сопротивление полупроводников и при их освещении. На базе полупроводников
созданы разнообразные полупроводниковые приборы, используемые в
радиоэлектронике, автоматике и вычислительной технике.
1. Собственная проводимость полупроводников. Полупроводниками являются
химические элементы четвёртой группы таблицы Менделеева и некоторые другие
соединения. Типичными представителями полупроводников являются кристаллы
кремния и германия, в которых атомы объединены ковалентной связью
Вследствие теплового движения атомы сталкиваются между собой. Это может
привести к разрыву некоторых химических связей, в результате чего возникает
свободный электрон, который будет хаотически двигаться по кристаллу.
Удаление электрона приводит к нарушению химической связи, поскольку она
осуществляется лишь одним валентным электроном. Эту неполноценную связь
называют дыркой. Дырка обладает положительным зарядом, равным заряду
электрона по абсолютной величине, так как в месте, покинутом электроном,
будет недостаток электрона. На место дырки может попасть электрон от
соседней химической связи. Это приводит к изменению положения дырки.
Поэтому дырка будет хаотически перемещаться по кристаллу. Таким образом, в
полупроводнике при любой температуре имеется определённая концентрация
свободных электронов и дырок, которыми и обусловливается собственная
электропроводность полупроводников. С повышением температуры полупроводника
возрастает концентрация указанных частиц. Это приводит к тому, что с
повышением температуры увеличивается проводимость, а сопротивление
полупроводника уменьшается.
2 Примесная проводимость полупроводников. Чистые полупроводники не
представляют практического интереса. Для электроники весьма полезными
оказались так называемые легированные полупроводники, т.е. полупроводники,
в которые введены примеси. Они подразделяются на полупроводники n- и р-
типа.
а) Полупроводники n-типа. Если в кристаллическую решётку
четырехвалентного полупроводника, например кремния, внедрить пятивалентный
атом, например фосфор, то для образования ковалентных связей с соседями ему
надо четыре электрона. Пятый же электрон вследствие теплового движения
может оторваться от атома. в результате этого атомы примеси превращаются в
положительные ионы. И появляются свободные электроны, обусловливающие
проводимость полулроводника. Такие примеси называются донорными, а сам
полупроводник называют полупроводник n-типа (от слова negative —
отрицательный).
б) Полупроводники р-типа. Если внедрить в кристаллическую решетку
четырёхвалентного полупроводника (кремния) трёхвалентный атом (бор), то для
образования ковалентной связи с соседями ему надо четыре электрона, а у
него их только три. Поэтому одна связь оказывается не укомплектованной.
Атом бора захватывает один электрон от соседнего атома кремния, так как это
энергетически выгодно. В результате этого атомы примеси превращаются в
отрицательные ноны, а в полупроводнике возникают дырки, обусловливающие его
электропроводность. Проводимость этого типа называется дырочной, примесь —
акцепторной, а полупроводник - р-типа (от слова positive — положительный).
З. Полупроводниковый диод. На основе примесных полупроводников созданы
устройства, являющиеся важными компонентами современных электронных
приборов — диоды, транзисторы и т.д. Их важным преимуществом являются
высокая надёжность, большой срок службы и миниатюрность. В настоящее время
на 1 см2 удаётся разместить тысячи таких элементов, в связи с чем и,
появились, например, персональные ЭВМ, размещающиеся на столе и обладающие
огромными вычислительными возможностями. Рассмотрим принцип работы диода.
При соединении полупроводников n- и р-типа получается диод с так называемым
р-n - переходом. В результате такого соединения небольшое количество
электронов около контакта перейдёт из полупроводника n-типа в полупроводник
р-типа, где произойдёт их рекомбинация с дырками. Вследствие этого
полупроводник n-типа заряжается положительно, а р-типа - отрицательно.
Возникает некоторая разность потенциалов, которая препятствует дальнейшему
переходу электронов. Если к диоду подключить источник тока, чтобы минус был
соединён с полупроводником n-типа, а плюс - с полупроводником р-типа, то
под действием внешнего электрического поля электроны и дырки проходят
границу раздела полупроводников и рекомбинируют. В то же время источник
тока поставляет всё новые электроны и дырки. Поэтому через диод протекает
достаточно сильный ток. Если изменить полярность на диоде, то под действием
поля электроны и дырки отходят от границы раздела полупроводников и ток
через диод не течёт. Таким образом, диод обладает односторонней
проводимостью. Это используется для выпрямления тока, т.е. для
преобразования переменного тока в постоянный по направлению ток. Для того
чтобы получить ток постоянный по величине, используют диоды, включённые в
несколько более сложные цепи. Выпрямительные схемы играют важную роль, так
как электростанции вырабатывают ток переменный, а для работы большинства
электронных устройств (радио, телевизоры, ЭВМ) требуется постоянное
напряжение.
