Электронно-лучевая трубка

Особое применение ток в вакууме нашел в электронно-лучевой трубке - устройстве в котором используется пучок электронов свободно летящих за анодом

Источником электронов служит катод 2 нагреваемый нитью накала 1 Электроны разгоняются электрическим полем между катодом и двумя анодами 4 и 5 Изменяя напряжение на аноде 4 можно фокусировать пучок электронов 8 те изменять площадь его поперечного сечения на экране Изменяя напряжение между катодом 3 и управляющим электродом 3 можно изменять яркость пятна на экране (интенсивность электронного пучка) Управляющий электрод 3 при этом действует как сетка в вакуумном триодеВнутренняя поверхность экрана 9 покрыта слоем кристалла способного светиться под действием попадающих на него электронов На экране наблюдается светлое пятно в месте попадания электронов С помощью электрического или магнитного поля можно управлять электронным лучом (на рисунке это пластины 6 и 7 называемые управляющими электродами) Изменяя напряжение на управляющих электродах изменяется и положение пятна на экране

Данный принцип используется в телевизорах где электронно-лучевая трубка является одной из его составных частей

Электрический ток в полупроводниках

Полупроводниками называются вещества в кристаллическом состоянии которые не являются ни хорошими проводниками ни диэлектриками

Одной из характерных особенностей полупроводников является зависимость их сопротивления от внешних факторов например от температуры Из полупроводников удельное сопротивление особенно сильно меняется с изменением температуры изготовляют терморезисторы Их используют для измерения температуры

Сопротивление полупроводников уменьшается под действием освещения причем у некоторых весьма значительно Это явление получило название фотопроводимости Из таких полупроводников делают фоторезисторы которые применяются для управления током в цепи за счет изменения освещенности

задание Опишите принцип работы простейшего термореле

Экспериментально установлено что электрический ток в полупроводниках не сопровождается переносом вещества - ни каких химических изменений с ними не происходит Отсюда следует что носителями тока в полупроводниках являются электроны

В полупроводниках валентные электроны значительно сильнее (по сравнению с металлами ) связаны с атомами Поэтому при комнатной температуре концентрация электронов проводимости незначительна - она в миллиарды раз меньше чем у металлов и удельное сопротивление полупроводников поэтому при низкой температуре велико оно близко к удельному сопротивлению диэлектриков При повышении температуры удельное сопротивление уменьшается Механизм данного явления рассмотрим на примере кремния

Атом кремния четырехвалентен Соседние атомы взаимодействуют друг с другом посредством обобществления двух электронов(ковалентная связь) При низких температурах эти электроны прочно связаны с атомами и поэтому не могут участвовать в создании электрического тока При внешнем воздействии (повышение температуры освещение) некоторые электроны приобретают энергию достаточную для их отрыва от атома - становятся свободными На месте оторвавшихся электронов образуется положительно заряженная область пространства - дырка (некая псевдочастица) Движение электронов проводимости под действием внешнего электрического поля сопровождается одновременнымдвижением дырок в противоположном направлении

Таким образом в полупроводниках ток создается электронами проводимости и дырками

При увеличении температуры увеличивается и количество свободных зарядов в связи с чем и происходит уменьшение удельного сопротивления полупроводника

Проводимость обусловленная движением свободных электронов и дырок в чистом (без примесей) полупроводниковом кристалле называется собственной проводимостью

Проводимость обусловленная наличием в кристалле примесей называется примесной проводимостью

При наличии в кристалле кремния примеси атомов мышьяка ток создается главным образом электронами - электронная проводимость

Пятивалентный атом мышьяка вступает в связь с четырехвалентным атомом кремния Поэтому при комнатной температуре почти все атомы мышьяка лишаются одного из свободных электронов который становится свободным Перемещение дырки невозможно тк энергия связи электронов с атомами кремния значительно превышает энергию связи пятого валентного электрона с атомом мышьяка

Электроны в данном случае являются основными носителями заряда а дырки образованные собственной проводимостью - не основными

Примеси поставляющие электроны проводимости без возникновения равного им количества дырок называют донорными примесями

Такие полупроводники называют электронными полупроводниками или полупроводниками n - типа

При наличии в кристалле кремния примеси атомов индия основными носителями заряда являются дырки - дырочная проводимость

Атом индия может осуществлять связь только с тремя соседними атомами а связь с четвертым атомом кремния оказывается незавершенной Атом индия захватывает электрон у одного из атомов кремния и становится отрицательным ионом Этот захват приводит к возникновению дырки которая может свободно перемещяться под действием электрического поля

Примеси захватывающие электроны и создающие тем самым подвижные дырки не увеличивая при этом числа электронов проводимости называют акцепторными примесями

Полупроводники в которых концентрация дырок превышает концентрацию электронов проводимости называют полупроводниками p -типа

задание Покажите что даже незначительная концентрация примеси приводит к резкому уменьшению удельного сопротивления полупроводника

p -n переход

это контакт двух полупроводников различного типа проводимости

Рассмотрим поведение p-n перехода на предмет пропускания им электрического тока В начальный момент оба полупроводника нейтральны При их контакте за счет диффузии электронов из n-области в р-область появляется собственное поле перехода направленное от n-области к р-области которое по мере диффузии электронов все больше препятствует этому При достижении определенного значения напряженности процесс диффузии прекращается Образуется так называемый запирающий слой Между областями с различной проводимостью создается запирающее напряжение порядка десятых вольт

Если переход соединить с источником тока так чтобы с его положительным полюсом была соединена n-область то по принципу суперпозиций суммарное электрическое поле увеличивается (в этом случае внешнее и собственное поле имеют одно направление) и увеличивается ширина запирающего слоя Сопротивление увеличивается и ток в цепи практически отсутствует Такое включение называют обратным

Если положительный полюс источника соединить с р-областью то внешнее поле будет уменьшать запирающий слой сопротивление перехода уменьшается и в цепи наблюдается наличие электрического тока

Способность полупроводника пропускать ток только в одном направлении используют в приборах называемых полупроводниковыми диодами Собственно описанный выше p-n переход и является полупроводниковым диодом

задание На каждом рисунке прямого и обратного включения изобразите эквивалентную схему включения диода с использованием его схематичного обозначения 

Вольт-амперная характеристика диода показывает зависимость силы тока через него от приложенного напряжения При прямом включении сила тока возрастает с увеличением приложенного напряжения При обратном включении  сила тока имеет очень малое значение (это вообще возможно за счет не основных носителей заряда)

задание Опишите устройство и принцип работы транзистора Каков механизм усилительного действия этого прибора ?

63