Действия полупроводников, усилителей, цифровых и преобразовательных устройств, логических схем

Физические основы промышленной электроники.

Электроника- это область науки и техники, которая охватывает вопросы изучений электронных и ионных процессов в средах и в границах сред.

Электроника делится:

Физическая. Теоретические вопросы разработки электрических приборов, процессов. Получение и преобразование электрической энергии при помощи электроники и вопросы воздействия электрических и ионных лучей на вещества.

Техническая. Практика применения электрических устройств в различных областях человеческой деятельности.

Промышленная электроника – это раздел технической электроники, изучающий разработку промышленное применение.

Промышленная электроника делится на три раздела:

1.  Информационная электроника, связана с вопросами применения электрических устройств, сбор, хранение и обработка информации с помощью электрических устройств.

2.  Энергетическая электроника, связана с вопросами применения электрической энергии при помощи электрических приборов в другие виды энергии и наоборот. Преобразование одного вида электрической энергии в другие виды энергии.

3.  Технологическая электроника, занимается изучением воздействия электронных и ионных пучков на различные вещества, сюда относится электросепарация, электросварка, термообработка.

Отличительные способности электрических устройств.

1.  Высокое быстродействие.

2.  Малые габариты.

3.  Повышенная надежность.

Перспективы развития.

1.  Электрические устройства будут развиваться в направлении микроминиатюризации.

2.  В направлении снижения шумов.

3.  Повышение надежности устройств.

Цели изучения промышленной электроники.

1.  Формирование знаний, по принципу действия полупроводников, усилителей, цифровых и преобразовательных устройств, логических схем.

2.  Изучение методов эскизного расчета.

3.  Изучение особенностей применения электрических устройств в электротехнических установках.

Задачи изучения.

1.  Выработка умения оценить эффективность применения электрической установки.

2.  Эскизно определить параметры этой электронной установки.

3.  Квалифицированное формулирование задания на разработку.

4.  Оценить совместимость устройства с уже действующими.

5.  Выработка четких представлений о принципах действия электрических устройств и осуществление наладки технических устройств.

1. Полупроводниковые приборы.

1.1. Электропроводность полупроводниковых приборов

1.2. Энергетическая  диаграмма группы атомов.

Рис 1. Группа атомов, энергетическая диаграмма.

Электроны атома обладают определенными значениями энергии или находиться на определенных разрешенных энергетических уровнях.

При взаимодействии атомов друг с другом размещенные уровни энергии электронов соседних атомов смещаются, образуя близко расположенные смещенные уровни – подуровни.

Подуровни образуют зоны разрешенных уровней энергии, которые отделены друг от друга запрещенными зонами.

Рис.2. Энергетическая диаграмма группы атомов

1.3. Энергетическая диаграмма чистых материалов

          На электропроводность твердого тела оказывает существенное влияние расположение двух соседних зон разрешенных уровней энергии в верхней части диаграммы. В зависимости от электронной структуры атома и строения кристаллической решетки между соседними зонами разрешенных уровней энергии либо может сохранится запрещенная зона, либо ее может и не быть.

1.3.1.Проводники.

В. З. – валентная зона.

З. П. – зона проводимости.

Зона проводимости – зона, где электроны способны проносить электрический ток.

Валентная зона – зона характеризующая энергетический уровень валентных электронов

Рис 3. Энергетическая диаграмма проводников.

1.3.2. Полупроводники.

Валентная зона от зоны проводимости отделена большой запрещенной зоной.

Запрещенная зона затрудняет переход из валентной зоны в зону проводимости, что приводит к уменьшению числа свободных электронов в полупроводнике, по сравнению с металлом, и уменьшению проводимости.

Рис.4. Энергетическая диаграмма полупроводников.

1.3.3. Диэлектрик.

У диэлектрика очень широкая запрещенная зона. В связи с этим проводимость диэлектриков мала.

DWп.п. < DWд.

Рис.5. Энергетическая диаграмма диэлектриков.

1.4. Проводимость полупроводников.

1.4.1. Проводимость чистых полупроводниковых материалов.

Диэлектрик 400°-600°

T°=0°    T°= 60°-80° , дырка.

Электроны переходят в З.П., а в В.З. остаются дырки.

N: P

Термогенерация - это образование дырок и электронов при различных температурах, при этом Nn=Np.

Рис.6. Энергетическая диаграмма.

Заряды, возникающие в результате термогенерации, называются зарядами собственными.

Обратный процесс- рекомбинация .

1.4.2 Проводимость примесных полупроводников.

Различают два вида:

1.Электронная проводимость («n» типа)

Предположим, что в кристаллы германия (валентность 4) вводим сурьму (валентность 5).

Необходимо чтобы валентность была больше.

Число электронов зависит от числа примесных атомов.