Элeктрондық құрылғылардың элементтік негіздері


Қазіргі кезде өнеркәсіптік электроникада негізінен шала өткізгіштен жасалған аспаптар мен құрылғылар қолданылады. Мұның себебі вакуумдық құрылғыларға қарағанда шала өткізгіштен жасалған аспаптардың габариті әлдеқайда кіші, сенімділігі жоғары, энергияны аз жұмсайды және арзан. Сондықтан бұл тарауда шала өткізгіштен жасалған аспаптар мен қарапайым құрылғылар ғана қарастырылады.
Шала өткізгіштердің электр өткізгіштігі және олардың түрлері
Атомдарда электрондардың белгілі-бір энергетикалық деңгейлерде ядроны айнала қозғалып жүретіні белгілі. Ең сыртқы энергетикалық деңгейдегі валенттік электрондар деп аталатын электрондар ядромен және өзінің атомымен әлсіз байланыста болады. Атомдар кристалл түзген кезде осы валенттік электрондар көршілес атомдардың әсерінен ығысып, оларға ортақ энергетикалық деңгейлерді қамтитын энергетикалық аймақтарда қозғалып жүреді. Ал атом сырттан энергия қабылдаса, онда валенттік электрондардың энергиясы артып, атомдарға ортақ аймақтағы жоғарғы энергетикалық деңгейлерге өтеді. Бұл кезде заряд тасымалданады, яғни денеде электр тогы жүреді.
Кристалда атомдардың валенттік электрондары жүретін энергетикалық деңгейлерді қамтитын аймақты валенттік аймақ деп атайды.
Қозған валенттік электрондардың жаңа энергетикалық деңгейлерін қамтитын аймақты өткізгіштік аймақ деп атайды. Өткізгіштік және валенттік аймақтардың арасында атомдардың өзара әсеріне және электронның өз атомымен әрекеттесуіне байланысты электрондар жүре алмайтын энергетикалық деңгейлер пайда болады. Осы элекрондар жүре алмайтын энергетикалық деңгейлерді қамтитын аймақты тыйым салынған аймақ деп атайды. Әртүрлі материалдар үшін тыйым салынған аймақтың энергетикалық ені де әртүрлі болады. Мысалы, металдарда валенттік аймақ пен өткізгіштік аймақ түйісіп жатады, яғни тыйым салынған аймақ болмайды. Сондықтан металл атомындағы валенттік электрондар электр өрісінің әсерінен өткізгіштік аймаққа өтіп немесе тіпті өз атомын тастап басқа атомдардың энергетикалық деңгейлеріне өтіп электр тогын түзеді.

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Материал
Көлемі: 12 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 400 теңге




ЭЛEKТРОНДЫҚ ҚҰРЫЛҒЫЛАРДЫҢ ЭЛЕМЕНТТІК НЕГІЗДЕРІ
Қазіргі кезде өнеркәсіптік электроникада негізінен шала өткізгіштен
жасалған аспаптар мен құрылғылар қолданылады. Мұның себебі вакуумдық
құрылғыларға қарағанда шала өткізгіштен жасалған аспаптардың габариті
әлдеқайда кіші, сенімділігі жоғары, энергияны аз жұмсайды және арзан.
Сондықтан бұл тарауда шала өткізгіштен жасалған аспаптар мен қарапайым
құрылғылар ғана қарастырылады.
Шала өткізгіштердің электр өткізгіштігі және олардың түрлері
Атомдарда электрондардың белгілі-бір энергетикалық деңгейлерде ядроны
айнала қозғалып жүретіні белгілі. Ең сыртқы энергетикалық деңгейдегі
валенттік электрондар деп аталатын электрондар ядромен және өзінің атомымен
әлсіз байланыста болады. Атомдар кристалл түзген кезде осы валенттік
электрондар көршілес атомдардың әсерінен ығысып, оларға ортақ энергетикалық
деңгейлерді қамтитын энергетикалық аймақтарда қозғалып жүреді. Ал атом
сырттан энергия қабылдаса, онда валенттік электрондардың энергиясы артып,
атомдарға ортақ аймақтағы жоғарғы энергетикалық деңгейлерге өтеді. Бұл
кезде заряд тасымалданады, яғни денеде электр тогы жүреді.
Кристалда атомдардың валенттік электрондары жүретін энергетикалық
деңгейлерді қамтитын аймақты валенттік аймақ деп атайды.
______________________ __________ __________ __________
____Өткізгіштік________ __________ __________ __________
______аймақ___________ __________ __________
__________
Тыйым салынған аймақ __________ W3эВ
__________ __________ W3эВ
______________________ __________ __________
______________________ __________ __________ __________
____Валенттік__________ __________ __________ __________
_____аймақ____________ __________ __________ __________
а) б) в) г)

