5.1.3.4.4. Электронные пучки и их свойства

Электроны, испускаемые катодом, можно при помощи электрических полей разгонять до высоких скоростей и формировать в пучки. Такие электроны летят уже не во всём пространстве, а вдоль одной линии.

1 – катод; 2 – электроны; 3 – электроды формирования пучка.

Электронный луч – пучок электронов.

При помощи электронного луча можно бомбардировать атомы вещества, получать рентгеновское излучение, плавить и резать металлы, чертить изображение в электронно-лучевых трубках и др.

5.1.3.4.5. Электронно-лучевая трубка

Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) применяют в телевизорах (кинескопы), дисплеях и осциллографах. В них луч чертит на экране графическое изображение. ЭЛТ состоит из эвакуированного стеклянного баллона и электродов. Баллон с одной стороны ограничен плоским экраном 6, изнутри покрытым слоем люминофора (вещество, излучающее свет при попадании на него электронного луча).

Электроды: катод 1, управляющий электрод 2, анод 3; пластины, отклоняющие луч вертикально 4 и горизонтально 5.

Потенциал анода выше потенциала катода на 15–25 тыс. В. Проходя через отверстие в аноде, электронный луч попадает в поля электродов 4 и 5 и достигает экрана. Изменением полей вертикального и горизонтального отклонения луча изменяют изображение, изменением потенциала управляющего электрода (т. е. изменением тока анод–катод) – его яркость.

• Большинство ЭЛТ снабжено дополнительными (фокусирующими) электродами, позволяющими изменять диаметр луча и увеличивать чёткость изображения.

5.1.3.5. Электрический ток в полупроводниках

5.1.3.5.1. Электропроводность полупроводников

В зависимости от значения удельного сопротивления, вещества образуют группы:

1) проводники: Омм;

2) диэлектрики (изоляторы): Омм;

3) полупроводники: Омм.

Полупроводники: кремний, германий, галий, селен и др. и их соединения.

Из опытов известны свойства полупроводников (п/п):

1) при введении примеси в чистый п/п его удельное сопротивление изменяется (обычно уменьшается);

2) при нагревании удельное сопротивление п/п уменьшается (энергия связи электронов в п/п меньше, чем в диэлектрике, и при нагревании образуются свободные электроны);

3) освещение п/п значительно снижает его удельное сопротивление (электроны поглощают энергию света и становятся свободными).

Эти свойства п/п используют при изготовлении п/п приборов.

5.1.3.5.2. Собственная проводимость полупроводников

Р ассмотрим типичный п/п на примере германия или кремния. При н.у. каждый атом этих веществ имеет на внешней оболочке 4 валентных электрона и образует ковалентные связи с четырьмя соседними атомами. Все электроны связаны, свободных носителей заряда нет и п/п является изолятором.

При нагревании п/п часть электронов переходит в свободное состояние. До отрыва электрона атом в целом был электрически нейтральным, после отрыва он становится положительным ионом.

Говорят, что на месте электрона образовалась дырка (положительный заряд).

Генерация – процесс образования свободных носителей заряда (электронов и дырок).

• Дырку в одном атоме может заполнить электрон соседнего атома, где возникает другая дырка, т.е. можно говорить, что дырка движется.

• Дырки и электроны движутся хаотически.

Рекомбинация – процесс исчезновения двух свободных носителей заряда – электрона и дырки – при их встрече.

• Процессы генерации и рекомбинации находятся в состоянии динамического равновесия.

• В чистом п/п всегда одинаковое количество электронов и дырок.

• Если в п/п создать электрическое поле, то дырки будут двигаться по направлению его силовых линий, электроны - против. При этом проводимость будет собственной.

Собственная проводимость – проводимость п/п, создаваемая как электронами, так и дырками.

• П/п широко используют в технике.

Например, в термодатчике при повышении температуры сопротивление п/п уменьшается, ток через контрольную лампу увеличивается и она выдаёт световой сигнал.