Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. Том 2

Подождите немного. Документ загружается.

ìè ýëåìåíòàìè ÿâëÿþòñÿ, íàïðèìåð, ëàìïû íàêàëèâàíèÿ, îáëàäàþùèå çíà÷è

òåëüíîé òåïëîâîé èíåðöèåé. Ïðè èçìåíåíèè òîêà â ëàìïå ñ äîñòàòî÷íî áîëüøîé

÷àñòîòîé, íàïðèìåð ñ ïðîìûøëåííîé ÷àñòîòîé f = 50 Ãö, òåìïåðàòóðà íèòè ëàì

ïû ïðàêòè÷åñêè íå èçìåíÿåòñÿ â òå÷åíèå ïåðèîäà, à ñîîòâåòñòâåííî, è ñîïðîòèâ

ëåíèå ëàìïû îñòàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè íåèçìåííûì â òå÷åíèå ïåðèîäà. Ïîýòîìó

ëàìïà ïðè íåèçìåííîì äåéñòâóþùåì ïåðèîäè÷åñêîì ïåðåìåííîì òîêå ïî îòíî

øåíèþ ê ìãíîâåííîìó òîêó îêàçûâàåòñÿ ëèíåéíûì ýëåìåíòîì. Ôîðìà êðèâîé

òîêà â ëàìïå ïîâòîðÿåò ôîðìó êðèâîé íàïðÿæåíèÿ íà íåé; â ÷àñòíîñòè, ïðè ñè

íóñîèäàëüíîì íàïðÿæåíèè è òîê â ëàìïå îêàçûâàåòñÿ ñèíóñîèäàëüíûì. Îäíàêî

ïðè èçìåíåíèè äåéñòâóþùåãî ïåðåìåííîãî òîêà I â ëàìïå òåìïåðàòóðà íèòè íà

êàëà è åå ñîïðîòèâëåíèå èçìåíÿþòñÿ è, ñîîòâåòñòâåííî, õàðàêòåðèñòèêà ëàìïû

U = F (I), ñâÿçûâàþùàÿ äåéñòâóþùèå òîê è íàïðÿæåíèå, îêàçûâàåòñÿ íåëèíåé

íîé (ñì. ðèñ. 19.3).

Íàðÿäó ñ èíåðöèîííûìè ýëåìåíòàìè ìû ðàñïîëàãàåì íåëèíåéíûìè ýëåìåí

òàìè, êîòîðûå ïðè íå ñëèøêîì âûñîêèõ ÷àñòîòàõ ìîãóò ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê áå

çûíåðöèîííûå. Ê íèì îòíîñÿòñÿ ïðåæäå âñåãî ýëåêòðîííûå ëàìïû, òàê êàê èíåð-

öèÿ ýëåêòðîíîâ, îáðàçóþùèõ â íèõ òîê, âåñüìà ìàëà. Òàêèå ýëåìåíòû ÿâëÿþòñÿ

íåëèíåéíûìè êàê â îòíîøåíèè äåéñòâóþùèõ, òàê è â îòíîøåíèè ìãíîâåííûõ

òîêà è íàïðÿæåíèÿ. Ïðè ïåðèîäè÷åñêèõ ïðîöåññàõ êðèâûå òîêà è íàïðÿæåíèÿ

â ýòèõ ýëåìåíòàõ èìåþò ðàçëè÷íûå ôîðìû; íàïðèìåð, ïðè ñèíóñîèäàëüíîì íà-

ïðÿæåíèè òîê îêàçûâàåòñÿ íåñèíóñîèäàëüíûì è, íàîáîðîò, ïðè ñèíóñîèäàëüíîì

òîêå íàïðÿæåíèå íåñèíóñîèäàëüíî. Ïî ýòîé ïðè÷èíå íåëèíåéíàÿ õàðàêòåðèñòè-

êà U = F (I), ñâÿçûâàþùàÿ äåéñòâóþùèå òîê è íàïðÿæåíèå, â òàêèõ ýëåìåíòàõ çà-

âèñèò îò ôîðìû êðèâûõ ìãíîâåííûõ òîêà è íàïðÿæåíèÿ.

Ðàññìàòðèâàÿ ñâÿçü ìåæäó ìãíîâåííûìè ïåðåìåííûì òîêîì è ïåðåìåííûì

íàïðÿæåíèåì â òàêèõ ýëåìåíòàõ, åñòåñòâåííî ïîëüçîâàòüñÿ äèíàìè÷åñêèìè ñî-

ïðîòèâëåíèåì è ïðîâîäèìîñòüþ:

ää

è==,

ïðè÷åì r

è g

ÿâëÿþòñÿ ôóíêöèÿìè òîêà i è, ñîîòâåòñòâåííî, íàïðÿæåíèÿ u.

