книги / Физика для бакалавра. Ч. 2-1
.pdfПрикладывая между эмиттером и базой переменное напряжение, получим в цепи коллектора переменный ток, а на выходном сопротивлении – переменное напряжение. Величина усиления зависит от свойств р-n-переходов, нагрузочных сопротивлений и напряжения батареи Бк. Обычно Rвых Rвх , поэтому Uвых
значительно превышает входное напряжение Uвх (усиление может достигать 10 000). Так как мощность переменного тока, выделяемая в Rвых, может быть больше, чем расходуемая в цепи эмиттера, то транзистор дает и усиление мощности. Эта усиленная мощность появляется за счет источника тока, включенного в цепь коллектора.
Из вышесказанного следует, что транзистор, подобно электронной лампе, дает усиление и напряжения, и мощности. Если в лампе анодный ток управляется напряжением на сетке, то в транзисторе ток коллектора, соответствующий анодному току лампы, управляется напряжением на базе.
Принцип работы транзистора п-р-п-типа аналогичен рассмотренному выше, но роль дырок играют электроны. Существуют и другие типы транзисторов, так же как и другие схемы их включения. Благодаря своим преимуществам перед электронными лампами: малые габаритные размеры, высокие КПД и срок службы, отсутствие накаливаемого катода, отсутствие необходимости в вакууме, и т.д. – транзистор совершил революцию в области электронных средств связи и обеспечил создание быстродействующих ЭВМ.
Вопросы для самоконтроля
1.В чем суть приведения многоэлектронной задачи к одноэлектронной?
2.Чем отличаются энергетические состояния электронов
визолированном атоме и кристалле? Что такое запрещенные и разрешенные энергетические зоны?
351
3. Чем различаются по зонной теории полупроводники
идиэлектрики? металлы и диэлектрики?
4.Когда по зонной теории твердое тело является проводником электрического тока?
5.Как объяснить увеличение проводимости полупроводников с повышением температуры?
6.Чем обусловлена проводимость собственных полупроводников?
7.Каков механизм электронной примесной проводимости полупроводников? дырочной примесной проводимости?
8.Почему при достаточно высоких температурах в примесных полупроводниках преобладает собственная проводимость?
9.Как объяснить одностороннюю проводимость р-п-пере-
хода?
10.Какова вольт-амперная характеристика p-n-перехода? Объясните возникновение прямого и обратного тока.
11.Какое направление в полупроводниковом диоде является пропускным для тока?
12.Почему через полупроводниковый диод проходит ток (хотя и слабый) даже при запирающем напряжении?
Проверочные тесты
1. Носителями электрического заряда, создающими ток
вгазах и полупроводниках, являются:
1)в газах – электроны и ионы, в полупроводниках – электроны и дырки;
2)в газах – электроны и дырки, в полупроводниках – только электроны;
3)в газах – электроны и дырки, в полупроводниках – отрицательные и положительные ионы;
4)в газах – отрицательные и положительные ионы, в полупроводниках – электроны и положительные ионы.
352
2. В полупроводниках с собственной проводимостью:
1)число электронов в зоне проводимости (ЗП) равно числу дырок в валентной зоне (ВЗ);
2)число электронов в зоне проводимости превышает число дырок в валентной зоне;
3)число дырок в валентной зоне превышает число электронов в зоне проводимости;
4)число электронов в валентной зоне равно числу дырок
взоне проводимости.
3. На рисунке приведены энергетические зоны в твердых телах. Какая схема соответствует полупроводнику с собственной проводимостью? (ЗЗ – запрещенная зона.)
1) |
|
ЗП |
3) |
|
ЗП |
|
|
|
|
||
Еf |
∆Е |
ЗЗ |
Еf |
Донорные уровни |
ЗЗ |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ВЗ |
|
|
ВЗ |
2) ЗП
Акцепторные уровни Еf ЗЗ
ВЗ
4. В 4-валентный кремний добавили в первом опыте 3-ва- лентный химический элемент, во втором опыте – 5-валентный. Проводимость полупроводника:
1)в первом случае – дырочная, во втором случае – электронная;
2)в первом случае – электронная, во втором – дырочная;
3)в обоих случаях – электронная;
4)в обоих случаях – дырочная.
353
5. Характерная особенность p-n-перехода:
1)пропускание тока практически в одном направлении от полупроводника p-типа к полупроводнику n-типа;
2)пропускание тока практически в одном направлении от полупроводника n-типа к полупроводнику p-типа;
3)не пропускает ток ни в каком направлении.
