Электроника в вопросах и ответах - И. Хабловски

В кристаллической решетке сохраняется ион с положительным зарядом. Следует подчеркнуть, что этот положительный ион в полупроводнике типа n неподвижный, а следовательно, не участвует в протекании тока в отличие от дырок, возникающих при собственной проводимости. В зонной модели полупроводника типа n (рис. 1.8, б) введение донорной примеси вызывает возникновение дополнительного энергетического уровня между зоной проводимости и валентной зоной.

Рис. 1.8. Плоская (а) и зонная (б) модели кристаллической решетки полупроводника типа n

Разность энергий между дополнительным уровнем и зоной проводимости настолько мала (для кремниевого полупроводника она составляет около 0,05 эВ), что электрон может легко перейти с этого дополнительного уровня в зону проводимости. Положительный ион, образовавшийся при отрыве электрона от атома примеси, остается фиксированным. Очевидно, что в полупроводнике типа n имеются также дырки, возникшие в процессе образования пар электрон — дырка при собственной проводимости, однако их значительно меньше, чем электронов, возникающих в основном за счет введения примеси. Дырки, существующие в полупроводнике типа n, называются неосновными, а электроны — основными носителями.

Что такое полупроводник типа р?

В полупроводнике типа р в качестве примесей — акцепторов используются атомы элементов, имеющие на внешней оболочке на один электрон меньше, чем кремний и германий, например индий. В кристаллической решетке (рис. 1.9, а) вблизи такого атома в одном из узлов отсутствует одни электрон и возникает дырка, которая заполняется электроном соседнего атома. В результате атом становится неподвижным отрицательным ионом, а дырка может перемещаться далее. Таким образом, в полупроводнике типа р носителями являются подвижные дырки, в то время как отрицательные ионы не принимают участия в прохождении тока.

В зонной модели полупроводника типа р (рис. 1.9, б) введение акцепторной примеси вызывает появление дополнительного энергетического уровня вблизи валентной зоны. Отрицательные ионы остаются неподвижными в узлах решетки.

Рис. 1.9. Плоская (а) и зоновая (б) модели кристаллической решетки полупроводника типа р

Для полупроводника типа р характерна проводимость на основе движения дырок как основных носителей в валентной зоне. Очевидно, что в полупроводнике типа р имеются также электроны, возникшие в процессе образования пар электрон — дырка при собственной проводимости, однако их значительно меньше, чем дырок, образующихся за счет введения примесей. Существующие в полупроводнике типа р электроны называются неосновными, а дырки — основными носителями заряда.

Что такое термоэлектронная эмиссия?

Это эмиссия электронов из твердого (металл, полупроводник) либо жидкого тела (ртуть), вызванная нагревом его до высокой, температуры, которая сообщает электронам энергию, необходимую для того, чтобы они могли покинуть тело и перейти в окружающее пространство — вакуум или газ.

Термоэлектронная эмиссия используется в электронных лампах для получения электронов, создающих электрический ток между электродами лампы.

Что такое фотоэмиссия и фотопроводимость?

Это так называемые фотоэлектрические эффекты: внешний (фотоэмиссия) и внутренний (фотопроводимость). Фотоэмиссия — эмиссия электронов из твердого тела (металла, полупроводника) под воздействием энергии излучения, например видимого света или инфракрасного излучения. Число эмиттированных электронов зависит от интенсивности излучения.

Фотопроводимость обусловливается увеличением электрической проводимости под влиянием лучистой энергии, вызывающей ионизацию атомов в данном теле, в результате чего возрастает число свободных электронов, возникающих в теле.

Фотоэмиссия и фотопроводимость используются в передающих электронно-лучевых трубках, находящихся в телевизионных камерах.

Исчерпываются ли возможности получения свободных электронов термоэмиссией и фотоэмиссией?

Нет. Свободные электроны можно получить и под влиянием сильного электрического поля (автоэлектронная эмиссия), и под влиянием энергии потока электронов твердого тела, это так называемая вторичная эмиссия.

Что такое явление ионизации в газах?

Ионизацией называется процесс разделения атома (или частицы) на электрон и положительный ион. Для электроники представляет интерес ионизация газа, находящегося в электрическом поле. В этом случае свободные электроны перемещаются в направлении положительного электрода (рис. 1.10), и если они обладают соответствующей энергией (напряженность электрического поля соответственно велика), то в результате их соударений с атомами газа снова возникают свободные электроны и положительные ионы, которые при своем движении могут снова выбивать электроны и т. д. Здесь имеет место лавинная ионизация, возникающая под действием сильного электрического поля.

Рис. 1.10. Лавинная ионизация газа

Процесс ионизации характеризуется резким увеличением числа носителей заряда (электронов и ионов), в результате чего проводимость между электродами в лампе резко увеличивается. Одновременно с процессом ионизации в большей или меньшей степени происходит обратный процесс, называемый деионизацией или рекомбинацией, который заключается в соединении ионов с электронами.

Ионизации сопутствует свечение газа, причем цветность свечения зависит от вида газа, а яркость — от напряженности электрического поля.

Какие токи существуют в электронике и как они используются?

В электронике, как и в электротехнике, используют постоянный и переменный ток (рис. 1.11). Постоянным называется ток, который не изменяется во времени. Переменный ток изменяется как по значению, так и по направлению, причем эти изменения могут иметь разную скорость. Переменный ток может быть регулярным (синусоидальным) и нерегулярным (соответствующим человеческой речи). Наипростейшей формой переменного тока является синусоидальное колебание.

Pис. 1.11. Примеры формы токов:

а — постоянный: б — переменный синусоидальный медленно и быстро изменяющийся; в — непериодический

В электронике постоянный ток чаще всего играет вспомогательную, но важную роль. Без источников постоянного тока не могло бы работать ни одно электронное устройство, так как и лампы, и транзисторы требуют питания постоянным током. Основной задачей электронных устройств является перенос и преобразование некоторой информации (сигналов звука, изображения, изменения некоторых физических величин и т. д.). В общем случае все эти сигналы переменные и могут быть представлены только переменными токами. При таком подходе постоянный ток можно считать лишь частным (предельным) случаем переменного. Большое значение в электронике имеют токи, которые резко меняются за относительно короткое время. Это — импульсные токи (колебания).

В каких единицах измеряется ток?

Ток измеряется в амперах [А]. В электронике часто пользуются в тысячу раз меньшей единицей — миллиампером [мА]. Токи, протекающие в транзисторных цепях, обычно имеют порядок нескольких сотен миллиампер. В мощных каскадах наблюдаются большие токи (единицы и сотни ампер).

В каких единицах измеряется напряжение?

Напряжение, определяющее разность потенциалов (чаще всего относительно «земли» или массы), измеряется в единицах, называемых вольтами [В]. В электронике часто пользуются в тысячу раз меньшей единицей — милливольтом [мВ] и в миллион раз меньшей единицей — микровольтом [мкВ]. В транзисторных устройствах обычно имеют дело с постоянными напряжениями от нескольких до 10–20 В и переменными напряжениями от милливольт до 10–20 В.

В каких единицах измеряется электрическое сопротивление?

Электрическое сопротивление, измеряется в омах [Ом). Один ом — это сопротивление цепи, в которой протекает ток в один ампер при напряжении, равном одному вольту. В электронике часто пользуются в тысячу раз большей единицей — килоомом [кОм] и в миллион раз большей единицей — мегаомом [МОм].