Ток в вакууме
Эмиссия электронов
Вакуум в сосуде – это настолько разряженное состояние газа, что его молекулы сталкиваются друг с другом реже, чем со стенками сосуда.
Вакуум – изолятор, ток в нем может возникнуть только за счет искусственного введения заряженных частиц. Для этого используют эмиссию (испускание) электронов. В вакуумных лампах с нагреваемыми катодами происходит термоэлектронная эмиссия, а в фотодиоде – фотоэлектронная.
Вакуумные диод и триод
к
атод
анод
накал
А А
а
)
б)
К
К Н
В первых конструкциях вакуумных двухэлектродных ламп (диодов) использовались катоды прямого накала (вольфрамовый катод был одновременно и нагревателем, и источником эмиссии (а)).
Затем начали изготавливать диоды с катодами косве6нного нагрева («подогревными»). При этом источники эмиссии – окислы металлов с малой работой выхода из них электронов, но с большим электросопротивлением, поэтому нагреватель в таких диодах отделен от катода (б).
Диоды служат для выпрямления переменного тока: в те полупериоды, когда потенциал электрода, испускающего электроны, становится положительным, ток через диод не идет. Итак, вакуумный диод обладает односторонней проводимостью, что позволяет использовать его как выпрямитель.
к
атод
анод
сетка
А
сетка
К
В трехэлектродных вакуумных лампах (триодах) содержится еще один электрод (сетка, управляющий электрод). Измерение разности потенциалов между сеткой и катодом приводит к изменению тока через лампу. Подавая «на вход» лампы (катод – сетка) слабый переменный электрический сигнал, получают «на выходе» (катод – анод) усиленный сигнал такой же формы, как у входного сигнала.
Вакуумный триод благодаря наличию сетки может использоваться в роли усилителя.
Ток в полупроводниках
Полупроводники
(
и др.) – вещества, по проводимости
находящиеся между проводниками и
диэлектриками. В отличие от проводников
(металлов), сопротивление полупроводников
резко возрастает
при
понижении температуры.
Чистые (беспримесные) полупроводники обладают не только электронной (как металлы), но и дырочной проводимостью. Проводимости обоих типов слабые. Введение в полупроводниковый кристалл специальных примесей резко усиливает проводимость того или иного типа. Кристалл с усиленной электронной проводимостью - - кристалл, а с усиленной дырочной проводимостью - - кристалл.
Полупроводниковый диод
а
)
− + б)
− +
изображения полупроводниковых диодов
Если часть кристалла имеет - проводимость, а часть - -проводимость, то это уже - -кристалл. Граница контакта зон с различной проводимостью - - - переход. Он обладает односторонней проводимостью.
объединение носителями обогащение носителями
заряда заряда
- - - - - - - - - - - - + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - + + + + + + + + +
+ −
− +
а) б)
С
- - - - - - - - - - - - + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + +
Слабый (но отличный от нуля) обратный ток создается движением неосновных для каждого из кристаллов носителей заряда (электронов в -кристалле и дырок в -кристалле).
прямой ток
обратный ток
Транзистор
Так
называется устройство из трех
полупроводниковых кристаллов с примесной
проводимостью. В транзисторах различного
типа чередование кристаллов различно:
или
.
Транзисторы в основном используются для генерирования и усиления радиосигналов. Транзистор ( ) по принципу действия подобен вакуумному триоду. Транзисторы ( ) также используются во многих схемах, но объяснение принципа их действия сложнее (приходится говорить об эмиссии дырок, а не электронов).
Достоинства полупроводниковых диода и триода: малые размеры, большие механическая прочность и долговечность, невысокое рабочее напряжение. Недостаток – резкая зависимость электрических характеристик от температуры окружающей среды.
1)
эмиттер база коллектор
- -
+ -
+
-
-
+
- - -
+
-
- -
+
- +
+ -
-
- + + -
2)
катод сетка анод
-
1) транзистор 2) триод
Левый
- кристалл по своей роли похож на катод
вакуумного триода и называется эмиттером;
правый
- кристалл подобен аноду и называется
коллектором;
-
кристалл подобен сетке и называется
базой.
Меняя разность потенциалов между
эмиттером и базой (подавая на них
изменяющееся
),
можно управлять коллекторным током.
а) б)
э
к э
к
б б
Обозначения
а)
- транзистора
б)
- транзистора