Практически каждый сегодня пользуется электронными устройствами, но мало кто хотя бы отчасти представляет какие процессы в них протекают.

К сожалению, или счастью, развитие техники дошло до того уровня, когда многие приборы настолько сложны, что вряд ли один человек будет знать все аспекты их работы: с физической, химической и логической точки зрения. Но по большей части это избыточно и не нужно даже для уверенного пользователя.

Однако понимание основ является очень важным навыком, благодаря которому можно овладеть более сложными.

Чтобы заинтересовать читателя, в этой странице будет описан принцип работы полупроводников и приведены примеры нескольких таких деталей.

Тема была выбранна ввиду огромной популярности данных компонентов в электронных схемах. Практически любое устройство сложнее выключателя (хотя не всегда) будет иметь их в своём составе.

Сначала нужно разобраться с проводимостью

В электронике под проводимостью понимается способность физического тела или материала передавать электрические заряды от заряженного тела к незаряженному. Это может происходить из-за наличия в них свободных зарядов (электронов). Такой способностью обладают проводники. В качестве примеров можно привести: металлы, растворы солей, кислот и щелочей, графит.

В таком случае есть и диэлектрики, неспособные передавать заряды. К ним относятся: стекло, керамика, пластмассы, резины, масла, воска, вода. И да, дистилированная вода является хорошим диэлектриком.

Полупроводники обладают свойствами и тех, и тех. То есть можно сказать, что они "условные" проводники.

Структура полупроводников

Самое время разобраться с со структурой полупроводников, чтобы понять, какие условия нужны для протекания по ним электрического тока.

Наиболее часто используемыми полупроводниковыми элементами являются германий и кремний. Важным их свойством является наличие в кристаллах "ковалентной решётки", где атомы имеют общие электронные пары. При низких температурах эти связи прочны и, соответственно, свободных электронов нет, поэтому кристалл не проводит ток. Однако при повышении температуры эти связи могут разрываться, появляются свободные электроны, а вместе с ними и вакантные места, которые называются дырками. Совокупность движения дырок и электронов называется собственной проводимостью полупроводника.

Чем выше температура, тем больше свободных электронов и дырок, и тем меньше сопротивление полупроводникового кристалла, в отличие от металлов.

Также в кристаллах полупроводников могут добавлять примеси. В качестве них используют: алюминий, фосфор, мышьяк, бор и другие.

Их можно разделить на 2 вида: донорные и акцепторные. Донорными примесями называют примеси, которые имеют лишние электроны, слабо связанные с ядром. Эти электроны легко становятся свободными и под действием внешнего поля создают ток. Полупроводник с донорными примесями (лигированный фосфором) называется полупроводником n-типа. Акцепторные примеси — примеси, у которых недостаточно электронов для образования связей в решётке, из-за чего в ней образуются дырки, которые под действием внешнего поля создают ток. Полупроводник с акцепторными примесями (лигированный алюминием) называется полупроводником p-типа.

Применение полупроводников

Вернёмся к электронике. Как же эти свойства можно использовать в схемах, и какие радиодетали можно изготовить из полупроводников?

Первым компонентом, который будет рассмотрен, является диод.

При соединении двух полупроводников p и n типов на их границе возникает обедненная область, называемая p-n переходом. Дырки кремния p-типа заполняются свободными электронами кремния n-типа.

Из-за перехода электронов в полупроводнике p-типа возникает отрицательный заряд, а в области с полупроводником n-типа возникает положительный заряд.

Если же подать напряжение, противоположное по знаку, то по достижении определённого уровня электроны преодолеют p-n переход, и по электрической цепи потечёт ток. А именно, на анод (p-тип) нужно подать плюс, а на катод (n-тип) минус.

В случае смены полярности произойдёт расширение p-n перехода и ток протекать не будет.

Таким образом, p-n переход проявляет свойства односторонней проводимости. Это свойство используют для выпрямления переменного тока, что обуславливается невозможностью его протекания через диод в обратном направлении при смене полярности.

© lek-lab 2025