Принцип действия полупроводникового выпрямителя

Полупроводниковый выпрямитель состоит из двух полупроводников с разными типами проводимости. Поэтому его также называют полупроводниковый диод.

При контакте полупроводника с электронной проводимостью (n-типа), с полупроводником, имеющим дырочную проводимость (р-типа) образуется так называемый "запирающий слой". В полупроводнике n-типа имеется большое количество свободных электронов, а в полупроводнике р-типа — дырок. Свободные электроны диффундируют через пограничный слой ав (рис.7), в полупроводник р-типа,

l

Рис. 7

а дырки диффундируют в обратном направлении. В результате пограничный слой полупроводника р-типа зарядится отрицательно, а полупроводника n-типа – положительно, т.е. в зоне контакта ав возникнет электрический слой, электрическое поле которого будет препятствовать дальнейшему переходу электронов в направлении n-ри дырок в направлении р - n, или иными словами сопротивление этого слоя для перехода в указанных направлениях велико. Этот слой получил название запирающего слоя.

Изменить сопротивление запирающего слоя можно с помощью внешнего напряжения. Подключим внешнее напряжение так, чтобы положительный полюс был у электронного полупроводника, а отрицательный у дырочного (рис.8а). Тогда напряжённость внешнего поля будет совпадать с напряжённостью двойного электрического слоя (запирающего слоя) и сопротивление запирающего слоя увеличится. Ток через контакт ав будет очень малым. Изменим полярность приложенного напряжения (рис.8б). Тогда напряжение внешнего поля, напряжение противоположное направлению запирающего слоя, будет перемещать электроны и дырки навстречу друг другу. Сопротивление запирающего слоя уменьшится, через полупроводники пойдёт сильный ток. Направление р-n называется пропускным.

Таким образом, запирающий слой, возникающий на границе полупроводников n-типа и р-типа, обладает односторонней (вентильной) проводимостью, что позволяет его использовать для выпрямления переменного тока.

Зависимость силы тока через полупроводниковый диод от приложенного напряжения имеет вид, указанный на рис. 9. Ветвь кривой оа соответствует пропускному току, ветвь ов — слабому обратному току.

В электротехнике наиболее распространены селеновые, германиевые и кремниевые диоды. Целью настоящей работы является снятие характеристики германиевого диода ДЗ04.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему согласно рис. 10.

2. Попросить преподавателя проверить схему.

3. Включить тумблер "сеть" и после прогрева 5 минут, включить тумблер "анод".

4. Изменяя напряжение ручкой "20-600 В" от 0 до 200 В через каждые 20 В записать в таблицу 2 показания вольтметра и миллиамперметра.

5. Изменить направление тока переключателем S в схеме рис 10 и проделать всё по пункту 4.

6. Построить график зависимости I (ось y) от U (ось х).

Таблица 2

U(B)
I(mA)

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Расскажите устройство и работу двухэлектродной лампы.

2. Что называется анодной характеристикой двухэлектродной лампы? Начертите её ход и объясните основные закономерности.

3. Каковы особенности ламп, обладающих оксидными катодами?

4. Расскажите о примесной проводимости полупроводников.

5. Расскажите о запирающем слое, возникающем на границе полупроводников n-типа и р-типа.

6. Расскажите об устройстве и работе германиевого диода.

ЛИТЕРАТУРА

1. Грабовский Р.И. Курс физики. §18, §21.

2. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. Т.2. §2З.

6