1-сурет. Заттардағы энергетикалық аймақтар сұлбасы: а-атаулары; б-металдар;
в-шала өткізгіштер; г-диэлектриктер.
Қозған валенттік электрондардың жаңа энергетикалық деңгейлерін қамтитын
аймақты өткізгіштік аймақ деп атайды. Өткізгіштік және валенттік
аймақтардың арасында атомдардың өзара әсеріне және электронның өз атомымен
әрекеттесуіне байланысты электрондар жүре алмайтын энергетикалық деңгейлер
пайда болады. Осы элекрондар жүре алмайтын энергетикалық деңгейлерді
қамтитын аймақты тыйым салынған аймақ деп атайды. Әртүрлі материалдар үшін
тыйым салынған аймақтың энергетикалық ені де әртүрлі болады. Мысалы,
металдарда валенттік аймақ пен өткізгіштік аймақ түйісіп жатады, яғни тыйым
салынған аймақ болмайды. Сондықтан металл атомындағы валенттік электрондар
электр өрісінің әсерінен өткізгіштік аймаққа өтіп немесе тіпті өз атомын
тастап басқа атомдардың энергетикалық деңгейлеріне өтіп электр тогын
түзеді.
Диэлектриктерде тыйым салынған аймақтың энергетикалық ені өте үлкен. Мұндай
енді энергетикалық аймақты секіріп өту үшін электронға үлкен энергия жұмсау
керек. Осы себепті де диэлектрик материал тесілгенге дейін онымен электр
зарядының тасымалдануы болмайды, яғни ток жүрмейді.
Шала өткізгіштерде тыйым салынған аймақтың ені диэлектриктерге қарағанда
қысқа болады: мысалы, германийде (Ge) 0,72 эВ те, силицийде (Si) 1,12 эВ.
Сондықтан электр өрісінің, жылудың, жарықтың немесе басқа бір энергия
көзінің әсерінен қозған электрон валенттік аймақтан өткізгіштік аймаққа
оңай өтіп электр тогын тудырады Валенттік аймақта, кеткен электронның
орнында, бос энергетикалық деңгей қалады. Бұл бос энергетикалық деңгейге
көршілес атомның электроны келіп орналасуы мүмкін. Сонымен, әуелі заряд
тасымалдаушы қос бөлшек пайда болады: оның бірі өткізгіштік аймақтағы
электрон болса, екіншісі валенттік аймақта пайда болатын кемтік деп
аталатын бос энергетикалық деңгей. Бір кемтік электронмен толғанда, осы
электрон кеткен жерде екінші кемтік пайда болады т.с.с. Ендеше кемтіктердің
толу бағыты электрондардың жүру бағытына қарама-қарсы болғандықтан кемтікті
оң зарядты бөлшек және ол қозғалып отырады деп есептеуге болады.

2-сурет. Таза (а), n-Түрлі (б) және р-түрлі (в) шала өткізгіштердің
энергетикалық аймақтары мен заряд тасымалдаушылардың пайда болу сұлбалары.

