Электрические явления в контактах
Явление Пельтье |
|
|
||||
|
|
|
|
QП |
|
Явление Пельтье – при прохождении через контакт |
I |
M1 |
|
|
M2 |
I |
двух проводников электрического тока помимо |
|
|
джоулева тепла выделяется или поглощается (в |
||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
зависимости от направления тока) дополнительное |
|
|
|
|
|
|
тепло QП – тепло Пельтье. |
QП q
q – количество прошедшего электричества– коэффициент Пельтье
Причина явления Пельтье
1.Наличие контактной разности потенциалов (электроны ускоряются или замедляются под действием контактной разности потенциалов );
2.Различие кинетической энергии теплового движения электронов, образующих ток, в разных металлах.
Электрические явления в контактах
Контакт двух полупроводников
Случай одинаковой основы полупроводников
p |
– |
+ |
n |
– |
+ |
||
|
– |
+ |
|
|
R RПО |
|
|
При контакте произойдет диффузия электронов в p полупроводник и дырок в n полупроводник. Возникает приконтактная область (ПО), обедненная основными носителями тока.
– |
p |
n |
+ |
|
|
RПО |
|
Поле вытягивает электроны и дырки из ПО. Ее размер и, следовательно, сопротивление увеличивается.
Ток практически не идет.
+ |
p |
n |
– |
|
|
RПО |
|
Поле насыщает ПО электронами и дырками. Ее размер и, следовательно, сопротивление уменьшается.
Ток возрастает быстрее, чем приложенное напряжение.
Электрические явления в контактах
Контакт двух полупроводников
Полупроводниковый диод |
Вольтамперная характеристика |
I
p
идеализированная
n
U0 U
0.6 В для кремниевых диодов U0 0.3 В для германиевых диодов
Электрические явления в контактах
Контакт двух полупроводников
Схема выпрямителя на полупроводниковом диоде
Uн
C 
Rн
Uн |
с конденсатором |
|
без конденсатора |
t |
|
Электрические явления в контактах
Контакт двух полупроводников
Биполярные транзисторы
n–p–n
|
|
|
К |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
n |
|
Б |
|
|
К |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
p |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
Э |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Э |
|||||
p–n–p |
|
|
|
|
|
|||
|
|
К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
p |
|
Б |
|
|
К |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
n |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
Э |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Э |
|
|
|
|
|
|
К – коллектор Э – эмиттер Б – база
Электрические явления в контактах
Контакт двух полупроводников
Принцип работы БТ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
UБ < 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UК 0 |
Оба p–n перехода (БЭ, БК) закрыты, IБ , IЭ , IК ≈ 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Транзистор закрыт. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. UБ > 0 (UБ < UК) |
|
|
|
|
|
|
|
n |
||||||
UБ |
|
|
|
|
|
p–n переход БЭ открыт, БК – закрыт. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электроны из эмиттера инжектируются в базу. |
||
|
|
|
|
p |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
LD – длина диффузии (за время жизни) электронов в базе, |
|||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
lБ – толщина базы. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
Так как lБ << LD , то большинство электронов достигают |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UЭ 0 |
коллектора и переходят в него как основные носители. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поэтому IК ≈ IЭ и IБ ≈ 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IК IЭ (UБЭ ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
как для диода |
Электрические явления в контактах
Контакт двух полупроводников
Схема усилителя на БТ
|
|
|
|
|
|
U |
При Uвх > 0.6 В (кремниевые БТ) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
RК |
транзистор открыт и |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Uвх |
|
|
|
|
Uвых |
UЭ = UБ – 0.6 В |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
IК = IЭ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
RЭ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
KU UК |
RК |
– коэффициент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
RЭ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
UБ |
усиления |
|
Магнитное поле в вакууме
Электромагнитное поле. Сила Лоренца и уравнения Максвелла
Электростатика. Закон Кулона в полевой форме
F qE |
|
Уравнения описывают взаимодействие |
||
|
|
неподвижных зарядов и не применимы в случае |
||
div E 0 |
|
|||
|
|
движущихся зарядов. |
||
rot E 0 |
|
|
||
Пример: |
|
Рассмотрим два неподвижных заряда. Один из них q’ |
||
|
|
r |
|
в некоторый момент времени пришел в движение. |
|
|
|
В силу конечности скорости распространения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
взаимодействия, заряд q “почувствует” движение |
|
|
|
|
|
q |
q |
заряда q’ спустя время t = r/c , где c – скорость света. |
||
Закон Кулона в динамике не выполняется!
Магнитное поле в вакууме
Электромагнитное поле. Сила Лоренца и уравнения Максвелла
Обобщение закона Кулона |
||
K |
K |
F, F |
|
|
|
|
q |
|
, j |
|
|
|
|
|
|
|
V |
Рассмотрим две инерциальные системы K и K .
1.В системе K заряды неподвижны (j = 0), в системе K они движутся с постоянной скоростью V.
Причем, согласно СТО, .
2.Сила, действующая на заряд в системе K , равна
F qE
при любой скорости заряда q
(что является следствием отсутствия в природе магнитных зарядов).
Магнитное поле в вакууме
Электромагнитное поле. Сила Лоренца и уравнения Максвелла
3.В системе K сила, действующая на этот же заряд согласно СТО, равна
F ddtp ,
где p mv – релятивистский импульс
1
1 v2
c2
div E 0 |
|
|
rot E |
B |
|
В свою очередь |
t |
где |
div B 0
rot B 0 j 12 E c t
по формулам преобразования силы
F qE qv B
0 1
0c2 4 10 7 Гн/м
магнитная
постоянная