Види напівпровідникових діодів

Загалом, механізм односторонньої провідності у діодів однаковий, проте для його створення можна використовувати не лише виключно напівпровідники, а й метали.

[Ред.] Напівпровідник-напівпровідник

Якщо зплавити напівпровідники з різними типами провідності (n— та p-провідністю), то на межах їх стику утворюється p-n перехід. Вільні електрони з області напівпровідника з n-провідністю рекомбінують з «дірками» напівпровідника з p-провідністю. Утворюється нейтральний шар, який розділяє дві області з електричними зарядами. Створюється різниця потенціалів. Якщо подати напругу негативним знаком на n-область та позитивним на p-область, то електрони будуть здатні подолати нейтральний бар'єр і через діод потече струм (пряме увімкнення діода). Якщо подати напругу позитивним знаком на n-область, а негативним на p-область, то нейтральний шар розшириться і струм протікати не буде.

[Ред.] Метал-напівпровідник

Якщо методом катодного розпилення, або вакуумного осадження, на очищену зону напівпровідника, нанести метал, то утвориться з'єднання метал-напівпровідник. Робота виходу електронів з металу значно більша, ніж у напівпровідника. Тому утвориться різниця робіт виходу, та різниця потенціальних бар'єрів. Це зумовить перехід електронів із напівпровідника до металу, та відсутность переходу електронів із металу до напівпровідника.

[Ред.] Основні параметри напівпровідникового діода

• I_s — струм насичення (тепловий струм);

• R_б — опір бази діода;

• R_а — активний опір;

• R_Д — диференційний опір;

• C_б — бар'єрна ємність;

• С_Д — дифузійна ємність

• R_{тп к} — тепловий опір перехід-корпус;

• К_в — коефіцієнт випростування;

• φ_к — контактна різниця потенціалів.

[Ред.] Проектування

При автоматизованому проектуванні мікроелектронної апаратури (МЕА), широко використовуються моделі елементної бази, зокрема, моделі напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем (ІМС). Найбільш поширеними є топологічні моделі, наведені у вигляді еквівалентної заступної схеми, або неспрямованого графа, вітки яких відбивають шляхи розповсюдження фізичного процесу у приладах.

[Ред.] Застосування

Застосовується практично у всіх електронних схемах, та в багатьох електричних.

Електричний струм в газах.Іонізація газу. ВАХ газового розряду. Види газових розрядів. Поняття про плазму.

За звичайних умом гази повністю складаються із нейтральних атомів чи молекул, тому є діелектриками.Для того щоб газ почав проводити електричний струм його потрібно забезпечити вільними електричними зарядами. Для цього можна:

1. Нагріти газ- з підвищенням температури теплові рухи молекул газу призведуть до втрати електронів молекулами, а отже й утворення позитивно заряджених іонів.

2. Помістити газ у джерело радіоактивного випромінювання

3. Помістити в газ нагріту металеву нитку.

Процес проходження електричного стуму через газ називають газовим розрядом.

Іонізація газу показує що в газах під впливом високих температур з*являються заряджені частинки. Вони виникають тому що від атомів відчеплюється один або декілька електронів в результаті чого виникають позитивний іон та електрони.

Газовий розряд – це явище протікання електричного струму в газах.

ВАХ газового розряду називається залежність напруги на електродах лампи від сили струму що проходить через неї.

Поділяються на: Самостійні та несамостійні.

Види: тліючий, дуговий, іскровий, коронний.

Плазма – це частково чи повністю іонізований газ в якому густини позитивних і негативних зарядів майже збігаються. Плазма вважається четвертим станом речовини. У повністю іонізованій плазмі електрично нейтральних атомів немає, тому плазма дуже добре проводить струм.

Електричний струм в вакуумі. Термоелектронна емісія. Вакуумний діод. Будова та принципи дії. Вакуумний тріод. Роль сітки.ВАХ тріоду.

В електронно-променевих трубках, електронних лампах радіоприймачів і багатьох інших приладах електрони рухаються у вакуумі.