6. Носителями электрического заряда, создающими ток
вметаллах и полупроводниках, являются:
1)в металлах – положительные и отрицательные ионы,
вполупроводниках – электроны и положительные ионы;
2)в металлах – электроны, в полупроводниках – электроны и дырки;
3)в металлах – электроны и дырки, в полупроводниках – положительные и отрицательные ионы;
4)в металлах – электроны, в полупроводниках – положительные и отрицательные ионы.
7. Собственная проводимость полупроводника обусловлена движением электронов:
1)в валентной зоне (ВЗ);
2)в зоне проводимости (ЗП);
3)в запрещенной зоне (ЗЗ).
3. Схема энергетических зон в твердом теле, приведенная на рисунке, соответствует:
ЗП
∆Е
Еf ЗЗ
ВЗ
1)металлам;
2)полупроводникам с донорной примесью;
3)полупроводникам с акцепторной примесью;
4)полупроводникам с собственной проводимостью.
354
8. В 4-валентный кремний ввели 3-валентный индий, а в 4-валентный германий – 5-валентную сурьму. Примеси называются:
1)в обоих случаях акцепторными;
2)в обоих случаях донорными;
3)в первом случае – акцепторной, во втором – донорной;
4)в первом случае – донорной, во втором – акцепторной.
9. p-n-Переход присоединен к источнику тока так, что к p-зоне присоединена отрицательная клемма источника. Если током неосновных носителей заряда пренебречь:
1)ток в p-зоне обеспечивается в основном движением дырок, в n-зоне – электронов;
2)ток в p-зоне обеспечивается в основном движением электронов, в n-зоне – дырок;
3)ток в p-зоне и n-зоне обеспечивается в равной степени движением электронов и дырок;
4)ток в p-зоне и n-зоне не идет.
10. Толщина запирающего слоя при подключении положительного полюса источника тока к p-области, а отрицательного – к n-области:
1) увеличивается; 2) уменьшается; 3) не изменяется.
11. На рисунке показана схема включения полупроводникового диода с p-n-переходом. Каковы в случае прохождения тока через него полярность клемм А и В и направление движе-
ния основных носителей заряда: |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
p |
n |
||||||
1) |
А – положительная; |
A |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||
2) |
В – отрицательная, от А к В; |
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
||||||
3) |
А – отрицательная; |
|
|
|
|
|
|
|
4)В–положительная,отА кВ;
5)А – положительная, В – отрицательная, от В к А;
6)А – отрицательная, В – положительная, от В к А.
355
12.В какой зоне собственная проводимость полупроводника обусловлена движением дырок:
1) в зоне проводимости;
2) в запрещенной зоне;
3) в валентной зоне.
13.Собственная проводимость полупроводника обусловлена движением:
1)электроновввалентнойзоне,дырок –в зонепроводимости; 2) электронов и дырок в зоне проводимости; 3)электронов в зонепроводимости,дырок– ввалентнойзоне; 4) электронов и дырок в валентной зоне.
14.В 4-валентный германий ввели 3-валентный галлий, а в 4-валентныйкремний–3-валентныйиндий.Примесиназываются:
1) в первом случае – акцепторной, во втором – донорной; 2) в первом случае – донорной, во втором – акцепторной; 3) в обоих случаях акцепторными; 4) в обоих случаях донорными.
15.Полупроводниковые материалы с донорными примесями обладают типом проводимости:
1) в основном дырочным;
2) в равной степени электронным и дырочным;
3) не проводят электрический ток;
4) в основном электронным.
16.Для контакта двух полупроводников p-типа и n-типа характерно:
1) пропускание тока практически в одном направлении от полупроводника n-типа к полупроводнику p-типа;
2) пропускание тока практически в одном направлении от p-полупроводника к n-полупроводнику;
3) не пропускает ток ни в одном направлении.
356
17. Толщина запирающего слоя при подключении положительного полюса источника тока к n-области, а отрицательного –
кp-области:
1)не изменяется; 2) уменьшается; 3) увеличивается.
18.Собственная проводимость полупроводника обусловлена движением дырок:
1) в зоне проводимости;
2) в запрещенной зоне;
3) в валентной зоне.
19.Число электронов в зоне проводимости равно числу дырок в валентной зоне. Это свойственно:
1) металлам;
2) полупроводникам с собственной проводимостью;
3) полупроводникам с примесной проводимостью;
4) диэлектрикам.