Ðàññìàòðèâàÿ æå ñâÿçü ìåæäó äåéñòâóþùèìè òîêîì è íàïðÿæåíèåì, ìîæíî

èñïîëüçîâàòü çíà÷åíèÿ ýêâèâàëåíòíûõ àêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ è àêòèâíîé

ïðîâîäèìîñòè ýëåìåíòà, ðàâíûå

ýý

è==,

ïîñêîëüêó â ðàññìàòðèâàåìûõ ýëåìåíòàõ ïðåíåáðåãàåì èõ èíäóêòèâíîñòüþ è åì

êîñòüþ.

19.5. Õàðàêòåðèñòèêè ýëåìåíòîâ ñ íåëèíåéíûì ñîïðîòèâëåíèåì,

ïîçâîëÿþùèå îñóùåñòâèòü ñòàáèëèçàöèþ òîêà èëè íàïðÿæåíèÿ

Íà ðèñ. 19.13 èçîáðàæåíà õàðàêòåðèñòèêà áàðåòòåðà, ïðåäñòàâëÿþùåãî ñîáîé

çàïàÿííûé è çàïîëíåííûé âîäîðîäîì ñòåêëÿííûé áàëëîí, âíóòðè êîòîðîãî ïî

ìåùåíà æåëåçíàÿ íèòü, ïðèñîåäèíåííàÿ ê âûâîäàì èç áàëëîíà. Èçìåíåíèå òåì

Ãëàâà 19. Ýëåìåíòû íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé, èõ õàðàêòåðèñòèêè è ïàðàìåòðû 333

ïåðàòóðû íèòè ïðè èçìåíåíèè òîêà â íåé, à òàêæå ñîîòâåòñòâóþùèå óñëîâèÿ åå

îõëàæäåíèÿ ïðèâîäÿò ê íåëèíåéíîé çàâèñèìîñòè ìåæäó òîêîì è íàïðÿæåíèåì,

ïîêàçàííîé íà ðèñóíêå. Â ïðåäåëàõ èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà çàæèìàõ áàðåòòå

ðà îò u¢ äî u² òîê ïî÷òè íå èçìåíÿåòñÿ. Ïîýòîìó áàðåòòåðû èñïîëüçóþòñÿ äëÿ

ñòàáèëèçàöèè òîêà. Ñ ýòîé öåëüþ èõ âêëþ÷àþò ïîñëåäîâàòåëüíî ñ ïðèåìíèêîì,

â êîòîðîì íåîáõîäèìî ñòàáèëèçèðîâàòü òîê. Åñëè ïîäîáðàòü íîðìàëüíûé ðåæèì

ðàáîòû öåïè òàê, ÷òîáû ðàçíîñòü íàïðÿæåíèé ïèòàþùåé ñåòè è ïðèåìíèêà, ïðè

õîäÿùàÿñÿ íà çàæèìû áàðåòòåðà, ðàâíÿëàñü u

íîì

(ðèñ. 19.13), òî ïðè êîëåáàíèÿõ

íàïðÿæåíèÿ ñåòè â ïðåäåëàõ ± Du ýòè êîëåáàíèÿ ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ ïðèõî

äÿòñÿ íà áàðåòòåð, òàê êàê òîê îñòàåòñÿ íåèçìåííûì è, ñîîòâåòñòâåííî, íåèçìåí

íûì îñòàåòñÿ íàïðÿæåíèå íà çàæèìàõ ïðèåìíèêà ïðè ïîñòîÿíñòâå åãî ñîïðîòèâ

ëåíèÿ. Òîê â öåïè îñòàåòñÿ ïîñòîÿííûì òàêæå è ïðè èçìåíåíèÿõ ñîïðîòèâëåíèÿ

ïðèåìíèêà, õîòÿ ïðè ýòîì íàïðÿæåíèå íà ïðèåìíèêå èçìåíÿåòñÿ. Äëÿ ñòàáèëè

çàöèè òîêà âàæíî òîëüêî, ÷òîáû êîëåáàíèÿ ðàçíîñòè íàïðÿæåíèé ñåòè è ïðèåì

íèêà íå âûõîäèëè çà ïðåäåëû u¢ è u² (ðèñ. 19.13).

