Электронные приборы (активные элементы цепей), страница 2

Это основной тип усилительной лампы. Для устранения динатронного эффекта в лампу добавили ещё одну сетку – защитную или антидинатронную. Рис. 5.4б. Её обычно соединяют с катодом (прямо внутри лампы). Распределение потенциала в лампе получилось очень сложным. Наличие двух дополнительных сеток привело к значительному уменьшению «проходной» ёмкости ( пф) и к дополнительному уменьшению влияния анодного напряжения на анодный ток. Типичный вид выходных характеристик пентода выглядит так, как изображено на рис. 5.4а. Выходное сопротивление возросло и стало порядка 1 мом. Вид проходных характеристик изменился мало. Статическую крутизну пентодов довели до значений порядка 20 ма/в. По-прежнему коэффициент усиления , но теперь , т.к. обычно . Реальные схемы мы рассмотрим позже в разделе усилители.

5.2. Полупроводники.

Чаще всего для создания полупроводниковых приборов используются кремний (Si) и германий (Ge). Я не собираюсь подробно излагать здесь физику полупроводников (будем сокращённо писать пп), а только напомню терминологию и отмечу некоторые особенности, существенные для понимания работы пп приборов. Начнём с самых общих особенностей пп, которые и отличают их от других веществ, от металлических проводников и от диэлектриков.

1. Само название пп указывает их место среди названных веществ по проводимости  (сименс/м) или сопротивлению. Удельное сопротивление  (омм) составляет: металлы, проводники -  (Cu,Ag,Al,Au ~  ); пп - ом·см);  диэлектрики - . Огромный диапазон изменения сопротивлений пп.

2. Очень резкая зависимость электрических параметров пп от температуры. Причём с ростом температуры, сопротивление уменьшается, в отличие от металлов.

3. Резкая зависимость концентрации носителей и сопротивления от примесей. С ростом концентрации примесей сопротивление убывает. У металлов обычно наоборот.

5.2.1. Зонная теория.

Энергетические уровни электронов в атоме квантованы. При этом, чем сложнее атомная система, тем сложнее и система уровней. В твёрдых телах, а особенно в кристаллах, энергетические уровни электронов за счёт взаимодействия атомов образуют энергетические зоны, в которых уровни есть, и зоны, в которых уровней нет – запрещённые зоны. Зон может быть много, но нас интересуют только две самые верхние. Их называют валентная зона и зона проводимости. Уровни заполняются электронами снизу. Максимальную энергию (или потенциал , где  - заряд электрона), которую могут иметь электроны при температуре , называют энергией или уровнем Ферми.

На рис. 5.5 изображена ситуация типичная для металлов. Уровень Ферми находится в зоне проводимости. Валентная зона заполнена целиком, зона проводимости частично. В разрешённых зонах уровни идут очень часто с интервалом  эл. вольта, в то время как тепловая энергия электронов при комнатных температурах () составляет 0,026 эл. вольта. Поэтому, хотя уровни и квантованы, но они расположены так часто, что электрон легко переходит с одного уровня на другой, если выше есть свободные уровни. Он фактически ведёт себя как свободный. Если электрон начинает двигаться под действием электрического поля, то его энергия увеличивается, и он должен переходить на более высокие свободные уровни.

С точки зрения зонной теории различие между металлами (проводниками) и пп следующее. В металлах уровень Ферми находится в зоне проводимости, заполненной частично. Число электронов в зоне проводимости (~10²³ см ^–3 ) огромно. Они и образуют «электронный» газ, как бы свободные носители, очень слабо связанные с решёткой. За счёт этих электронов и обеспечивается чрезвычайно высокая проводимость металлов.

В типичных полупроводниках (идеальный кристалл) уровень Ферми расположен приблизительно в середине запрещённой зоны, ширина которой значительна по сравнению с тепловой энергией при комнатных температурах (0,7 эл. вольта для Ge и 1,1 – для Si). Зона проводимости в идеальном кристалле пп при пуста, валентная зона заполнена целиком. Кристалл ведёт себя как диэлектрик. Свободных носителей нет. Рис. 5.6. С повышением температуры часть наиболее энергичных электронов из валентной зоны переходит в зону проводимости, обеспечивая некоторую электронную проводимость. При комнатных температурах концентрация таких электронов в зоне проводимости, «собственная» концентрация , составляет уже 10¹⁰ см ^–3 для  Si  и  10¹³ – для  Ge.