5.1.3.5.6. Полупроводниковый диод

П/п диоды применяют в цепях, где надо обеспечить прохождение тока только в одном направлении, т. е. диод работает в режиме вентиля.

Диод содержит р-n-переход с металлическими выводами, заключённый в герметичный корпус. Вывод от р-области – анод, от n-области – катод.

а) прямое включение: б) обратное включение:

ток протекает ток не протекает

• Диоды широко применяют в электротехнике и радиоэлектронике.

5.1.3.5.7. Полупроводниковый триод (транзистор)

На основе взаимодействия двух р-n-переходов изготавливают п/п транзистор. Он состоит из трёх областей (р-n-р или n-p-n), образующих два р-n-перехода: 1 – эмиттер Э; 2 – коллектор К; 3 – база Б.

Для создания транзисторов с хорошими характеристиками необходимо, чтобы:

1) эмиттер был легирован гораздо сильнее базы (чтобы в нём создавалось много носителей зарядов);

Легирование – добавление примесей;

2) толщина базы была меньше длины свободного пробега носителей заряда (чтобы они не успевали рекомбинировать в базе).

Для нормальной работы транзистора на переход ЭБ подают прямое напряжение (прямое смещение), а на переход БК – обратное.

Работа p-n-p транзистора

1. Переход ЭБ смещён в прямом направлении, по нему протекает ток I_Э, образованный в основном дырками (эмиттер р-типа легирован гораздо сильнее базы).

2. Пройдя базу, дырки попадают в поле, созданное U_КБ, захватываются им и через коллектор идут к отрицательному полюсу источника U_КБ.

3. Рекомбинировать в базе носители не успевают, поэтому I_Э  I_К, причём U_КБ  U_БЭ, т.е. при одинаковом токе мощность на сопротивлении R_H в цепи коллектора Р_К = I_КU_КБ гораздо больше мощности в цепи эмиттера Р_Э = I_К U_ЭБ.

Сигнал в цепи коллектора по характеру изменения тока повторяет сигнал цепи эмиттера, но по мощности значительно его превосходит, т. е. транзистор – усилитель.

• Устройство, работа и подключение p-n-p и n-p-n транзисторов аналогичны с той лишь разницей, что источники питания U_БЭ и U_КБ для n-p-n транзистора включают в обратной полярности и основными носителями в нём являются электроны.

• Усиление происходит за счёт энергии внешнего источника питания U_КБ и закон сохранения энергии не нарушается.

• Транзисторные усилители широко применяют в радиоэлектронике.

5.1.3.5.8. Применение полупроводниковых приборов

Помимо диода и транзистора на основе p-n-перехода строят множество других п/п элементов: резисторы, конденсаторы, тиристоры, стабилитроны, семисторы и др.

Микроэлектроника позволяет изготавливать микросхемы, в которых на одном кристалле площадью 1 см² помещается  100000 п/п элементов.

На базе п/п диодов, триодов, микросхем и др. изготавливают цепи электротехники и радиоэлектроники, на основе которых собирают телевизоры, компьютеры и др. приборы, широко применяемые в медицине, космонавтике, обороне и пр.

5.2. Магнетизм

5.2.1. Магнитное поле

Возьмем два магнита. Их взаимодействие напоминает взаимодействие электрических зарядов: одноименные полюса (как и заряды) отталкиваются, разноименные – притягиваются.

До начала XIX в. полагали, что магнитные заряды (по аналогии с электрическими) в природе существуют.

В 1820 г. Ханс Эрстед (1777–1851, Дания) обнаружил, что проводник с током оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку.

В этом же году Андре Ампер (1775–1836, Франция) обнаружил, что два параллельных проводника с током одинакового направления притягиваются, противоположного – отталкиваются.

Взаимодействие проводников с током Ампер отнес к электромагнитным взаимодействиям, чем указал на связь электрических и магнитных явлений и отверг идею существования магнитных зарядов. В 1845 г. Фарадей ввёл термин «магнитное поле».

Магнитное поле – особый вид материи, создаваемый движущимися электрическими зарядами и воздействующий на движущиеся электрические заряды.

• Магнитное поле непрерывно в пространстве.