Транзисторы.

Основная часть электрического тока внутри эммитера обусловлена движением электронов, которые являются основными носителями. Электроны инжектируются в область базы и двигаются в направлении коллектора. Если длина свободного пробега электронов (которые здесь являются неосновными носителями) больше за толщину базы (), то большая часть инжектированных электронов достигнет коллектора. Здесь они втягиваются в положительно заряженный коллектор и, являясь основными носителями, изменяют коллекторный ток (который меньше тока эмитера, так как часть электронов рекомбинирует). Таким образом, любое изменение напряжения и тока эмитера приводит к изменению тока в цепи коллектора и напряжения на нагрузке. Эффективность работы транзистора характеризуется статическим коэффициентом передачи тока эммитера, где—токи коллектора и эмитера (). Выбрав, можно добиться значительного увеличения напряжения и мощности на выходе. Получаемая на выходе повышенная мощность появляется за счет энергии источника тока, включенного в цепь коллектора.

Контактные явления

Зонная теория позволяет с единой точки зрения объяснить явления возникающие при контакте двух тел, состоящих из различных веществ. К контактным явлениям относят:

1. Электризация трением.

2. Возникновение внутренней контактной разности потенциалов.

3. Возникновение внешней контактной разности потенциалов.

4. Эффект Пельтье.

5. Эффект Зеебека.

Если при контакте двух тел, которые имеют разные работы выхода, они сближаются на расстояния м, то для электронов в этих телах возникает потенциальный барьер показанный на Рис. 14.6.

Допустим первое тело имеет работу выхода , а второе, причем. Вследствие туннельного эффекта электроны из тела с меньшей работой выхода будут переходить на свободные энергетические уровни в теле с меньшей работой выхода (Рис.14.6). Переход электронов из второго тела в первое почти невозможен поскольку слева нет свободных энергетических уровней. В результате такого перехода первое тело потеряет электроны и зарядится положительно, а второе отрицательно. Система энергетических уровней первого тела сместится вниз, а второго вверх. Переход электронов прекратится, когда химические потенциалы двух тел станут одинаковыми. В этом случае верхние занятые уровни контактирующих тел будут находится почти на одной высоте, тогда число электронов переходящих слева направо и в противоположном направлении будет одинаковым. В месте контакта возникнет контактное электрическое поле, а между телами контактная разность потенциалов, точнее, внешняя контактная разность потенциалов, которая равна

.

В случае, если контактирующие тела являются металлами, разность потенциалов возникает в точках находящихся в непосредственной близости от поверхности первого и второго металла (на расстояниях м). На поверхности и внутри металла потенциал одинаков. Если разделить металлы, то небольшой заряд перераспределится по всей поверхности металла и почти не будет ощущаться. Если же тела являются диэлектриками, то заряды противоположных знаков сконцентрированы в точках контакта, и при разделении двух диэлектриков поверхности оказываются наэлектризованными (трение приводит лишь к улучшению контакта).

Интересным явлением является электризация возникающая при контакте жидкости и твердого тела. При протекании воды под действием силы тяжести через вертикальные узкие капилляры (мм) стенки капилляров электризуются и притягивают ионы противоположного знака (если, например, на стенках положительный заряд, то к нему притягиваются отрицательные ионы, а положительные отталкиваются). В результате положительные ионы оказываются в центре и стекают вниз. На концах капилляра накапливаются заряды разных знаков, что препятствует дальнейшему прохождению воды. Это эффект был использован для создания прототипа источника тока без движущихся частей и химических реакций.

Эффект Пельтьесвязан с внутренней контактной разностью потенциалов и заключается в том, что при прохождении тока через контакт двух разных проводников (или проводника и полупроводника) выделяется или поглощается теплота. Рассмотрим случай, когда под действием внешнего электрического поля электроны движутся через контакт в направлении от металла с большей энергией Ферми к металлу с меньшей энергией Ферми (на Рис.14.6 слева направо, тогда сила тока направлена справа налево). Из рисунка видно, что при переходе электронов слева направо их кинетическая энергия уменьшается на. Это означает, что часть кинетической энергии электронов поглощается кристаллической решеткой, которая при этом нагревается. При пропускании тока в противоположном направлении кинетическая энергия электронов увеличивается и они поглощают энергию кристаллической решетки, контакт охлаждается. Теплота Пельтье может быть рассчитана по формуле:, где–разность термоэлектрических коэффициентов проводников,–температура по абсолютной шкале. В настоящее время промышленно выпускаются холодильники на эффекте Пельтье и системы охлаждения для компьютерных процессоров (отличительным качеством которых является полная бесшумность).

Эффект Зеебека—возникновение электродвижущей силы в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников, контакты между которыми имеют различную температуру. В небольшом интервале температур термоэдс может быть вычислена по формуле, где—коэффициент Зеебека (другие названия: термосила, коэффициент термоэдс, удельная термоэдс), который зависит от материала проводников, интервала температур, наличия примесей, ориентации кристаллических зерен. Например, значениепо отношению к свинцу(ток течет от свинца к металлу через более нагретый спай): железомкВ/К, медьмкВ/К. Если электрическая цепь состоит из двух различных проводников, она называется термоэлементом или термопарой. Зависимость электродвижущей силы от разности температур контактов используется для различного рода температурных датчиков и термометров.