Â êà÷åñòâå íåëèíåéíûõ ýëåìåíòîâ øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ ëàìïû ñ òëåþùèì

ðàçðÿäîì (íåîíîâûå ëàìïû, ñòàáèëîâîëüòû è ò. ä.). Ýòè ëàìïû ïðåäñòàâëÿþò

ñîáîé çàïîëíåííûå èíåðòíûì ãàçîì çàïàÿííûå áàëëîíû, êóäà ââåäåíû äâà ýëåê-

òðîäà, ìåæäó êîòîðûìè èìååòñÿ ãàçîâûé ïðîìåæóòîê. Íà ðèñ. 19.14 äàíà õàðàê-

òåðèñòèêà òàêîé ëàìïû. Åñëè ïîñòåïåííî óâåëè÷èâàòü íàïðÿæåíèå íà íåãîðÿ-

ùåé ëàìïå, òî òîê, îñòàâàÿñü íè÷òîæíûì ïî çíà÷åíèþ, íåìíîãî âîçðàñòàåò. Ïðè

äîñòèæåíèè íàïðÿæåíèÿ u

ìåæäó ýëåêòðîäàìè âîçíèêàåò òëåþùèé ðàçðÿä —

ëàìïà çàãîðàåòñÿ, ò. å. ãàç íà÷èíàåò ñâåòèòüñÿ. Íà îäíîì ó÷àñòêå õàðàêòåðèñòèêà

ëàìïû ÿâëÿåòñÿ ïàäàþùåé âñëåäñòâèå ðîñòà ñòåïåíè èîíèçàöèè ãàçà ïðè óâåëè-

÷åíèè òîêà è ñîîòâåòñòâåííîãî óâåëè÷åíèÿ ïðîâîäèìîñòè ãàçîâîãî ïðîìåæóòêà.

Â ïðåäåëàõ èçìåíåíèÿ òîêà îò i¢ è i² íàïðÿæåíèå íà ëàìïå ïðàêòè÷åñêè îñòàåòñÿ

íåèçìåííûì, ÷òî èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ñòàáèëèçàöèè íàïðÿæåíèÿ ñ ïîìîùüþ òàê

íàçûâàåìûõ ñòàáèëîâîëüòîâ.

Ñòàáèëîâîëüò ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ëàìïó ñ òëåþùèì ðàçðÿäîì ñ ïîñëåäîâà

òåëüíî âêëþ÷åííûì ñ íåé ëèíåéíûì ðåçèñòîðîì r (ðèñ. 19.15). Ïðèåìíèê N,íà

çàæèìàõ êîòîðîãî íåîáõîäèìî ñòàáèëèçèðîâàòü íàïðÿæåíèå, ïðèêëþ÷àåòñÿ ïà

ðàëëåëüíî ëàìïå. Íîðìàëüíûé ðåæèì âñåé öåïè ïîäáèðàþò òàê, ÷òîáû òîê â

ëàìïå ðàâíÿëñÿ i

íîì

(ðèñ. 19.14). Ïðè èçìåíåíèè íàïðÿæåíèÿ u

ñåòè èçìåíÿåòñÿ

òîê i

= i + i

â ðåçèñòîðå r, íî åñëè ýòè êîëåáàíèÿ òîêà íå âûõîäÿò çà ïðåäåëû ±Di

334 ×àñòü 3. Òåîðèÿ íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ öåïåé

Ðèñ. 19.13

Ðèñ. 19.14

Ðèñ. 19.15

(ðèñ. 19.14), òî îíè ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ ïðèõîäÿòñÿ íà òîê i â ëàìïå. Íàïðÿ

æåíèå æå u

íà ëàìïå è íà ïðèåìíèêå è òîê i

â ïðèåìíèêå ïðàêòè÷åñêè íå èç

ìåíÿþòñÿ. Íàïðÿæåíèå u

îñòàåòñÿ ñòàáèëüíûì è ïðè èçìåíåíèè ñîïðîòèâëå

íèÿ ïðèåìíèêà. Ïðè ýòîì èçìåíåíèå òîêà i

êîìïåíñèðóåòñÿ èçìåíåíèåì òîêà i

â ëàìïå. Äëÿ ñòàáèëèçàöèè íàïðÿæåíèÿ u

íåîáõîäèìî, ÷òîáû ïðè êîëåáàíèÿõ

íàïðÿæåíèÿ ñåòè è ñîïðîòèâëåíèÿ ïðèåìíèêà òîê â ëàìïå îñòàâàëñÿ â ïðåäåëàõ

i¢ è i² (ðèñ. 19.14).

19.6. Ïîëóïðîâîäíèêîâûå äèîäû êàê íåëèíåéíûå ýëåìåíòû

ýëåêòðè÷åñêîé öåïè

Ïîëóïðîâîäíèêîâûå äèîäû, îáëàäàþùèå íåñèììåòðè÷íîé íåëèíåéíîé õàðàêòå

ðèñòèêîé, ïîëó÷èëè èñêëþ÷èòåëüíî øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå. Óæå â òå÷åíèå

äëèòåëüíîãî âðåìåíè äëÿ âûïðÿìëåíèÿ ïåðåìåííîãî òîêà èñïîëüçóþòñÿ ìåäíî

çàêèñíûå è ñåëåíîâûå ïîëóïðîâîäíèêîâûå âåíòèëè.