Відкачуючи газ із посудини, можна досягнути такої концентрації, за якої молекули будуть встигати пролітати від однієї стіинки посудини до іншої і при цьому не співударятись між собою. Такий стан у посудині називають вакуумом. Провідність між електродами можна забезпечити лише введенням у струбку заряджених частинок.

Найчастіше дія такого джерела заряджених частинок ґрунтується на властивості металевих тіл, нагрітих до високої температури, випускати електрони. Цей процен називають термоелектронною емісією. Явище термоелектронної емісії призводить до того що нагрітий металевий електрод випускає електрони, які утворюють навколо електрода електронну хмарку. Електрод при цьому заряджений позитивно

Електронний прилад з двома електродами називають вакуумним діодом.

Будова: У середині скяного балону відкачують повітря і туди впаюють два електроди. Катод покрито шаром оксиду лужноземельних металів. З нагріванням цього шару виділяється велика кількість електродів, які досігають анода.

В електричному колі з діодом струм проходить тоді, коли катод розігріто до високох температури, а анод з*єднано з позитивним полюсом джерела струму. В сучасних діодах використовують непряме нагрівання катода за допомогою невеликої спіралі, розміщеної всередині циліндричного катода.

Вакуумний тріод.

Lля поліпшення дії електронної лампи в неї вводять додаткові сітки. Лампу з двома сітками називають тетродом (тобто чотириелектродної), з трьома - пентодом (п'ятиелектродної). Поява електронних ламп різноманітних пристроїв, заснованих на їх застосуванні, зіграли величезну роль в розвитку радіо. Тріод також застосовують, як генератор електричних коливань. Потоком електронів, що рухаються в електронній лампі від катода до анода можна управляти за допомогою електричних і магнітних полів. Найпростішим електровакуумним приладом, в якому здійснюється управління потоком електронів за допомогою електричного поля, є тріод. Балон, анод і катод вакуумного тріода мають таку ж конструкцію, як і у діода, проте на шляху електронів від катода до анода в тріоді розташовується третій електрод, званий сіткою. Звичайно сітка - це спіраль з декількох витків тонкого дроту навкруги катода.

Якщо на сітку подається позитивний потенціал щодо катода (рис.9), то значна частина електронів пролітає від катода до анода, і в ланцюзі анода існує електричний струм. При подачі на сітку негативного потенціалу щодо катода електричне поле між сіткою і катодом перешкоджає руху електронів від катода до анода (рис.10), анодний струм убуває. Таким чином, змінюючи напругу між сіткою і катодом, можна регулювати силу струму в ланцюзі анода, що і послужило причиною назви сітки управляючої.

Взаємодія струмів. Магнітне поле струму. Магнітна індукція. Сила ампера. Сила Лоренца.

Електричний струм – напрямлений рух електричних зарядів.

Постійний струм – незмінний за величиною та напрямком.

Послідовне з*єднання:

I=I1=I2

U=U1+U2

R=R1+R2

Паралельне:

I=I1+I2

U=U1=U2

1/R=I/R1+I/R2.

Магні́тне по́ле — особлива форма матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.

Магнітне поле - складова електромагнітного поля, яка створюється змінним у часі електричним полем, рухомими електричними зарядами або спінами заряджених частинок. Магнітне поле спричиняє силову дію на рухомі електричні заряди. Нерухомі електричні заряди з магнітним полем не взаємодіють, але елементарні частинки з ненульовим спіном, які мають власний магнітний момент, є джерелом магнітного поля і магнітне поле спричиняє на них силову дію, навіть якщо вони перебувають у стані спокою.

Магні́тна інду́кція — векторна фізична величина, яка характеризує величину і напрямок магнітного поля з урахуванням впливу середовища. Магнітна індукція пов'язана з напруженістю магнітного поля :

,

де μ— магнітна проникність.

У системі СГС магнітна індукція поля вимірюється в гаусах (Гс), в системі СІ — в теслах (Тл).

Смла ампера.

I=BIL*sina

Визначається за правилом лівої руки:

Якщо ліву руку розмістити так щоб лінії магнітної індукції входили в долоні а витягнуті 4 пальці показували напрям струму в провіднику , то відігнутий великий палець покаже напрям сили ампера.

