Электропроводность полупроводников

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

ЛЕКЦИЯ 10

Напряжениях и токах

Мощность электрической цепи при несинусоидальных

Активная мощность Р определяется как средняя арифметическая величина из произведений мгновенных значений тока и напряжения:

Р = 1/T∫uidt = 1/T∫U ₀ I ₀ dt + ∑u_ki_k sin(k ω t)sin k ω t ± φ _k)dt = U ₀ I ₀ +

+∑(U_{k mах} I_{k mах} / 2)cosφ _k = U ₀ I ₀∑ U_kI_k cosφ _k = P ₀ + ∑ P_k

Таким образом, активная или средняя мощность электрической цепи при несинусоидальных напряжениях и токах равна сумме средних значений мощности от каждой гармонической составляющей напряжения и тока.

Реактивная мощность Q определяется по аналогии с активной с учетом того, что реактивная мощность от постоянных составляющих тока и напряжения равна нулю.

Q = ∑ U_kI_k sinφ _k = ∑ Q_k

Полная мощность S определяется как произведение действующих значений тока I и U напряжения: S = UI

Электроника – это наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и о методах создания электронных приборов и устройств, используемых для передачи, обработки и хранения информации.

Возникла в начале 20 века.

Первоначально появилась вакуумная электроника, на основе которой были созданы вакуумные приборы и устройства (в 1904 г Д Флеминг - вакуумный диод, а в 1906 году Ли де Форест – вакуумный триод). В 1945 году на базе вакуумной технике создается первая ЭВМ ЭНИАК массой 30 тонн, потреблением энергии 140 кВт, работала на тактовой частоте 100кГц, использовала 18 000 ламп, 70 000 резисторов, 10 000 конденсаторов и 7500 реле и ключей.

С начала 50 – х годов интенсивно развивается твердотельная электроника (прежде всего полупроводниковая);

С начала 60 годов появляется одно из самых перспективных направлений электроники – микроэлектроника.

После создания квантового генератора началось развитие квантовой электроники.

Электронные приборы и устройства используются в аппаратуре связи, автоматики, вычислительной техники, измерительной технике и т. д.

Полупроводниками называются материалы, занимающие промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

Особенностью металлических проводников является наличие свободных электронов – носителей электрических зарядов.
В диэлектриках свободных электронов нет и поэтому они не проводят тока.
В отличие от проводников полупроводники имеют не только электронную, но и «дырочную» проводимости, которые в сильной степени зависят от температуры, освещенности, сжатия, электрического поля и других факторов.

Химическую связь двух соседних атомов с образованием на одной орбите общей пары электронов называют ковалентной или парноэлектронной.
Например, германий принадлежит к элементам четвертой группы периодической системы элементов Менделеева и имеет на внешней орбите четыре валентных электрона. Каждый атом в кристалле германия образует ковалентные связи с четырьмя соседними атомами.
При отсутствии примесей и температуре, близкой к абсолютному нулю, все валентные электроны атомов в кристалле германия взаимно связаны и свободных электронов нет, так что германий не обладает проводимостью.

При повышении температуры или при облучении увеличивается энергия электронов, что приводит к частичному нарушению ковалентных связей и появлению свободных электронов. Уже при комнатной температуре под действием внешнего электрического поля свободные электроны перемещаются и в кристалле возникает электрический ток.
Электропроводность, обусловленная перемещением свободных электронов, называется электронной проводимостью полупроводника,
или n - проводимостью.
При появлении свободных электронов в ковалентных связях образуется свободное не заполненное электроном (вакантное) место - «электронная дырка».Так как дырка возникла в месте отрыва электрона от атома, то в области ее образования возникает избыточный положительный заряд.

При наличии дырки какой-либо из электронов соседних связей может занять место дырки и нормальная ковалентная связь в этом месте восстановится, но будет нарушена в том месте, откуда ушел электрон. Новую дырку может занять еще какой-нибудь электрон и т. д.
Под действием внешнего электрического поля дырки перемещаются в направлении сил поля, т. е. противоположно перемещению электронов.