Билет № 17
Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца
Мы знаем, что электрический ток создаёт магнитное поле. Естественно
возникает вопрос: «,Возможно ли появление электрического тока с помощью
магнитного поля?». Эту проблему решил Фарадей, открывший явление
электромагнитной индукции, которое заключается в следующем: при всяком
изменении Магнитного потока, пронизывающего площадь, охватываемую
проводящим контуром, в нём возникает электродвижущая сила, называемая
э.д.с. индукции. Если контур замкнут, то под действием этой э.д.с.
появляется электрический ток, названный индукционньм. Фарадей установил,
что э.д.с. индукции не зависит от способа изменения магнитного потока и
определяется только быстротой его изменения, т.е.
[pic]
Соотношение называется законом электромагнитной индукции: э.д.с. индукции
в проводнике равна быстроте изменения магнитного потока, пронизывающего
площадь, охватываемую проводником. Знак минус в формуле (68.1) является
математическим выражением правила Ленца. Известно, что магнитный поток
является алгебраической величиной. Примем магнитный поток, пронизывающий
площадь контура,
положительным. При увеличении этого потока ([pic]) возникает з.д.с.
индукции [pic], под действием которой появляется индукционный ток,
создающий собственное магнитное поле, направленное навстречу внешнему полю,
т.е. магнитный поток индукционного тока отрицателен.
Если же поток, пронизывающий площадь контура, уменьшается ([pic]), то
[pic], т.е. направление магнитного поля индукционного тока совпадает с
направлением внешнего поля.
Рассмотрим один из опытов, проведённых Фарадеем, по обнаружению
индукционного тока, а следовательно, и э.д.с. индукции. Если в соленоид,
замкнутый на очень чувствительный электроизмерительный
прибор(гальванометр), вдвигать или выдвигать магнит, то при движении
магнита наблюдается отклонение стрелки гальванометра, свидетельствующее о
возникновении индукционного тока. То же самое наблюдается при движении
соленоида относительно магнита. Если же магнит и соленоид неподвижны
относительно друг друга, то и индукционный ток не возникает. Из
приведённого опыта следует вывод, что при взаимном движении указанных тел
происходит изменение магнитного потока через нитки соленоида, что и
приводит к появлению индукционного тока, вызванного возникающей э.д.с.
индукции.
2.Направление индукционного тока определяется правилом Ленца: индукционный
ток всегда имеет такое направление. что создаваемое им магнитное поле
препятствует изменению магнитного потока, которое вызывает этот ток. Из
этого правила следует, что при возрастании магнитного потока возникающий
индукционный ток имеет такое направление, чтобы порождаемое им магнитное
поле было направлено против внешнего поля, противодействуя увеличению
магнитного потока. Уменьшение магнитного потока, наоборот, приводит к
появлению индукционного тока, создающего магнитное поле, совпадающее по
направлению с внешним полем. Пусть, например, в однородном магнитном поле
находится проволочная квадратная рамка, пронизываемая магнитным полем
Предположим, что магнитное поле возрастает. Это приводит к увеличению
магнитного потока через площадь рамки. Согласно правилу Ленца, магнитное
поле, возникающего индукционного тока, будет направлено против внешнего
поля, т.е. вектор В2 этого поля противоположен вектору Ё. Применяя правило
правого винта (см. § 65, п. З), находим направление индукционного тока Ii.
З. Явление электромагнитной индукции получило широкое применение в
технике: промышленности получение электроэнергии на электростанциях,
разогрев и плавление проводящих материалов (металлов) в индукционных
электропечах и т.д.
2.Магнитный поток. Магнитным потоком через некоторую поверхность называют
число линий магнитной индукции, пронизывающих её. Пусть в однородном
магнитном поле находится плоская площадка площадью S, перпендикулярная к
линиям магнитной индукции. (Однородным магнитным полем называется такое
поле, в каждой точке которого индукция магнитного поля одинакова по модулю
и направлению). В этом случае нормаль n к площадке совпадает с направлением
поля. Поскольку через единицу площади площадки проходит число линий
магнитной индукции, равное модулю В индукции поля, то число линий,
пронизывающих данную площадку будет в S раз больше. Поэтому магнитный поток
равен
[pic]
Рассмотрим теперь случай, когда в однородном магнитном поле находится
плоская площадка, имеющая форму прямоугольного параллелепипеда со сторонами
а и b, площадь которой S = аb. Нормаль n к площадке составляет угол ( с
направлением поля, т.е. с вектором индукции В. Число линий индукции,
проходящих через площадку S и её проекцию Sпр на плоскость,
перпендикулярную к этим линиям, одинаково. Следовательно, поток Ф индукции
магнитного поля через них одинаков. Используя выражение, находим Ф = ВSпр
Из рис. видно, что Sпр= ab*cos ( =Scos(. Поэтому
ф =BScos (.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14