Закон Ампера: Сила що діє в магнітному полі на провідник зі струмом дорівнює добутку модуля вектора модуля вектора магнітної індукції, сили струму, довжини провідника та синусу кута між напрямл. Струму в провіднику.

Сила Лоренца – це сила що діє на одну рухому заряджену частину зі стор магнітного поля.

F=qvb*sina

Якщо на рухому заряджену частину діє одночасно електричне і магнітне поле то сила що діє на частоту дорівнює сумі сил що діють з боку електричного і магнітних полів.

Формула лоренца – F=q(E+vbsina)СИЛА ЛОРЕНЦа є доцентровою якщо частина влітає в магнітне поле перпендикулярно до ліній індукції та вона обертається по колу радіус якого r=mv/qb

Напруженысть магнытного поля і її зв*язок з індукцією та магнітною проникністю середовища.

Напру́женість магні́тного поля — векторна характеристика, яка визначає величину й напрям магнітного поля в даній точці в даний час.

Позначається зазвичай латинською літерою , вимірюється в ерстедах у системі СГСМ і ампер-витках на метр (А·в/м) у системі СІ.

Напруженістю електричного поля називають фізичну векторну величину , що є силовою характеристикою електричного поля в кожній його точці і чисельно дорівнює відношенню сили, з якою поле діє на точковий заряд, поміщений у цю точку, до значення цього заряду. Напрям напруженості збігається з напрямом електричної сили, що діє на пробний позитивний заряд в цій точці:

. F=q*e

Вектор напруженості в будь-якій точці (А, В) електричного поля напрямлений вздовж прямої, що сполучає цю точку і заряд, від заряду, якщо q > 0, і до заряду, якщо q < 0 (рис. 4.1.6).

Із формул (4.1.5) і (4.1.6) знайдемо, що модуль напруженості електричного поля, створюваного точковим електричним зарядом,

F=k*q/Er^2

.                             (4.1.7)

Електричне поле, напруженість якого однакова у всіх точках простору, називають однорідним.

рух зарядів у магнітних полях.

1. Дію магнітного поля на провідник з струмом, тобто існування сили Ампера, голландський вчений Лоренц пояснив тим, що магнітне поле діє на рухомі заряди в провіднику з струмом. Це означає, що сила Ампера є сумою сил, що діють на рухомі заряди (електрони і іони).

Сила з якою магнітне поле діє на один рухомий заряд називається

силою Лоренца. Позначається буквою Fл.

Fл = Fа/N , N — загальна кількість зарядів в провіднику.

Fл = B·I·l·sinб, I = v·noe·S

Fл = B·vesinб, б – кут між B і v

Напрям сили Лоренц також визначають за правилом лівої руки. Якщо ліву руку розмістити так, щоб силові лінії входили в долоню, а чотири пальці спрямовані в напрямку руху заряду якщо він позитивний і проти руху заряду якщо він негативний, тоді відведений великий палець вкаже напрям сили Лоренца .

Сила Лоренца – це сила що діє на одну рухому заряджену частину зі стор магнітного поля.

F=qvb*sina

Якщо на рухому заряджену частину діє одночасно електричне і магнітне поле то сила що діє на частоту дорівнює сумі сил що діють з боку електричного і магнітних полів.

Формула лоренца – F=q(E+vbsina)СИЛА ЛОРЕНЦа є доцентровою якщо частина влітає в магнітне поле перпендикулярно до ліній індукції та вона обертається по колу радіус якого r=mv/qb

сила взаємодії двох паралельних провідників зі струмом.

У 1820 році французький фізик андре ампер встановив що два провідники розташовані паралельно один одному напрямі взаємовідштовхуються. Взаємодія між провідниками зі струмо називається магнітною взаємодією струмів.

F=мю*мю нульове/ 2П* I1I2 L /r – сила взаємодії паралельних струмів.

Де мю, мю0 – магнітна проникність середовища

І 1, І2 – сили струму в провідниках.

Л – довжина провідника

R = відстань між провідниками.

Коливальний рух. Умови виникнення та параметри коливального руху.Закони коливань математичного маятника.

