огромные токи.

«С»:Это настолько же верно, насколько и неполно!

«Н»:В каком смысле?

«А»:Прежде всего в том, что функции диодов совершенно не исчерпываются функциями детектирования и выпрямления. Более того, имеется значительное количество различных типов диодов, которые НИКОГДА не используются в качестве выпрямителей или детекторов! Тем не менее современная электроника без них обойтись не в состоянии. Не так ли, дорогой Спец?

«С»:Совершенно с вами согласен. Об этом и поведем разговор. Но, прежде чем это сделать, приведем вольт-амперную характеристику (ВАХ) для кремниевого диода малой мощности. Обратите внимание, что обратная ветвь характеристики при достижении некоторого U обр, имеет участок параллельный оси ординат (рис. 11.3, а ).