Лекція №1 Вступ.

Тема 1.1 Електрони в твердих тілах

Електроніка – це галузь науки і техніки, що вивчає:

• фізичні явища, пов’язані зі зміною концентрації і переміщенням заряджених часток у вакуумі, газі та твердих кристалічних тілах;

• електричні характеристики та параметри електровакуумних, іонних та напівпровідникових приладів;

• властивості пристроїв і систем, у яких застосовуються електровакуумні, іонні та напівпровідникові прилади.

Перший з цих напрямків складає основу фізичної електроніки, дру­гий і третій – технічної електроніки.

У свою чергу, технічна електроніка має чотири головних напрямки: радіоелектроніка, промислова електроніка, ядерна та біологічна елект­роніка.

• Радіоелектроніка пов’язана з радіотехнікою, бо є основою радіо­зв’язку, телебачення, радіолокації, радіоуправління, радіонавігації, радіо­астрономії.

• Промислова електроніка пов’язана із застосуванням електрон­них пристроїв у різних галузях промисловості і обслуговує ці галузі при­строями контролю, керування, вимірювання, перетворення електрич­ної енергії, а також технологічним обладнанням.

• Ядерна електроніка пов’язана з процесами отримання, вивчення та використання елементарних часток.

• Біологічна електроніка охоплює використання електронних при­строїв у біологічних дослідженнях, особливо в медицині (медична елек­троніка).

Процеси перетворення енергії в пристроях електроніки відбуваються дуже швидко , що зумовлено малою інерційність її приладів, а чутливість електронних пристроїв не може бути досягнута ніякими іншими відомими людям фізичними способами. Радіоелектроніка оперує електричними сигналами до сотень Гігагерц із силою струмів від 10^-17 А та напругами від 10^-10 В. Так електронні мікроскопи, які збільшують у мільйони разів дали можливість глибоко вивчити світ атомів, а спеціальні електронні пристрої радіоастрономії відкривають перед людством чисельні явища Всесвіту, які відбуваються за сотні світових років від нас. Багато явищ і процесів навколо нас здійснюються настільки швидко, що людині потрібні пристрої, які б збільшували швидкість реакції. Такими пристроями є сучасні електронні автоматичні пристрої та ЕОМ.

Специфіка окремих галузей технічної електроніки полягає у викори­станні електронних пристроїв, особливостях їх схем та технічних харак­теристики. Так, схеми й характеристики випрямлячів у потужних енер­гетичних установках відрізняються від схем та характеристик ви­прямлячів радіотехнічних пристроїв.

Слід зазначити, що в наш час прогрес практично в усіх галузях науки і техніки багато у чому зумовлений успіхами електроніки. Отже, знання основ електроніки, вміння грамотно і свідомо експлуатувати різноманітні електронні пристрої є не лише невід’ємним елементом фахової підготовки майбутнього спеціаліста у багатьох галузях, але й мірилом його загальнокультурного рівня.

Фізичні якості електронів. Основні властивості електрона. Електрон є частка матерії з негативним електричним зарядом, у якого абсолютне значення заряду дорівнює е = 1,6 х 10^-19 кулона, діаметр 2 х 10^-13 см. Маса нерухомого електрона дорівнює m = 9,1 х 10^-28 г з збільшенням швидкості маса електрона зростає, теоретично, якщо його швидкість дорівнює швидкості світла (3 х 10⁸ м/сек.), то маса електрона повинна бути нескінченно великою. У звичайних електровакуумних приладах швидкість електронів не перевищує 0,1 с. За цієї умови масу електрона можна вважати сталою, яка дорівнює m. Електрони мають основні властивості:

• в електричному полі електрони попадають під дію сили і самі можуть утворювати електричне поле;

• електрони відтаскують один одного;

• електрони які рухаються утворюють електричний струм, тобто подібно до електричному струму, який діє в провіднику, потік електронів утворює магнітне поле. а у поперечному полі сам попадає під дію магнітного поля;

• електрон який рухається має кінетичну енергію, при зіткненні електрона з іншим тілом кінетична енергія перетворюється на теплову. При зіткненні електрона з нейтральним атомом кінетична енергія електрона може бути витрачена на іонізацію атома;

- завдяки великій величині е/m₀ електрон має велику рухливість тому він легко відрізняється від інших часток.

Основи зонної теорії твердого тіла. Енергетичні зони твердого тіла.

Робота виходу електронів. Відношення роботи виходу до заряду електрона називається потенціалом виходу. Більшість провідників — це кристалічні тіла, атоми яких знаходяться у вузлах кристалічної ґратки. Електрони зовнішніх оболонок атома слабо зв'язані з ядром і за звичайної температури втрачають цей зв'язок і стають вільними. Вільні електрони хаотично рухаються у міжатомному просторі подібно до молекул ідеального газу і тому дістали назву n електронний газ. У цілому ж провідник електрично нейтральний, тобто сумарний негативний заряд електронів дорівнює сумарному позитивному заряду іонів кристалічної ґратки.

Деякі електрони мають таку кінетичну енергію, що залишають межі кристалічного тіла, у зв'язку з чим рівновага зарядів порушується. Шар негативно заряджених електронів біля поверхні провідника разом з роз­ташованим на поверхні провідника шаром позитивно заряджених іонів утворюють електричне поле, яке гальмує вихід електрона за межі провідни­ка. Щоб подолати гальмівну дію електричного поля, електрону потрібно виконати роботу А_п проти сил електричного поля, яку називають роботою виходу електрона. Виконуючи роботу, електрон втрачає частину W_к своєї кінетичної енергії.

Відношення роботи виходу А_в до заряду електрона є називається потенціалом виходу (ф_в =А_в/е).

Для повноти уяви про електрон треба відмітити його дуалізм. Тобто електрон є не тільки як корпускула але й має хвильові якості.

Розподіл речовин на класи. Енергетичні діаграми різних речовин.

Гіпотеза М. Планка. Постулати Н. Бора.

ЛЕКЦІЯ № 2