Файл: 753.pdf

Рассмотрим контакт двух полупроводников разных типов проводимости (рис. 5.16). За счет теплового движения дырки в полупроводнике р-типа диффундируют в

зарядов, создающий контактную разность потенциалов, будет препятствовать дальнейшей диффузии электронов и дырок через р- n переход.

Если подать на полупроводник р-типа положительный потенциал от источника тока, а на n-типа - отрицательный, то электрическое поле будет перемещать электроны и дырки к области контакта, контактное поле р-n перехода уменьшится, обедненный слой d станет тоньше. Через контакт будет проходить заметный ток. Если подать на полупроводник р-типа отрицательный потенциал, а на n-типа − положительный, то толщина обедненного слоя d увеличится, так как электрическое поле будет оттягивать электроны и дырки от области контакта. При этом сопротивление обедненного слоя значительно возрастает и через контакт будет протекать очень слабый ток, обусловленный наличием в полупроводниках малого числа неосновных носителей, для которых р- n переход будет открытым.

Способность р-n перехода пропускать электрический ток в одном направлении используется в полупроводниковых диодах для выпрямления переменного тока и для детектирования сигнала в приемных устройствах.

Полупроводниковые структуры типа n-p-n и p-n-p называются

биполярными транзисторами. Транзисторы подобно вакуум-

ным диодам способны усиливать электрические сигналы и широко применяются в технике связи, автоматике и компьютерной технике.

101

Вопросы

1.Какие вещества называются полупроводниками?

2.В результате каких процессов образуются носители заряда в чистых полупроводниках?

3.Как влияют примеси на величину электропроводности?

4.Какие примеси нужно вносить в полупроводник, чтобы обеспечить электронную проводимость? Какие примеси нужно вносить, чтобы обеспечить дырочную проводимость?

5.Существуют ли дырки в электронном полупроводнике и на-

оборот − электроны в дырочном полупроводнике? Объясните.

6.Может ли однородный образец полупроводника проводить ток только в одном направлении? Какие устройства обладают таким свойством?

7.Как объяснить существование обратного тока через р-n переход?

Заключение

Причиной изменения электрического поля в диэлектрике является поляризация диэлектрика и, как следствие, возникновение связанных зарядов на его границе. Чем больше диэлектрическая проницаемость вещества, тем больше поверхностная плотность связанных зарядов, тем меньше напряженность поля внутри диэлектрика.

Причиной изменения магнитного поля в магнетике является его намагничивание, которое можно трактовать как возникновение поверхностных токов, создающих собственное магнитное поле. В диамагнетиках индукция магнитного поля несколько меньше индукции поля в вакууме, а в парамагнетиках - несколько больше. Ферромагнетики обладают очень большой магнитной проницаемостью, поэтому магнитная индукция внутри во много раз больше, чем в вакууме. Однако это наблюдается лишь в сравнительно слабых полях. В очень сильных полях магнитная проницаемость близка к единице.

В металлах носителями зарядов являются электроны, потерявшие связь с атомами кристаллической решетки; в электролитах - положительные и отрицательные ионы, образовавшиеся при диссоциации молекул; в газах - ионы и электроны, образовавшиеся при ионизации; в вакууме - электроны, покинувшие поверхность металла вследствие термоэлектронной эмиссии, в полупроводниках

102

- электроны и дырки, образовавшиеся при разрыве ковалентных связей при воздействии света, теплового движения или за счет примесей.

Закон Ома при всех возможных значениях напряженности поля и плотности тока выполняется только для металлов. В электролитах он выполняется вплоть до очень высоких значений напряженности поля E 105 В/м, в газах − до значений плотности тока, существенно меньших, чем плотность тока насыщения, в однородных полупроводниках− тольковслабых полях.

6.ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

6.1.Переменный электрический ток. Генератор переменного тока

Переменный ток - это ток, периодически меняющийся по величине и направлению. Рассмотрим принцип действия генератора переменного тока на примере вращения рамки из проводника в

однородноммагнитномполе (рис. 6.1). Пусть рамка имеет площадь S и пер-

воначально расположена в однородном магнитном поле так, что нормаль к плоскости рамки составляет уголr α=0 с направлением вектораиндукции B .

При вращении рамки с угловой скоростью ω угол α изменяется по законуα =ωt , a магнитный поток Ф, прони-

Изменения магнитного потока возбуждают в рамке ЭДС индукции, согласно закону электромагнитной индукции, равную производной от потока по времени (строчными буквами мы будем обозначать мгновенные значения):

e = − ddtФ = − dtd (BS(cosωt ))=ωBS sinωt .

Последнее выражение можно переписать в виде: e =E m sinωt , где E m =ωBS − амплитуда ЭДС индукции.

С помощью контактных колец и скользящих по ним щеток концы рамки соединяют с электрической цепью, в которой под

103

действием ЭДС индукции, изменяющейся со временем по гармоническому закону, возникнет переменный ток такой же частоты. Напряжение на выходных зажимах генератора несколько меньше ЭДС (на величину напряжения на внутреннем сопротивлении − см. раздел 2.2): и также изменяется по гармоническому закону и=Umsin(ωt). Мгновенное значение силы тока в цепи будет равно: i = Im sin (ωt +ϕ), где Im, - амплитуда колебаний тока, ϕ

- разность фаз между колебаниями тока и напряжения. Амплитуда тока и разность фаз зависят от характера сопротивления цепи.

Вопросы

1.Какое явление вызывает возникновение во вращающейся рамке переменной ЭДС?

2.Как должна вращаться рамка, чтобы ЭДС изменялась по гармоническому закону?

3.От чего зависит амплитуда ЭДС?

6.2.Активное, емкостное, индуктивное сопротивление

Активным называется сопротивление, в котором выделяется

энергия тока. Таким сопротивлением обладает обычный проводник – резистор. Пусть через резистор (рис. 6.2), подключенный к генератору переменного тока (изображен символом ), протекает ток, изменяющийся по закону i = Im sinωt . Применим к участку

цепи 1,2 закон Ома для мгновенных значений тока и напряжения

одинаковой фазе

104

105