Фотоэлектрондық құралдар

I КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
II Негізгі бөлім ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...5
1 ЭЛЕКТРОНДЫҚ ТЕОРИЯ НЕГІЗДЕРІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...5
1.1 Электрондық теория туралы түсінік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .5
1.2 Фотоэлектрондық автоматика ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...12
2 ФОТОЭЛЕТРОНДЫҚ ҚҰРАЛДАР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...13
2.1 Фотоэлектрондық көбейткіш ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...14
2.2 Люменесценттік камера ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...15
2.3 Фотоэлемент ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .16
III ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..17
IV ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18

Бүгінгі таңда электрондық өнеркәсіп техникалык мәліметтері, конструкциясы, үлкен-кішілігі, атқаратын қызметі жағынан бір-бірінен айырмашылығы көп сан түрлі электрондық, иондық, шала өткізгіштік приборлар шығарады. Олардың кез келгені жұмысының негізіне физикалық процестер мен құбылыстар алынады. Төменде солардың ең көп таралған түрлерімен, олардың техникада және ғылымда қолданылуымен жүйелі түрде танысайық.
Фотоэлектрондық құралдар — оптикалық ауқымдағы электромагниттік сәулеленудің энергиясын электр энергиясына түрлендіретін немесе көрінбейтін (мысалы, инфрақызыл) сәулелердегі кескіндерді көрінетін кескіндерге түрлендіретін электровакуумдық немесе шалаөткізгіш аспаптар. Фотоэлектрондық құралдар ақпаратты сақтауға, жинауға, таратуға және қайталап шығаруға арналған. Фотоэлектрондық аспаптардың жұмыс қағидасы фотоэффектіге негізделген. Фотоэлектрондық аспап¬тарға әр түрлі фотоэлементтер, фотоэлектрондық көбейткіштер, фоторезисторлар, фотодиодтар, электронды-оптикалық түрлендіргіштер және т.б. жатады.
Бұл құрылғылардың жұмысы фотоэлементке бағытталған сәулелердің көлеңкеленуі немесе оның қарқындылығының өзгеруіне негізделген. Фотоэлектрондық құрылғылар сәулелік (инфрақызыл, көрінетін және ультракүлгін сәуле) энергияларды “сезу” негізінде әр түрлі энергетикалық, өнеркәсіптік, көліктік, т.б. қондырғылардың басқарғыш және реттеуіш жүйелеріне әсер етеді. Фотоэлемент өңделуші материалдан немесе бұйымнан таралатын сәулелерді, бақыланатын орта арқылы өткен сәулелерді қабылдау, сондай-ақ күшейткіш пен жұмыстық тетіктерді іске қосу нәтижесінде әр түрлі механизмдердің қозғалысын тоқтатады немесе оның жылдамдығын өзгертеді, электр желісін іске қосады немесе ажыратады, т.б.

1. В. И. Гапонов. Электроника, ч. I. Физматгиз. М., 1960 г
2. К- Айманов.. АПН РСФСР, М., 1963 г.
3. А. Ф. Городецкий, А. Ф. Кравченко. Полупроводниковые при¬боры, изд. «Высшая школа», М., 1967 г.
4. Л. И. Анциферов. Определение постоянной Планка, в кн. «Физический эксперимент в школе», вып. 3, изд. «Просвеще¬ние», М., 1966 г.
5. И. Г. Бергельсон и др., Современные приемно-усилительные лампы, изд. «Советское радио», М., 1967 г.
6. И. П. Жеребцов. Основы электроники, изд. «Энергия», М., 1967г.
7. В. М. Большое. Электронное реле времени. Госэнергоиздат, М., 1958 г.
8. В. Г. Герасимов и др. Основы промышленной электроники, изд. «Высшая школа». М., 1969 г.170
9. Г. С. Дамаев. Фотоэлектрический метроном, в кн. «Сборник по методике и технике физического эксперимента», Учпедгиз, М., 1960 г.
10. И. П. Жеребцов. Радиотехника, изд. «Связь», М., 1965 г. ӘП. А. А. Зворыкин и др., История техники. Соцэкономгиз, М., 1962 г.

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 16 бет
Таңдаулыға:

МАЗМҰНЫ

I КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..4
II Негізгі бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..5
1 ЭЛЕКТРОНДЫҚ ТЕОРИЯ НЕГІЗДЕРІ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .5
1.1 Электрондық теория туралы түсінік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .5
1.2 Фотоэлектрондық автоматика ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ..1 2
2 ФОТОЭЛЕТРОНДЫҚ ҚҰРАЛДАР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13
2.1 Фотоэлектрондық көбейткіш ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .14
2.2 Люменесценттік камера ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...15
2.3 Фотоэлемент ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..16
III ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..17
IV ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ...18

КІРІСПЕ

Бүгінгі таңда электрондық өнеркәсіп техникалык мәліметтері, конструкциясы, үлкен-кішілігі, атқаратын қызметі жағынан бір-бірінен айырмашылығы көп сан түрлі электрондық, иондық, шала өткізгіштік приборлар шығарады. Олардың кез келгені жұмысының негізіне физикалық процестер мен құбылыстар алынады. Төменде солардың ең көп таралған түрлерімен, олардың техникада және ғылымда қолданылуымен жүйелі түрде танысайық.
Фотоэлектрондық құралдар -- оптикалық ауқымдағы электромагниттік сәулеленудің энергиясын электр энергиясына түрлендіретін немесе көрінбейтін (мысалы, инфрақызыл) сәулелердегі кескіндерді көрінетін кескіндерге түрлендіретін электровакуумдық немесе шалаөткізгіш аспаптар. Фотоэлектрондық құралдар ақпаратты сақтауға, жинауға, таратуға және қайталап шығаруға арналған. Фотоэлектрондық аспаптардың жұмыс қағидасы фотоэффектіге негізделген. Фотоэлектрондық аспап-тарға әр түрлі фотоэлементтер, фотоэлектрондық көбейткіштер, фоторезисторлар, фотодиодтар, электронды-оптикалық түрлендіргіштер және т.б. жатады.
Бұл құрылғылардың жұмысы фотоэлементке бағытталған сәулелердің көлеңкеленуі немесе оның қарқындылығының өзгеруіне негізделген. Фотоэлектрондық құрылғылар сәулелік (инфрақызыл, көрінетін және ультракүлгін сәуле) энергияларды "сезу" негізінде әр түрлі энергетикалық, өнеркәсіптік, көліктік, т.б. қондырғылардың басқарғыш және реттеуіш жүйелеріне әсер етеді. Фотоэлемент өңделуші материалдан немесе бұйымнан таралатын сәулелерді, бақыланатын орта арқылы өткен сәулелерді қабылдау, сондай-ақ күшейткіш пен жұмыстық тетіктерді іске қосу нәтижесінде әр түрлі механизмдердің қозғалысын тоқтатады немесе оның жылдамдығын өзгертеді, электр желісін іске қосады немесе ажыратады, т.б.

1 ЭЛЕКТРОНДЫҚ ТЕОРИЯ НЕГІЗДЕРІ

0.1 Электрондық теория туралы түсінік

Электрондық теория негіздерін 1900 -- -1905 жылдары ғалымдар Паул Друд пен Генрих Лорентің салған болатын. Бұл теорияның электрондардың кез-келген ортадағы қозғалысы Ньютон заңдарына бағынады деген тұжырымы аса мақызды қағидаларының бірі. Электрондық теория материалдық дененің электрлік қасиеттері ондағы электрондардың күй-жайына байланысты деп есептейді. Өткен тараудың 11-параграфында біз металдарда ортақтастырылған (коллективтендірілген) электрондардың барлығын тағайындадық, металдың кристалдық структурасының сақталуындағы олардың ролін айқындадық. Электрондық теория бойынша бүл электрондар еркін де, олар бір атомды идеал газдардың қасиеттері сияқты қасиеттері бар өзінше бір электрон газын тузеді. Электрондар, идеал газ молекулалары сияқты, үздіксіз, тәртіптелмеген (хаосты) қозғалыста болады да, олар тек электр өткізуге ғана емес, дененің жылу өткізуіне де қатысады. Міые, электрондық теорияның металдарды тек электр тогын ғана емес, жылуды да жақсы өткізеді деп түсіндіруі де осыдан.
Молекулалық физика курсынан идеал газда молекула аралық ілінісу күші жоқ екенін білеміз. Сон-дықтан электрондық теория электрондар мен решетка иондары арасындағы, электрондардың өздерінің арасындағы ез ара эсер күштерін ескермейді. Бұл теория бойынша, өткізгіштің электр кедергісі кристалл заттардың электрондарының решетка түйіндерімен жай (механикалық) соқтығысуынан пайда болады.
Енді тізбектің белігі үшін Ом заңын классикалық электрондық теория негізінде қалай корытылып шығарылатынын көрсетейік. Қорытып шығару барысында алынатын меншікті кедергі формуласы электрондық теорияның қолданылу мүмкіндігі мен шекарасын айқын анғаруға мүмкіндік береді.
Металл өткізгіште түрлі бағыттағы ретсіз жылулық қозғалысқа қатысатын электрондардың орташа саны шамамен өз ара тең, сондықтан металда электр тогы жоқ. Егер өткізгіштің ұштарында потенциал айырымдарын туғызсақ, онда электрондар өткізгіштегі электр өрісіне қарсы басым қозғалыс алады (12-сурет). Электрон решетканың түйіндерімен әрбір соқтығысқан сайын өзінің жылдамдығын толық жойып, келесі соқтығысқанға дейін электр өрісінің күші әсерінен тұрақты үдеумен (бастапқы жылдамдықсыз) қозғалады деп есептейік. Сонда электронның үдеуі Ньютонның екінші заңы бойынша былай анықталады:

Бұл формулада Ғ -- кернеулігі Е электр өрісінің электронға эсер ететін күші (е -- электрон заряды, т -- массасы).
Электронный, электр өрісіндегі орташа жылдамдығы:

Электронның бұл жылдамдыктан басқа жылулық (ретсіз) қозғалыстағы жылдамдығы (v ж) болады. Оның бұл жылулық козғалыстағы жылдамдығы электр өрісіндегі орын ауыстыру жылдамдығынан әлденеше есе артық. Мысалы, бөлме температурасында электронный, жылулық козғалысының орташа жылдамдығы шамамен 105 місек, ал кернеулігі Pound = 100 вм электр өрісінің әсерімен бағытталған қозғалыс жылдамдығы секундына метрдін, оннан бір үлесіндей ғана болады. Енді электронный, екі соқты-ғысу аралығындағы жолының орташа ұзындығын X әрпімен белгілесек, сонда еркін жүру уақыты:

болады. Мұнда біз реттелген қозғалыс жылдамдығын соншалық аз шама болғандықтан ескермедік. Сонда орташа жылдамдық:

Сөйтіп, өткізгіште электр өрісі бар кезде электрон екі қозғалысқа: (жылдамдығы -- ■ Ьж) ретсіз жылулык және өріске қарсы (жылдамдығы -- v) реттелген қозғалысқа қатысады. Өткізгіштің көлем бірлігіндегі электрондарының саны (п) және олардың орыи ауыстыру жылдамдығы (v) неғұрлым көп болса, онда токтың тығыздығы да (і) соғұрлым көп болады, яғни:

Көлденең қимасы 5 өткізгіштегі электр тогының күші мынаған тең:

Ұзындығы 1 өткізгіштің ұштарындағы потенциалдар (U) айырымы Е=т~ қатысымен анықталатыны кернеулік векторының шамасымен байланысты болғандыктан, ток күші мынаған тең болады:

Бұдан өткізгіштің меншікті кедергісі мынаған тең болады:

Электрондық теорияның шектелуі. Меншікті кедергі формуласына (10) анализ жасау денелердің электрлік қасиеттерін түсіндіруге мүмкіндік береді. Металдардың меншікті кедергісін қарастырайық. Металдарда өткізгіштік электрондардың концентрациясы п (заттың 1 куб метріндегі электрондар саны) металдың валенттілігі ■ -- А-ны 1028 санына көбейт-кенге тең және сыртқы жағдайға байланысты болмайды: Сондықтан металл өткізгіштің меншікті кедергісі (10 формуланы қараңыздар) тек қана электрондардың жылулық қозғалысының жылдамдығына (ож) және еркін жүру жолының ұзындығына (X) байланысты. Өткізгіштің температурасы жоғарылаған сайын, электрондардың жылулық қозғалыс жылдамдығы, газдағы сияқты, артады, демек, металдың кедергісі көбейеді. Неғұрлым еркін жүру жолы ұзын болса, яғни электрондар решетка түйіндерімен неғұрлым сирек соқтығысса, меншікті кедергі (р) соғұрлым аз болады. Өткізгіштік электрондары электр өткізгіштікке ғана қатысып қоймай, заттың жылу өткізгіштігіне де қатысады. Металда электрондар концентрациясы (п) өте зор, сондықтан, олар токты және жылуды жақсы өткізеді. Диэлектриктерде еркін электрондар шын мәнінде жоққа тән, сондықтан олар токты ғана нашар еткізіп қоймай, жылуды да нашар өткізеді. Электрондық теория басқа да түрлі орталардың электрлік және оптикалық қасиеттерін түсіндіреді (әсіресе сапа жағынан).
Солай бола түрса да, классикалық электрон-дық теория кейбір мәселелерде тәжірибеде дәлелденген фактілерге қайшы келетін қорытындыға әкеп соғады. Солардың кейбіреулерін қарастырайық.
Температураның көтерілуіне қарай металл өткізгіштердің кедергісі артатынын жоғарыда айтып кеттік. Алайда, онда келтірілген формула (10) қайсыбір қорытпалардың (манганин, константан) меншікті кедергісі не себепті іс жүзінде температураға байланысты емес екенін, жеткілікті төмен температурада не себепті төтенше өткізгіштік құбылысы байқалатынын түсіндірмейді.
Электрондық теория қорытындылары (оларды біз бұл арада келтіріп отырғанымыз жоқ) металдың меншікті кедергісі абсолют температураның квадрат түбіріне пропорционал екенін дәлелдесе, ал тәжірибе меншікті кедергі температураның бірінші дәрежесіне тура пропорционал екенін көрсетеді.
Молекулалық физика бойынша: бір атомды кри-сталдардың бір грамм-молекулаға келетін жылу сыйымдылығы (тұрақты келемде) шамамен 6 калград, ал бір атомды газдар үші'н 3 калград. Демек, металл үшін біз 6 каліград +3 калград=9 калград алуы-мыз керек, ал тәжірибе жүзінде 6 калград шығады. Демек, жылулық қозғалыста электрондар ролі туралы үғым дұрыс болмайды.
Мұнда электрондық теориянын қайшылығы дұрыс тұжырымның жасалмауынан, яғни электрондардың қозғалысы, газ молекулаларының қозғалысы сияқты, Ньютон механикасының заңдарына бағынады деп тұжырымдаудан туып отыр. Классикалық электрондық теория өткізгіштердің, шала өткізгіштердің, диэлектриктердің злектр еткізгіштігін бірыңғай көзқарас тұрғысынан түсіндіре алмайды.
Шынында да, мысалы, металдардағы электрондар энергиясы калыпты температурада оған болымсыз ғана тәуелді, ал электрондық газдың жылу сыйымды лығы нольге жуық, сондықтан электрондық газдың болуы металдың жылу сыйымдылығыиа іс жүзінде ешбір эсер етпейді.
Бұған кванттық механикаға негізделген электр өткізгіштіктің зоналық теориясы жауап береді.
Электронды-кемтікті ауысу деп өткізгіштігі әр типтес екі шала өткізгіштің тиісу шекарасындағы аймақты айтады. п және р типті шала өткізгіштер бір кристалдың өзінде қоспалардың көмегімен жасалады. Бұл шала өткізгіштердің тиіскен шекарасы арқылы кристалдың п аймағынанр аймағына электрондар, ал кері бағытта кемтіктер етеді (диффундирлейді). Кемтікті шала өткізгіште, электр зарядтарын негізгі тасушылар -- кемтіктерден басқа қосалқы (негізгі емес) тасушылар -- п және р аймақтарының бөліну шекарасьшда -- электрондар пайда болады; электронды шала еткізгіште негізгі тасушылар -- электрондардан басқа, шекаралас қабатта қосалқы тасушылар -- кемтіктер пайда болады (22-сурет).
п және р шала өткізгіштердің бөліну шекарасында рекомбинация: кемтіктерді электрондардың толтыруы жүріп жатады. Осының салдарынан шала өткізгіштердің шекаралас кабатында негізгі тасушылардың концентрациясы азаяды, ал қабаттардың кедергісі артады. Кедергінің арту аймағы жаппалы қабат деп аталады. Оның қалыңдығы ете аз: 10~5 -- 10^6 м шамасында.
Шекаралас қабаттар арасында қосалқы заряд та-сушылар потенциалдардың контактлік айырымын және соған сәйкес электр өрісін түғызалы (22-суретте осы өрісті Ео кескінделген). Ео өрісі заряд тасушылардың электронды-кемтікті ауысуы арқылы орың ауыстыруына бөгет жасайтын кернеүлік векторы.

