3. Полупроводниковый Триод (Транзистор)
Полупроводниковый транзистор (биполярный) — это трёхэлектродный прибор, который состоит из двух близко расположенных p-n переходов и используется для усиления электрических сигналов.
Транзистор может быть структуры
или
.
Рассмотрим
транзистор. Он имеет три области:
Эмиттер (E, -тип, сильно легирован)
База (Б, -тип, слабо легирована, очень тонкая)
Коллектор (К, -тип, умеренно легирован)
Транзистор работает в активном режиме, когда:
Эмиттерный переход (E-Б) смещён в прямом направлении.
Коллекторный переход (К-Б) смещён в обратном направлении.
Принцип Усиления
Инжекция: Прямое смещение эмиттерного перехода заставляет электроны (основные носители эмиттера) инжектироваться в тонкую базу.
Транзит: Благодаря тому, что база очень тонкая, большинство электронов (до 98-99%) не успевает рекомбинировать с дырками базы и достигает коллекторного перехода.
Ускорение: Коллекторный переход смещён в обратном направлении, создавая сильное электрическое поле. Это поле затягивает электроны из базы в коллектор.
Усиление: Небольшое изменение тока базы (
)
приводит к большому изменению тока
коллектора (
).
Поскольку
,
транзистор позволяет управлять большим
током с помощью малого тока:
Где
— коэффициент усиления по току
(достигает десятков или сотен).
58. Сверхпроводимость. Эффект Джозефсона ❄️
Сверхпроводимость и эффект Джозефсона — это фундаментальные квантовые явления, наблюдаемые в некоторых материалах при очень низких температурах.
1. Сверхпроводимость
Сверхпроводимость
— это свойство некоторых материалов
обладать строго нулевым электрическим
сопротивлением при охлаждении ниже
определённой критической температуры
(
).
Основные свойства
Нулевое сопротивление: Главное свойство, означающее, что электрический ток может протекать в замкнутом сверхпроводящем контуре бесконечно долго без потерь энергии.
Переход материала в сверхпроводящее состояние происходит скачком при
.
Идеальный диамагнетизм (Эффект Мейснера): Сверхпроводник полностью выталкивает из своего объёма магнитное поле (
)
при переходе в сверхпроводящее состояние
(
).
Эффект Мейснера является термодинамически обратимым процессом и не зависит от того, сначала было охлаждение, а затем включение поля, или наоборот.
Критические параметры: Сверхпроводимость разрушается, если:
Температура превышает критическую температуру ( ).
Внешнее магнитное поле
превышает критическое поле (
).Ток превышает критический ток (
).
Микроскопическая теория (Теория бкш)
Сверхпроводимость объясняется квантовым явлением, известным как образование куперовских пар:
Куперовские пары: При очень низких температурах два электрона с противоположными спинами и импульсами объединяются в связанную пару через взаимодействие с колебаниями кристаллической решетки (фононами).
Конденсация: Все куперовские пары конденсируются в единое квантовое состояние (сверхпроводящий конденсат).
Сверхток: Движение сверхтока представляет собой коллективное, упорядоченное движение этого конденсата, которое не сопровождается рассеянием на решетке или примесях, так как для разрушения пары требуется конечная энергия.