Колива́ння — фізичний процес, під час якого чергуються інтервали збільшення й зменшення фізичної величини.

Коливання можуть мати найрізноманітнішу природу, наприклад, механічні коливання тіл, коливання тиску й температури, сили струму, напруги тощо.

Коливання називаються періодичними, якщо фізичний стан системи повністю повторюється через якийсь певний проміжок часу, що називається періодом.

Коливання, для яких залежність змінної від часу описується синусоподібною кривою, називаються гармонічними. Періодичні коливання із іншою залежністю від часу називаються ангармонічними.

Коливання, які виникають при відхиленні стану фізичної ситеми від рівноважного, називають власними коливанями. Коливання, які виникають внаслідок дії зовнішньої періодичної сили, називають вимушеними коливаннями.

Якщо відхилення фізичної величини від середнього положення в процесі коливань зменшуються в часі, говорять про затухання коливань, а якщо збільшуються — про наростання коливань.

Затухаючі коливання-коливання які, поступово слабнучи, зникають. Амплітуда затухаючих гармонічних коливань зменшується, а частота залишається незмінною.

В більшості фізичних систем коливання виникають при виведенні системи з положення рівноваги. Такі коливання здебільшого розсіюють енергію й затухають з часом. Однак у відкритих дисипативних системах із сталим притоком енергії можуть виникнути коливання, які не затухають, доки не припиниться приплив енергії. Такі коливання називають автоколиваннями.

Як же виникають механічні коливання? Розглянемо рух кулі з отвором, прикріпленої до одного кінця зафіксованої пружини на горизонтально розташованому стержні. Другий кінець пружини закріплений у стіні. Нехай у початковий момент куля перебуває у положенні рівноваги. Розглядатимемо ідеальний випадок, коли в розглянутій системі відсутнє тертя, тобто механічна енергія не зменшується.

Якщо кулю відвести праворуч від положення рівноваги, то пружина розтягнеться. При відпусканні кулі пружина змусить її рухатись до положення рівноваги. Оскільки тертя у системі відсутнє, то куля пройде положення рівноваги і, рухаючись ліворуч, стисне пружину.

Дійшовши до крайнього лівого положення, куля буде рухатись праворуч і повернеться у крайнє праве положення, коли пружина знову стане максимально розтягнутою. У такому випадку куля здійснить одне повне коливання. У подальшому в ідеальній системі (без тертя) такі коливання будуть відбуватись як завгодно довго.

Бачимо, що основною рисою коливань є їх періодичність. Але періодичними є й обертові рухи. На відміну від обертових рухів, які мають для кожної точки колові траєкторії, під час коливальних рухів точка чи тіло рухаються в протилежних напрямах по одній і тій самій траєкторії.

У коливальному русі точка (тіло) проходить всі точки траєкторії руху (окрім двох крайніх) двічі — один раз в одному напрямі, другий - у зворотному.   Максимальне відхилення тіла, що коливається, від положення рівноваги називається амплітудою коливання тіла. Час, протягом якого здійснюється одне повне коливання тіла, називається періодом коливання тіла Т. Основною одиницею періоду коливань є секунда.   Частота коливань f показує, яку кількість коливань тіло здійснює за одиницю часу. Частота коливань вимірюється в одиницях за секунду. Ця одиниця називається герц (Гц) на честь німецького фізика Генріха Герца, який у 1884 р. експериментально довів існування електромагнітних хвиль.

Математи́чний ма́ятник — теоретична модель маятника, в якій матеріальна точка масою m підвішена на невагомому нерозтяжному стержні довжини l і здійснює рух в вертикальній площині під впливом сил тяжіння з прискоренням вільного падіння g.

Модель нехтує розмірами тіла, деформацією підвісу та тертям в точці підвісу стержня. Звичайно розглядаються коливання маятника в одній площині. В загальному випадку, якщо відхилити маятник від положення рівноваги та штовхнути його вбік, рух маятника буде складатися з коливань в вертикальних площинах та руху в горизонтальних.

При малому відхилені математичний маятник здійснює гармонічні коливання. Якщо відхилення велике, то коливання маятника періодичні, але не гармонічні.