20. На рисунке приведена схема энер- |
Е |
|
|
||
|
|
|
|||
гетических зон |
в твердом теле. Процесс |
1 |
3 |
||
рождения пары |
электрон – дырка показан |
||||
|
|
|
стрелкой: |
2 |
||
1) |
1; 2) 2; 3) 3. |
||
|
21. В 4-валентный кремний ввели примесь: в первый раз – 5-валентный мышьяк, во второй раз – 3-валентный галлий. Проводимость полупроводника:
1)в первом случае – электронная, во втором – дырочная;
2)в первом случае – дырочная, во втором – электронная;
3)в обоих случаях – электронная;
4)в обоих случаях – дырочная.
1 |
2 |
22. На рисунке показана схема |
|
A |
|
включения |
полупроводникового |
B |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
357 |
диода с p-n-переходом. Тип полупроводников и полярность клемм А и В при прямом включении:
1)1 –типn,2 –типp;А–положительная, В–отрицательная;
2)1 –типp,2 –типn;А–положительная, В–отрицательная;
3)1 –типp,2 –типn;А–отрицательная,В– положительная.
23. Носителями электрического заряда в полупроводниках являются:
1)положительные и отрицательные ионы;
2)электроны и положительные ионы;
3)электроны и дырки;
4)только электроны.
23.Собственная проводимость в полупроводниках возникает в результате перехода электронов:
1) с верхних уровней валентной зоны в зону проводимости; 2) с нижних уровней валентной зоны в зону проводимости; 3) с верхних уровней зоны проводимости в валентную зону; 4) с нижних уровней зоны проводимости в валентную зону.
24.В 4-валентный кремний ввели примесь: в первый раз 3-валентный галлий, второй раз – 5-валентную сурьму. Проводимость полупроводника:
1) в первом случае дырочная, во втором – электронная; 2) в первом случае электронная, во втором – дырочная; 3) в обоих случаях электронная; 4) в обоих случаях дырочная.
25.Возникновению запирающего слоя на границе p-n-пере- хода способствует:
1) диффузия;
2) существование примесной проводимости;
3) наличие внешнего электрического поля;
4) контакт двух полупроводников.
358
26. На рисунке показана схема включения полупроводникового диода с p-n-переходом. Каковы в случае прохождения через него тока направление движения основных носителей заряда и тип полупроводников 1 и 2:
|
|
|
|
|
|
|
|
1) |
от А к В; 1 – тип n, 2 – тип p; |
||
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|||||
A |
|
|
|
|
|
|
2) |
от В к А; 1 – тип n, 2 – тип p; |
|||
|
+ |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3) |
от А к В;1 – тип p, 2 – тип n; |
||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|||||||
B |
- |
|
|
|
|
|
|
|
4) |
от А к В; 1 – тип p, 2 – тип n. |
359
Раздел VIII. ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА
33. ОСНОВЫ ФИЗИКИ АТОМНОГО ЯДРА
Рассматриваемые вопросы. Состав атомного ядра. Ха-
рактеристики ядра: заряд, масса, энергия связи нуклонов. Радиоактивность. Виды и законы радиоактивного излучения. Ядерные реакции. Деление ядер. Синтез ядер. Детектирование ядерных излучений. Понятие о дозиметрии и защите.
33.1.Состав атомного ядра. Характеристики ядра (заряд, масса, энергия связи нуклонов)
Ядра всех атомов состоят из двух видов элементарных ча-
стиц – протонов (р) и нейтронов (п). Это так называемые нукло-
ны – ядерные частицы. Протон представляет собой ядро атома водорода, его заряд 1р = 1,6·10–19 Кл, масса тр = 1,6726·10–27кг ≈
≈ 1836 me (те =9,11 10 31 кг – масса электрона), спин протона s 12, он обладает не равным нулю магнитным моментом.
Нейтрон является нейтральной частицей (q = 0), масса его близка к массе протона (mn 1,6749 10 27кг 1839me ) и также
спин нейтрона s 12. В свободном состоянии нейтрон нестаби-
лен и распадается с периодом полураспада ≈15 мин на протон, электрон и антинейтрино: n p e .
Зарядовое число Z равно числу протонов в ядре, определяет заряд ядра и номер соответствующего элемента в таблице Менделеева.
Массовое число А – число нуклонов в ядре (суммарное число протонов и нейтронов: А = Z + N). Ядра принято обозначать
символом ZA X .
360