Îñîáûé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò âåñüìà øèðîêî ïðèìåíÿåìûå ãåðìàíèåâûå è

êðåìíèåâûå ïîëóïðîâîäíèêîâûå âåíòèëè. Ðàññìîòðèì íåñêîëüêî ïîäðîáíåå ïðî

öåññû â ýòèõ âåíòèëÿõ, òàê êàê ýòî ïîíàäîáèòñÿ â ïîñëåäóþùåì äëÿ óÿñíåíèÿ

ïðèíöèïà äåéñòâèÿ ãåðìàíèåâûõ òðèîäîâ.

Ãåðìàíèé è êðåìíèé îòíîñÿòñÿ ê ÷åòâåðòîé ãðóïïå ýëåìåíòîâ — àòîìû èõ

èìåþò âî âíåøíåé ýëåêòðîííîé îáîëî÷êå ïî ÷åòûðå âàëåíòíûõ ýëåêòðîíà. Â êðèñ-

òàëëå ãåðìàíèÿ àòîìû ðàñïîëîæåíû òàê, ÷òî êàæäûé

àòîì íàõîäèòñÿ ìåæäó ÷åòûðüìÿ ñîñåäíèìè àòîìàìè,

îòñòîÿùèìè ïî îòíîøåíèþ ê íåìó íà ðàâíûõ ðàññòîÿ-

íèÿõ è ïîä îäèíàêîâûìè óãëàìè. ×åòûðå âàëåíòíûõ

ýëåêòðîíà êàæäîãî àòîìà âõîäÿò â òàê íàçûâàåìûå êî-

âàëåíòíûå ñâÿçè ñ ÷åòûðüìÿ ñîñåäíèìè àòîìàìè. Òà-

êèì îáðàçîì, â êàæäîé êîâàëåíòíîé ñâÿçè ó÷àñòâóþò

äâà ýëåêòðîíà ñîñåäíèõ àòîìîâ. Íà ðèñ. 19.16 ñòðóêòóðà

êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè ãåðìàíèÿ óñëîâíî ïðåäñòàâ

ëåíà íà ïëîñêîñòè. ßäðî àòîìà ñ îñòàëüíûìè ýëåêòðî

íàìè ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé èíåðòíûé â îòíîøåíèè õèìè÷åñêèõ ñâîéñòâ è â îòíî

øåíèè ýëåêòðîïðîâîäíîñòè îñòàòîê ñ ïîëîæèòåëüíûì çàðÿäîì, ïî àáñîëþòíîìó

çíà÷åíèþ ðàâíûì ÷åòûðåì çàðÿäàì ýëåêòðîíà.

Ýíåðãåòè÷åñêèé çàçîð ìåæäó âàëåíòíîé çîíîé è çîíîé ïðîâîäèìîñòè íà òàê

íàçûâàåìîé ýíåðãåòè÷åñêîé äèàãðàììå ó ïîëóïðîâîäíèêîâ èìååò ïîðÿäîê 1 ýÂ

(ó ãåðìàíèÿ 0,72 ýÂ, ó êðåìíèÿ 1,11 ýÂ), ò. å. çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì ó äèýëåê

òðèêîâ. Ïîýòîìó ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå ó ïîëóïðîâîäíèêîâ áîëüøåå ÷èñëî

ýëåêòðîíîâ, ÷åì ó äèýëåêòðèêîâ, ñïîñîáíî ïðåîäîëåòü ýòîò çàçîð è ïåðåéòè â çî

íó ïðîâîäèìîñòè. Ïðè ýòîì â âàëåíòíîé çîíå îáðàçóþòñÿ íå çàíÿòûå ýëåêòðî

íàìè ìåñòà, ò. å. ïîëîæèòåëüíûå äûðêè. Ýòîò ïðîöåññ ñõåìàòè÷åñêè ïîêàçàí íà

ðèñ. 19.17, à íà ìîäåëè ðåøåòêè êðèñòàëëà è íà ðèñ. 19.17, á íà ýíåðãåòè÷åñêîé

äèàãðàììå. Ýëåêòðîíû â çîíå ïðîâîäèìîñòè è äûðêè â âàëåíòíîé çîíå îïðåäåëÿ

þò ýëåêòðîïðîâîäíîñòü ïîëóïðîâîäíèêà. Óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ÷èñòîãî ãåð

ìàíèÿ ïðè t = 20°Ñ ñîñòàâëÿåò r=0,6 Îì×ì, â òî âðåìÿ êàê òàêîé äèýëåêòðèê, êàê

ñëþäà, èìååò r»9·10

Îì×ì. Ñ âîçðàñòàíèåì òåìïåðàòóðû óâåëè÷èâàåòñÿ ÷èñëî

Ãëàâà 19. Ýëåìåíòû íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé, èõ õàðàêòåðèñòèêè è ïàðàìåòðû 335

Ðèñ. 19.16.