Шала өткізгіштерде электрон-кемтік заряд тасымалдаушы қос бөлшектің пайда
болуымен түзілетін электр өткізгіштікті өзіндік электр өткізгіштік деп
атайды. Егер өткізгіштік аймақтағы электрон өз орнына қайтып келсе, онда
кемтік жойылады да, заряд тасымалдаушы электрон-кемтік қос бөлшегі де
жойылады. Егер заряд тасымалдаушы электрон-кемтік қос бөлшегінің пайда
болуын олардың генерациясы деп атаса, ал электронның кемтікті толтырып,
осының салдарынан электрон-кемтік қос бөлшегінің жойылуын олардың
рекомбинациясы деп атайды. Электрон-кемтік қос бөлшектің пайда болу және
жойылу мөлшері температураға байланысты: температура өскен сайын шала
өткізгіштердің электр өткізгіштігі артады. Бірақ таза шала өткізгіштерде
пайда болатын және жойылып отыратын электрон-кемтік қос бөлшектерінің саны
өзара тең болатындыктан заряд тасымалдаушылардың саны көбеймейді. Сондықтан
таза шала өткізгіштердің электр өткізгіштігі өте төмен, тіпті
диэлектриктерге жақын болады. Ал, егер шала өткізгіштердің құрамында қоспа
түрінде енген басқа элементтердің атомдары болса, онда олардың электр
өткізгіштігі күрт өзгереді.
Шала өткізгіш элементтер (силиций, германий, селен, т.б.) негізінен төрт
валентті. Міне осындай төрт валентті элементтердің кристалдық
торшілтерінде, мысалы силицийдің, бес валентті элементтің, мысалы
арсенийдің (As), атомы болса, онда арсенийдің төрт валенттік электроны
силицийдің төрт валенттік электронымен коваленттік байланыста болады да, ал
бір электроны бос қалады. Осы байланыссыз қалған бос элекрон қозатын болса,
онда ол өткізгіштік аймаққа өтеді де, арсенийдің атомы оң зарядты ионға
айналады. Ион қозғалып жүре алмайды, өйткені ол кристалдық торшілтердің
түйіндерінде орналасқан және арсенийдің басқа атомдарымен электронмен
алмаса да алмайды, өйткені олар бір-бірінен қашық орналасқан. Сондықтан
мұндай шала өткізгіште электр өткізгіштік электрондар арқылы
түзілетіндіктен оларды электронды электр өткізгішті шала өткізгіштер деп
атайды. Бес валентгі қоспа элеметтің артық электронының энергетикалық
деңгейі өткізгіштік аймаққа жақын орналасқандықтан олар өткізгіштік аймаққа
оңай өтіп отырады. Мұндай артық электронды қоспаларды донорлар (donare-
сыйлау деген латын сөзі) немесе донорлық қоспалар деп атайды. Шала өткізгіш
ондағы электр өткізгіштік электрондар арқылы түзілетіндіктен n-түрлі
(negativus – теріс деген латын сөзінің бірінші әрпі) шала өткізгіш деп
атайды.
Енді төрт валентті силицийдің кристалдық торшілтерінде үш валентті индийдің
(Іn) атомы бар екен делік. Мұнда силиций атомның үш валенттік электроны
индийдің үш валенттік электронымен коваленітік байланыста болады, ал қалған
бір электроны үшін кемтік пайда болады. Ол кемтікті басқа атомның электроны
толтыруы мүмкін, бірақ оның кеткен жерінде тағы да кемтік келіп туады.
Сөйтіп шала өткізгіште оң зарядты кемтік жүріп отыратын электр өткізгіштік,
яғни кемтікті өткізгіштік пайда болады. Мұндай шала өткізгішті р-түрлі
(латынша positivus- оң деген сөздің бірінші әрпі) шала өткізгіш деп атайды.
р-түрлі шала өткізгіштегі кемтік орналасқан энергетикалық деңгейлер
валенттік аймақтың сыртында болатындықтан кемтікті энергетикалық деңгейге
негізінен валенттік электрондар өтіп отырады. Мұнда қоспа элементті
акцептор (acceptor – қабылдаушы деген латын сөзі) немесе акцепторлық қоспа
деп атайды.
Сонымен, қоспалы шала өткізгіштерде заряд тасымалдаушы негізгі бөлшектер
электрондар мен кемтіктер болып табылады.

Шала өткшішті диодтар
Бір р-n өтпесінен тұратын және екі шықпасы (сыртқы тізбекпен жалғанатын екі
ұшы) бар аспап шала өткізгішті диод деп аталады. Жұмыс істеу тәртібіне және
атқаратын міндетіне қарай шала өткізгішті диодтар әртүрлі болады. Ең көп
тараған диодтар түзеткіштік диод, стабилитрон, варикап, фотодиод, жарық
диоды.
ТҮЗЕТКІШТІК ДИОД. Түзеткіштік диодтар айнымалы токты тұрақты токқа
түрлендіру үшін, яғни айнымалы токтан тұрақты ток алу үшін қолданылады.
Бұл р-n өтпесінің вентильдік қасиетіне негізделген.
Түзеткіштік диодтар төмен және жоғары жиілікті, импульсті, әлсіз және
қуатты токтарды түзету үшін қолданылатындықтан олардың конструкцисясы,
әсіресе р-n өтпесінің конструкциясы мен бөгеттік қабатың ауданының шамасы
әртүрлі болады. Түзеткіштік диодтарды силицийден және германийдан жасайды.
Силицийден жасалған диодтар 150°... 200°С дейінгі, ал германийдан жасалған
диодтар 85°...100°С дейінгі температурада жұмыс істей алады.

3-сурет. Түзеткіштік диодтың волть – амперлік сипаттамасы мен
графикалық шартты белгісі.
Түзеткіштік диодтардың иегізгі сипаттамасы - вольт-амперлік сипаттама. Оның
р-n өтпесінің вольт-амперлік сипаттамасынан ешқандай айырмашылығы жоқ. Тек
түзеткіштік диодтар вольт-амперлік сипаттаманын тура бұтағында ғана жұмыс
істейді.
Түзеткіштік диодтардың негізгі параметрлері: рауалы (өткізуге болатын) тура
тогы Іт, рауалы максимал кері ... жалғасы
Ұқсас жұмыстар
Сандық құрылғылардың математикалық негіздері
Электрондық және өлшеу техникасының негіздері
Сандық құрылғылардың базалық логикасы
Дербес ЭЕМ-нің элементтік базасы
Электрондық оқу құралын жасақтаудың теориялық негіздері
Дербес эем-нің элементтік базасы туралы
Жағушы құрылғылардың топтасуы (классификациясы)
Дербес ЭЕМ. Дербес ЭЕМ-нің элементтік базасы
Метрология басы, құрылғылардың класстары
Электрондық оқулық
Пәндер

Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор №1 болып табылады.

Байланыс

Qazaqstan
Phone: 777 614 50 20
WhatsApp: 777 614 50 20
Email: info@stud.kz
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь