Что же это за p-n-переход такой?
В настоящее время p-n-переход спаивается по специальной технологии, что конечно же, увеличивает проводимость для электрического тока. Ширина этой спайки очень мала и достигает одну тысячную миллиметра.
Думаю, будет излишним рассказывать как на физическом уровне работает p-n-переход. Это долго, муторно и непонятно. Да и вам это точно не пригодится). Самое главное свойство p-n-перехода - это односторонняя проводимость! Односторонняя ЧТО? ОДНОСТОРОННЯЯ ПРОВОДИМОСТЬ. Но что означает это словосочетание?
Давайте представим себе воронку:
С какой стороны нам будет удобней наливать жидкость? Думаю, что сверху, не так ли? Именно так мы переливаем нашу жидкость далее в какой-либо сосуд.
Ну а что будет, если мы перевернем нашу воронку и будем наливать жидкость через узенькую трубочку таким же напором? Совсем малюсенькая часть жидкости попадет через узкую трубочку и окажется по ту сторону воронки. Остальная же часть прольется мимо воронки.
А давайте теперь на секундочку представим, что вместо жидкости мы будем "наливать" электрический ток. С широкой стороны воронки ток прекрасно зайдет и потечет дальше через узенькую трубочку, а если перевернуть воронку, то совсем малюсенькая часть электрического тока протиснется на другой конец воронки, остальная же часть электрического тока "прольется" мимо воронки.
Так вот, p-n-переход работает точно таким же образом, как и эта воронка! P - это широкая часть воронки, N - узкая часть воронки, ну то есть та самая тонкая трубочка.
Таким образом, подавая на "воронку" полупроводника P плюс от источника питания (это может быть батарейка или Блок питания), а к N-полупроводнику, к узкой трубочке воронки, минус, у нас будет течь ток как ни в чем не бывало. Но как только мы поменяем полярность, то есть подадим на P минус, а на N плюс, у нас ток никуда не потечет. То есть цепь будет находиться в обрыве.
Что-нибудь понятно? Я так и знал..))
А вам знаком вот такой радиоэлемент?
Вот его схематическое изображение:
Да, все верно - это
полупроводниковый диод. А знаете ли вы, что диод состоит из самого обычного p-n-перехода? Можем даже вот так нарисовать диод:
Проведем опыт. Возьмем простой советский диод марки Д226:
Интересно, что же внутри у него? На наждаке стачиваем одну треть корпуса диода, чтобы не повредить внутренности:
Интересно, где же этот p-n-переход? С помощью цифрового микроскопа увеличиваем наш парированный диод и видим кристалл кремния (в красном кружочке):
Судя по книге Шишкова "Первые шаги в радиоэлектронике", p-n-переход находится где-то здесь:
Хотя я увидел там только одну пластинку кремния. Видать полупроводники P и N сплавлены в один бутербродик.
Итак, классика жанра... Как вы видите на этой картинке, диод имеет анод и катод. Анод - это P полупроводник, катод - это N полупроводник. Все элементарно и просто:
Как проверить целостность p-n-перехода, а соответственно и диода? Для этого ставим крутилку на мультиметре в режим прозвонки.
В этом режиме измеряется падение напряжения. Прямое падение напряжения для кремниевых диодов составляет значение от 0,5 Вольт и до 0,7 Вольт, а для германиевых 0,3-0,4 Вольта.
Цепляем анод у диода к положительному щупу мультиметра, а катод цепляем к отрицательному щупу:
Итак, на дисплее мультиметра мы видим так называемое прямое падение напряжения p-n-перехода. В данном случае оно равно 554 милливольта или 0,55 Вольт.
Если поменять щупы местами, то на дисплее мультиметра высветится единичка. Это значит, что падение напряжения в данном случае не укладывается в диапазон измерения мультиметра в функции прозвонки. При функции "прозвонка" можно наблюдать падение напряжения только в диапазоне от 0 и до 1999 миллиВольт. Мультиметр же выдает 2,8-3 Вольта в этом режиме.
Ну что же, диод у нас хоть и раздраконенный, но рабочий (как проверить диод можете посмотреть в разделе практика).
Также
у p-n-перехода есть очень интересное свойство. Его прямое падение напряжения зависит от температуры
. Вот прямое падение напряжения на диоде при обычной комнатной температуре: 554 миллиВольта.
Начинаем нагревать паяльным феном диод (около 200 градусов по Цельсию) и смотрим на дисплей мультиметра:
Опа на 392 миллиВольт, а было 554!
А давайте охладим наш диод. Для этого используем морозильную камеру холодильника:
615 миллиВольт...
Делаем глубокомысленные выводы:
при повышении температуры, прямое падение напряжения на p-n-переходе понижается, а при понижении температуры - повышается.
Из Закона Ома вы знаете, что чем меньше сопротивление (а следовательно и падение напряжение на нем), тем лучше течет электрический ток. Может быть, именно поэтому вся современная электроника очень плохо работает на холоде, но прекрасно работает в жаре, потому как почти полностью построена на полупроводниках.
Далее проведем классический опыт, который описывается во всех учебниках физики. Собираем цепь из блока питания, лампочки и нашего диода вот по такой схеме (снизу перечеркнутый кружочек - это лампочка):
Теперь собираем эту схемку в реале. Красный щуп - это плюс от блока питания, черный щуп - это минус от блока питания.
Видим, что лампочка на 12 Вольт загорелась. Это означает, что электрический ток течет через диод как ни в чем не бывало.
Теперь меняем щупы местами и собираем вот по такой схеме:
Собираем схему в реале. Подаем напряжение на щупы:
Лампочка не горит. Ну ладно, не переживайте, ведь мы для себя сейчас открыли важнейшее свойство диода, а следовательно и p-n-перехода! В одном направлении диод пропускает электрический ток, если подать на его анод плюс, а на катод минус. А если подать на анод минус, а на катод плюс - диод не пропускает электрический ток.