ýëåêòðîíîâ, ñïîñîáíûõ ïðåîäîëåòü ýíåðãåòè÷åñêèé çàçîð, è âñëåäñòâèå ýòîãî

óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ÷èñòîãî ãåðìàíèÿ óáûâàåò ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû, ò. å.

÷èñòûé ãåðìàíèé èìååò îòðèöàòåëüíûé òåìïå

ðàòóðíûé êîýôôèöèåíò ñîïðîòèâëåíèÿ.

×ðåçâû÷àéíî âàæíî, ÷òî èìååòñÿ âîçìîæ

íîñòü âëèÿòü íà çíà÷åíèå è õàðàêòåð ïðîâîäè

ìîñòè ãåðìàíèÿ ïóòåì âíåñåíèÿ â íåãî íè

÷òîæíî ìàëûõ êîëè÷åñòâ ïðèìåñåé ýëåìåíòîâ

òðåòüåé (áîð, èíäèé) èëè ïÿòîé (ìûøüÿê,

ñóðüìà) ãðóïï.

Ïðåäïîëîæèì, ÷òî â êðèñòàëë ãåðìàíèÿ äî

áàâëåíà â íåáîëüøîì êîëè÷åñòâå ïðèìåñü ýëå

ìåíòà ïÿòîé ãðóïïû, àòîìû êîòîðîãî èìåþò

ïÿòü âàëåíòíûõ ýëåêòðîíîâ. Àòîìû ïðèìåñè

çàìåùàþò â ðåøåòêå êðèñòàëëà àòîìû ãåðìàíèÿ. Ïðè ýòîì ÷åòûðå âàëåíòíûõ

ýëåêòðîíà ïðèìåñíîãî àòîìà âõîäÿò â êîâàëåíòíûå ñâÿçè ñ ÷åòûðüìÿ ñîñåäíèìè

àòîìàìè ãåðìàíèÿ, à ïÿòûé âàëåíòíûé ýëåêòðîí ïðèìåñíîãî àòîìà, îñòàâøèéñÿ

âíå ýòèõ ñâÿçåé, îêàçûâàåòñÿ ñëàáî ñâÿçàííûì ñî ñâîèì àòîìîì. Îí ëåãêî îñâî-

áîæäàåòñÿ ïîä âëèÿíèåì, íàïðèìåð, òåïëîâîãî äâèæåíèÿ, ñòàíîâÿñü ñâîáîäíûì

ýëåêòðîíîì ïðîâîäèìîñòè.

Ïðèìåñè ýòîãî òèïà íàçûâàþò «äîíîðàìè», èëè «èñòî÷íèêàìè» ýëåêòðîíîâ.

Ïîëóïðîâîäíèêè ñ òàêèìè ïðèìåñÿìè, õàðàêòåðèçóþùèåñÿ ïðåîáëàäàíèåì ñâî-

áîäíûõ ýëåêòðîíîâ, íàçûâàþò ïîëóïðîâîäíè-

êàìè òèïà ï. Íà ðèñ. 19.18, à ñõåìàòè÷åñêè èçî-

áðàæåíî íà ìîäåëè êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè

ãåðìàíèÿ îáðàçîâàíèå ñâîáîäíîãî ýëåêòðîíà

âñëåäñòâèå çàìåùåíèÿ îäíîãî àòîìà ãåðìàíèÿ

ïðèìåñíûì àòîìîì ñóðüìû. Íà ýíåðãåòè÷å

ñêîé äèàãðàììå (ðèñ. 19.18, á) óðîâíè äîíîðîâ

ðàñïîëàãàþòñÿ â ýíåðãåòè÷åñêîì çàçîðå âáëè

çè çîíû ïðîâîäèìîñòè â ñîîòâåòñòâèè ñ òåì,

÷òî òðåáóåòñÿ íåçíà÷èòåëüíàÿ ýíåðãèÿ äëÿ îñ

âîáîæäåíèÿ èõ èçáûòî÷íîãî ýëåêòðîíà è ïåðå

âîäà åãî â çîíó ïðîâîäèìîñòè. Ïîñëå óõîäà

ýòîãî ýëåêòðîíà àòîì ïðèìåñè áóäåò ïðåäñòàâëÿòü ñîáîé çàêðåïëåííûé â ðåøåò

êå ïîëîæèòåëüíûé èîí. Íè÷òîæíîå äîáàâëåíèå òàêîé ïðèìåñè ñóùåñòâåííî

óâåëè÷èâàåò ýëåêòðè÷åñêóþ ïðîâîäèìîñòü ãåðìàíèÿ. Òàê, äîáàâëåíèå îäíîãî äî

íîðíîãî àòîìà íà 10

àòîìîâ ãåðìàíèÿ ñíèæàåò åãî óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ïðè

êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå äî r=0,04 Îì×ì.

Ïðåäïîëîæèì òåïåðü, ÷òî â ãåðìàíèé äîáàâëåíà â íåáîëüøîì êîëè÷åñòâå

ïðèìåñü ýëåìåíòà òðåòüåé ãðóïïû, àòîìû êîòîðîãî èìåþò òðè âàëåíòíûõ ýëåê

òðîíà. Ýòè àòîìû òàêæå çàìåùàþò â ðåøåòêå êðèñòàëëà àòîìû ãåðìàíèÿ. Ïðè

ýòîì òðè âàëåíòíûõ ýëåêòðîíà ïðèìåñíîãî àòîìà âõîäÿò â êîâàëåíòíûå ñâÿçè ñ

òðåìÿ ñîñåäíèìè àòîìàìè ãåðìàíèÿ, íî â êîâàëåíòíîé ñâÿçè ñ ÷åòâåðòûì àòîìîì

ãåðìàíèÿ îáðàçóåòñÿ íå çàíÿòîå ýëåêòðîíîì ìåñòî, ò. å. äûðêà. Â ýòî íåçàíÿòîå

336 ×àñòü 3. Òåîðèÿ íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ öåïåé

Ðèñ. 19.18.

Ðèñ. 19.17.

ìåñòî ñðàâíèòåëüíî ëåãêî ìîæåò ïåðåéòè ýëåêòðîí èç ñîñåäíåé êîâàëåíòíîé

ñâÿçè, îñòàâèâ â íåé äûðêó. Â ýòó âíîâü îáðàçîâàâøóþñÿ äûðêó ìîæåò ïåðåéòè

ýëåêòðîí èç ñëåäóþùåé êîâàëåíòíîé ñâÿçè è ò. ä. Âñå ïðîèñõîäèò òàê, êàê áóäòî

ïåðåìåùàåòñÿ ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííàÿ ÷àñòèöà, ýêâèâàëåíòíàÿ äûðêå.

Ïðèìåñè ýòîãî òèïà íàçûâàþò «àêöåïòîðàìè», èëè «ïðèåìíèêàìè» ýëåê

òðîíîâ. Ïîëóïðîâîäíèêè ñ òàêèìè ïðèìåñÿìè, õàðàêòåðèçóþùèåñÿ äûðî÷íîé

ïðîâîäèìîñòüþ, íàçûâàþò ïîëóïðîâîäíèêàìè òèïà p. Íà ðèñ. 19.19, à íà ìîäåëè

êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè ñõåìàòè÷åñêè èçî

áðàæåíî îáðàçîâàíèå äûðêè â ñëó÷àå çàìåùå

íèÿ îäíîãî àòîìà ãåðìàíèÿ ïðèìåñíûì àòî

ìîì èíäèÿ. Íà ýíåðãåòè÷åñêîé äèàãðàììå

(ðèñ. 19.19, á) óðîâíè àêöåïòîðîâ ðàñïîëàãà

þòñÿ â ýíåðãåòè÷åñêîì çàçîðå âáëèçè âàëåíò

íîé çîíû â ñîîòâåòñòâèè ñ òåì, ÷òî òðåáóåòñÿ

íåçíà÷èòåëüíàÿ ýíåðãèÿ äëÿ ïåðåâîäà íà ýòîò

óðîâåíü ýëåêòðîíà èç âàëåíòíîé çîíû ñ îáðà-

çîâàíèåì äûðêè â ïîñëåäíåé. Ïîñëå óõîäà

äûðêè àòîì ïðèìåñè áóäåò ïðåäñòàâëÿòü ñîáîé

çàêðåïëåííûé â ðåøåòêå îòðèöàòåëüíûé èîí.

Âîçìîæíîñòü ñîçäàíèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâ ñ ðàçëè÷íûì õàðàêòåðîì ïðîâîäè-

ìîñòè ïîçâîëÿåò ñîçäàòü óñòðîéñòâà äëÿ âûïðÿìëåíèÿ ïåðåìåííîãî òîêà.

Ïðåäïîëîæèì, ÷òî â îáðàçöå ãåðìàíèÿ ñëåâà îò ïëîñêîñòè 1–1¢ (ðèñ. 19.20)

ââåäåíû àêöåïòîðíûå ïðèìåñè, à ñïðàâà îò íåå — äîíîðíûå ïðèìåñè, ò. å. ñëåâà

èìååì ãåðìàíèé òèïà p, à ñïðàâà — ãåðìàíèé òèïà ï. Ãîâîðÿò,

÷òî îêîëî ïëîñêîñòè 1–1¢ èìååòñÿ p–n-ïåðåõîä. Äûðêè â ãåð-

ìàíèè òèïà p è ýëåêòðîíû â ãåðìàíèè òèïà ï ÿâëÿþòñÿ

îñíîâíûìè íîñèòåëÿìè òîêà. Äûðêè áóäóò äèôôóíäèðîâàòü

ñëåâà íàïðàâî èç îáëàñòè p â îáëàñòü ï. Ñâîáîäíûå ýëåêòðîíû

áóäóò äèôôóíäèðîâàòü â ïðîòèâîïîëîæíîì íàïðàâëåíèè.

Â èòîãå ñëåâà îò ïëîñêîñòè 1–1¢ îáðàçóåòñÿ èçáûòî÷íûé îò

ðèöàòåëüíûé çàðÿä è ñïðàâà — èçáûòî÷íûé ïîëîæèòåëüíûé

çàðÿä. Âñëåäñòâèå ðåêîìáèíàöèè ýëåêòðîíîâ è äûðîê â áëèç

ëåæàùèõ ê ïëîñêîñòè 1–1¢ îáëàñòÿõ íå áóäåò íè äûðîê, íè

ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ è èçáûòî÷íûé çàðÿä, ïî ñóùåñòâó,

áóäåò ñîçäàâàòüñÿ ñëåâà îòðèöàòåëüíûìè èîíàìè àêöåïòîðà,

à ñïðàâà — ïîëîæèòåëüíûìè èîíàìè äîíîðà. Â ìåñòå p–n-ïåðåõîäà âîçíèêàåò

ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, íàïðàâëåííîå ñïðàâà íàëåâî è ïðåïÿòñòâóþùåå äàëüíåéøåé

äèôôóçèè äûðîê è ýëåêòðîíîâ. Ìåæäó îáëàñòüþ p è îáëàñòüþ ï îáðàçóåòñÿ ðàç

íîñòü ýëåêòðè÷åñêèõ ïîòåíöèàëîâ, ò. å. âîçíèêàåò òàê íàçûâàåìûé ïîòåíöèàëü

íûé áàðüåð. Ðàñïðåäåëåíèå ïîòåíöèàëà â ðàéîíå p–n-ïåðåõîäà ïîêàçàíî âíèçó

íà ðèñ. 19.20 è íà ðèñ. 19.21, à, ïðè÷åì çäåñü è äàëåå çà íóëü ïîòåíöèàëà óñëîâíî

ïðèíÿò ïîòåíöèàë â îáëàñòè ãåðìàíèÿ òèïà ð íåïîñðåäñòâåííî îêîëî p–n-ïåðå

õîäà, ãäå óæå íåò îáúåìíîãî çàðÿäà.

Ïðèêëþ÷èì òàêîé îáðàçåö ê èñòî÷íèêó ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ òàê, êàê ïî

êàçàíî íà ðèñ. 19.21, á. Ïðè òàêîì âêëþ÷åíèè íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà ñíèçèò çíà

Ãëàâà 19. Ýëåìåíòû íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé, èõ õàðàêòåðèñòèêè è ïàðàìåòðû 337

Ðèñ. 19.19

Ðèñ. 19.20

÷åíèå ïîòåíöèàëüíîãî áàðüåðà è îñíîâíûå íîñèòåëè òîêà (äûðêè ñëåâà è ýëåê

òðîíû ñïðàâà) ïîëó÷àò âîçìîæíîñòü ïðîõîäèòü ÷åðåç ð–n-ïåðåõîä. Â öåïè

âîçíèêàåò òàê íàçûâàåìûé ïðÿìîé òîê, êîòîðûé áóäåò âîçðàñòàòü ñ óâåëè÷åíèåì

íàïðÿæåíèÿ èñòî÷íèêà (ðèñ. 19.22, à). Åñëè ê îáðàçöó ïðèëîæèòü îò èñòî÷íèêà

íàïðÿæåíèå ïðîòèâîïîëîæíîãî ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðåäûäóùèì ñëó÷àåì çíàêà

(ðèñ. 19.21, â), òî ïîòåíöèàëüíûé áàðüåð âîçðàñòåò íà çíà÷åíèå ýòîãî íàïðÿæå

íèÿ è îñíîâíûå íîñèòåëè òîêà íå ñìîãóò ïðîõîäèòü ÷åðåç ïëîñêîñòü ðàçäåëà

1–1¢. Îäíàêî òîê âñå æå íå áóäåò ïîëíîñòüþ îòñóòñòâîâàòü.

