Реферат Курсовая Конспект
Общие положения - раздел Физика, Физика Все Твердые Тела, Обладающие Электронной Проводимостью, По Величине Электриче...
|
Все твердые тела, обладающие электронной проводимостью, по величине электрического сопротивления делятся на проводники и полупроводники.
К проводникам относятся все металлы и их сплавы.
К полупроводникам принадлежит ряд чистых элементов IV – VI групп (например, германий, кремний, селен, теллур), большинство оксидов металлов и некоторые другие соединения.
Диэлектриками являются подчас довольно сложные по составу соединения: стекла, органические и неорганические, полимерные вещества и т.д.
Характерная особенность полупроводников – резкая зависимость их электрических свойств от внешних воздействий (температуры, давления, освещения, электрического поля, примесей, которые иногда в миллион раз изменяют электропроводимость проводника).
Полупроводники заполняют по значениям своего удельного сопротивления широчайший интервал между проводниками, у которых удельное сопротивление не превышает Ом·м, и диэлектриками, у которых Ом·м. Удельное сопротивление полупроводников находится в этом интервале.
Существенное различие между полупроводниками и металлическими проводниками заключается в разной зависимости их удельных сопротивлений от температуры. При температурах, близких к , у металлов удельное сопротивление увеличивается прямо пропорционально изменению температуры:
. | (5.1) |
У полупроводников при тех же условиях удельное сопротивление убывает по экспоненциальному закону:
. | (5.2) |
В приведенных формулах – термический коэффициент сопротивления; и – постоянные, зависящие от физических свойств полупроводника; – абсолютная температура.
Графически эти зависимости изображены на рис. 5.1: а) – для металлов; б) – для полупроводников.
В любом кристаллическом теле электроны, как и в атоме, распределены по энергетическим уровням. Это значит, что энергия электронов в твердом теле квантуется, т.е. принимает лишь дискретные значения, называемые уровнями энергии. Электроны при этом подчиняются принципу запрета Паули: в любой квантовой системе (атоме, молекуле, кристалле и т.д.) на каждом энергетическом уровне может находиться не более двух электронов, причем собственные моменты импульса (спины) электронов, занимающих один и тот же уровень, должны иметь противоположные направления.
Разрешенные уровни энергии в кристалле группируются в зоны. Схема энергетических уровней для полупроводников изображена на рис. 5.2, где I – валентная зона, полностью заполненная связанными электронами; II – зона проводимости, свободная от электронов; III – запрещенная зона, ширина которой равна .
Для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости, необходимо сообщить ему дополнительную энергию, равную или большую, чем .
Электрическое поле такой напряженности, при которой не происходит электрический пробой кристаллов, не в состоянии сообщить электрону такую энергию. У полупроводников ширина запрещенной зоны эВ. В отличие от металлов и изоляторов в полупроводниках тепловое движение способно переводить электроны из одной зоны в другую. Повышение температуры приводит к тому, что концентрация электронов в зоне проводимости и электропроводность увеличивается. Этот эффект, как показывают расчеты, существенно превосходит уменьшение проводимости из-за столкновений с ионами кристаллической решетки.
Термосопротивления (термисторы) – это активные полупроводниковые нелинейные сопротивления, величина которых зависит от температуры. Сопротивление термистора при нормальных условиях резко убывает с повышением температуры. Термисторы изготавливают из специальных полупроводниковых материалов с высоким температурным коэффициентом сопротивления, различной формы и размеров в зависимости от их назначения. Они широко применяются в самых различных областях науки и техники: в системах автоматического управления и регулирования, для измерения температур и мощностей электромагнитных излучений, компенсации температурных изменений параметров электрических цепей, стабилизации напряжения, в системах пожарной сигнализации и т.д.
Такое разнообразие в практическом применении термисторов обусловлено их преимуществами по сравнению с другими типами датчиков: высокой температурной чувствительностью, малыми габаритными размерами и соответственно малыми теплоемкостью и инерционностью, простотой и надежностью конструкции и возможностью проведения дистанционных измерений.
Зависимость сопротивления от температуры – основная характеристика термистора, другая его важная характеристика – вольт-амперная.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
УКРАИНЫ... УКРАИНСКАЯ ИНЖЕНЕРНО ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ... Кафедра физики теоретической и общей электротехники...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Общие положения
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов