- •Содержание
- •2.2 Электрическое поле
- •2.3 Работа электростатического поля при перемещении заряда
- •2.4 Связь между напряженностью электростатического поля и потенциалом
- •2.5Диполь. Диполь во внешнем поле
- •2.6 Поле системы зарядов на больших расстояниях
- •3 Описание свойств векторных полей
- •3.1 Поток вектора.
- •3.2 Дивергенция.
- •3.3 Теорема Остроградского – Гауса
- •3.4 Циркуляция
- •3.5 Ротор
- •3. 6 Теорема Стокса
- •3.7 Циркуляция и ротор электростатического поля
- •3.8 Теорема Гаусса
- •4 Вычисление полей с помощью теоремы Гаусса
- •4.1 Поле равномерно заряженной бесконечной пластины
- •4.2 Поле равномерно заряженной сферической поверхности
- •4.3 Поле двух бесконечных параллельных разноименно заряженных плоскостей
- •4.4 Поле объемно заряженного шара
- •5.1 Электрическое поле в диэлектриках
- •5.2 Вектор электрического смещения (индукция)
- •5.3 Условия на границе двух диэлектриков
- •5.4 Проводники во внешнем поле
- •5.5 Конденсаторы. Емкость
- •Энергия конденсатора
- •6 Постоянный электрический ток
- •6.1 Электрический ток. Сила тока. Плотность тока
- •Сила тока
- •6.2. Уравнение непрерывности
- •6.4 Закон Ома
- •Последовательное и параллельное соединение
- •6.5 Закон Ома для неоднородного участка цепи
- •6.6 Правила Кирхгофа
- •6.7 Мощность тока. Закон Джоуля – Ленца
- •7. Электрический ток в различных средах
- •7.1 Электрический ток в полупроводниках
- •Собственная и примесная проводимость полупроводников
- •7.3 Транзистор
- •7.4 Ток в газах
- •Список использованных источников
7.3 Транзистор
Активный электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий три электрода, и предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов, называется транзистором.
Смысл этого названия заключается в том, что можно управлять током одной цепи (выходной) с помощью тока, протекающего в другой цепи (входной).
Основным типом биполярного транзистора, ток в котором обусловлен движением зарядов обоих знаков, является транзистор с двумя р—n переходами. (В полевом транзисторе ток обусловлен только электронами или дырками.) Полупроводниковый кристалл разделен гонкой областью с противоположным типом проводимости. В зависимости от проводимости этих трех областей могут быть транзисторы структуры р-n-р и n-р-n типа.
Рис.30 . Схемы n-р-n- и р-n-р - транзисторов
Средняя область называется базой, крайние области - эмиттером и коллектором. Схематическое изображение транзистора приведено на рис
Рис.31 . Условные обозначения транзисторов в электрических схемах
Эмиттерным называется р-n переход, предназначенный для вбрасывания (инжекции) неосновных носителей зарядов через этот переход в область базы.
При разомкнутой цепи эмиттера, ток в цепи коллектора мал, т.к. сопротивление р-nперехода в обратном направлении большое. При замыкании цепи эмиттера основные носители заряда эмиттера – дырки – переходят в базу и создают ток в этой цепи. Из базы значительная часть дырок проникает в коллектор (переход для них прямой) и создает ток в цепи коллектора.
Транзисторы предназначаются в основном для усиления токов, хотя в зависимости от полярности напряжений на переходах транзистора они могут выполнять функции переключателей, прерывателей и др.
Всякое изменение тока (напряжения) в цепи эмиттера будет вызывать изменение тока (напряжения) в цепи коллектора. Изменение напряжения на нагрузочном сопротивлении в цепи коллектора можно сделать гораздо больше, чем вызывающее его изменение напряжение в цепи эмиттера, т.е. получить усиление. Прикладывая между эмиттером и базой переменное напряжение, в цепи коллектора мы получим переменный ток, а на нагрузочном сопротивлении - переменное напряжение. Мощность переменного тока, выделяемая в нагрузочном сопротивлении, может быть намного больше мощности, расходуемой в цепи эмиттера, т.е. получается усиление мощности, т. к. при одинаковой силе тока в эмиттере и коллекторе напряжения на них пропорциональны сопротивлениям.
Вследствие того, что транзистор является трехэлектродным прибором, один из его электродов является общим для входной и выходной цепи. Поэтому возможны три способа включения транзистора в электрическую цепь.
Рис.32 . Способы включения транзистора в электрическую цепь с общим: эмиттером, базой и коллектором
7.4 Ток в газах
Прохождение тока через газы называется газовым разрядом.Если носители тока в газах образуются за счет внешних воздействий, не связанных с наличием электрического поля, то это несамостоятельный разряд – нагрев газа (термическая ионизация), ультрафиолетовые и рентгеновские лучи, радиоактивное излучение. Если носители тока образуются за счет процессов, созданных в газе электрическим полем –самостоятельный разряд.
Несамостоятельный разряд. В результате ионизации образуется определенное число положительных ионов и электронов. При низких напряжениях в газоразрядной трубке возникает ток, но часть ионов рекомбинирует с электронами и создает нейтральные молекулы (по мере роста напряжения и силы тока). Наступает момент, когда все ионы и электроны достигают катода и анода соответственно – ток достигает насыщения.
Рис.33 - Вольтамперная характеристика несамостоятельного газового разряда
Самостоятельный разряд. Будем увеличивать напряжение. С какого-то момента сила тока опять будет возрастать. Ионизация происходит не за счет внешнего ионизатора, а за счет электронного удара.
(m v2) / 2 = e U A,
А– работа по ионизации свободного атома. Возникает электронная лавина. Для поддержания тока нужна эмиссия электронов с катода. Эмиссия возможна за счет ударов ионов о катод и за счет его нагревания.
Типы самостоятельного разряда.
а) тлеющий разряд(при низких давлениях).
U 1000 В. Р 50 мм. рт. ст.
Рис.34
1 – Астоново темное пространство.
2 – Светящаяся катодная пленка.
Катодное темное пространство.
Тлеющее свечение.
Темное фарадеево пространство.
Положительный столб.
В области 1 выбитые электроны ускоряются и начинают в области 2 возбуждать молекулы газа. Те электроны, что пролетели 2 область без столкновений, еще ускоряются и начинают ионизировать газ, т.е. уменьшается свечение, но увеличивается концентрация носителей: ионы вначале имеют малую скорость, но в области 3 ускоряются. После 3 области концентрация носителей увеличивается (плазма) рекомбинация частичнаясвечение. Между 4 и 5 областями поля почти нет, но в фарадеево пространство ионы и электроны проникают за счет диффузии. С уменьшением концентрации падает вероятность рекомбинациифарадеево пространство темное. В фарадеевом пространстве уже есть поле и электроны постепенно накапливают энергию.
Положительный столб – газоразрядная плазма – светится за счет перехода возбужденных молекул в основное состояние.
б) дуговой разряд. Если соединить угольные электроды и пропустить ток, то вместе контакта из-за большого сопротивления выделяется тепло (термоэлектронная эмиссия). При раздвижении стержней начинается разряд. Между углями возникает ярко светящийся изогнутый столб газа – электрическая дуга.
в) при атмосферном давлении вблизи заостренных участков проводника наблюдается газовый разряд, напоминающий корону – коронный разряд.Вызван высокой напряженностью поля. Происходит ионизация электронным ударом при атмосферном давлении.
г) искровой разряд.Происходит в воздухе при большом напряжении – молния. Сила тока достигает величину500000 А. U = 109 В.
Плазма– это частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов совпадают – четвертое состояние вещества.