Егер электронды шала еткізгіштің потенциалын ноль деп алсақ, онда жаппалы қабаттағы потенциалдардың бөліну графигі 22-суретте көрсетілген қисықпен кескінделеді. Одан көргеніміздей, потенциалдардың контактілік айырымы потенциалдық барьер туғызады.
Ео өрісінің әсерінен қосалқы заряд тасушылар бір шекаралас қабаттан екіншіге жөнкіп көшеді. Сондықтан электронды-кемтікті ауысу динамикалық тепе-теңдік күйде болады, яғни әрбір уақыт бірлігі ішінде п және р шала еткізгіштердің беліну шекарасы арқылы қарама-қарсы бағытқа белгілі бір мөлшерде негізгі заряд тасушылар диффузияланады және сондай мөлшерде қарсы бағытқа қосалқы заряд тасушылар жөңкиді.
Сыртқы ток көзін қосқанда, 23д-суретте көрсетілгендей, сыртқы электр өрісі бағыт жағынан ішкімен бағыттас болады да, потенциалдық барьердің шамасы артады. Сыртқы өрістің әсерінен шала өткізгіштердің шекаралас аймағынан негізгі заряд тасушылар қашықтайды да, жаппалы қабат қалыңдайды, сөйтіп, оның кедергісі артады. Тізбектен тек аздаған кері ток жүреді (Ео өрісінің әсерінен қосалқы заряд тасушылар қозғалады).
Егер ток көзінің полярлылығын өзгертетін болсақ (23,6-сурет), онда сыртқы epic Eo өрісіне қарсы бағытталады да, потенциалдық барьер төмендейді, ал жаппалы қабат жұқарады, яғни оның ені кемиді, сөйтіп, тізбектен айтарлықтай ток жүреді (былайша айтқанда, бұл р -- п ауысудың тура ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.