Êðîìå îñíîâíûõ íîñèòåëåé òîêà, âûçâàííûõ íàëè÷èåì ïðèìåñåé, è â p-èâ

n-îáëàñòÿõ èìåþòñÿ â íåáîëüøîì êîëè÷åñòâå òàê íàçûâàåìûå íåîñíîâíûå íîñè

òåëè òîêà, çíàêè çàðÿäîâ êîòîðûõ ïðîòèâîïîëîæíû çíàêàì çàðÿäîâ îñíîâíûõ

íîñèòåëåé, à èìåííî â îáëàñòè p ïðèñóòñòâóþò òàêæå â íåáîëüøîì êîëè÷åñòâå

ñâîáîäíûå ýëåêòðîíû, à â îáëàñòè n — äûðêè. Îíè ïîÿâëÿþòñÿ â îáåèõ îáëàñòÿõ

âñëåäñòâèå îáðàçîâàíèÿ ýëåêòðîííî-äûðî÷íûõ ïàð â ðåçóëüòàòå âîçäåéñòâèÿ òå

ïëîâîãî äâèæåíèÿ ñîãëàñíî ñõåìå, ïîêàçàííîé íà ðèñ. 19.17. Î÷åâèäíî, ýòè íåîñ

íîâíûå íîñèòåëè òîêà ñâîáîäíî ïåðåõîäÿò ÷åðåç ïîòåíöèàëüíûé áàðüåð, òàê êàê

ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå çäåñü íå ïðåïÿòñòâóåò, à ñïîñîáñòâóåò èõ ïðîõîæäåíèþ. Îíè

îáðàçóþò òàê íàçûâàåìûé îáðàòíûé òîê. Ñ óâåëè÷åíèåì îáðàòíîãî íàïðÿæåíèÿ

ýòîò îáðàòíûé òîê áûñòðî äîñòèãàåò ñâîåãî ïðåäåëüíîãî çíà÷åíèÿ, îïðåäåëÿåìî

ãî ÷èñëîì ýëåêòðîííî-äûðî÷íûõ ïàð, îáðàçóþùèõñÿ â îáðàçöå â åäèíèöó âðå

ìåíè. Îáðàòíûé òîê âî ìíîãî ðàç ìåíüøå ïðÿìîãî. Íà ðèñ. 19.22, à ïðèâåäåíà

338 ×àñòü 3. Òåîðèÿ íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ öåïåé

Ðèñ. 19.21

Ðèñ. 19.22

õàðàêòåðèñòèêà ãåðìàíèåâîãî âåíòèëÿ. ×òîáû ìîæíî áûëî íà îäíîì ðèñóíêå

èçîáðàçèòü è ïðÿìîé, è îáðàòíûé òîêè, îíè äàíû â ðàçëè÷íûõ ìàñøòàáàõ.

Ìàòåìàòè÷åñêîå îïèñàíèå ýòèõ ïðîöåññîâ, èíûìè ñëîâàìè, ìàòåìàòè÷å

ñêàÿ ìîäåëü ïîëóïðîâîäíèêîâîãî äèîäà, ñîñòàâëåíî äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà ãðàíèöà

ð–n-ïåðåõîäà ïëîñêàÿ è ðàñïðåäåëåíèå êîíöåíòðàöèé äûðîê (ð) è ýëåêòðîíîâ

(ï) çàâèñèò òîëüêî îò îäíîé êîîðäèíàòû (õ), íàïðàâëåííîé ïåðïåíäèêóëÿðíî

ê ãðàíèöå ðàçäåëà 1–1¢ (ðèñ. 19.20). Äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà óñòàíàâëèâàåòñÿ äèíàìè

÷åñêîå ðàâíîâåñèå è ïëîòíîñòè çàðÿäîâ íå ìåíÿþòñÿ, èìååì äâå ñîñòàâëÿþùèå

ïëîòíîñòè òîêà: äðåéôîâóþ ñîñòàâëÿþùóþ, êîòîðàÿ âîçíèêàåò çà ñ÷åò äâèæåíèÿ

çàðÿäîâ ïîä âîçäåéñòâèåì ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ è ðàâíà (äëÿ äûðîê) q

pE,è

äèôôóçíóþ ñîñòàâëÿþùóþ, êîòîðàÿ âîçíèêàåò çà ñ÷åò íàëè÷èÿ ðàçíîñòè êîí

öåíòðàöèé è ðàâíà (äëÿ äûðîê)

. Çäåñü q

= 1,602×10

–19

Êë — çàðÿä ýëåê

òðîíà; m

— ïîäâèæíîñòü äûðîê, ì

/(Â×ñ);

— êîýôôèöèåíò äèôôó

çèè, ì

/ñ; k = 1,381×10

–23

Äæ/Ê — ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà; Ò—òåìïåðàòóðà ïî

øêàëå Êåëüâèíà; p — êîíöåíòðàöèÿ äûðîê. Äëÿ òåìïåðàòóðû ïðèáëèçèòåëüíî

23 °Ñ èëè Ò » 300 Ê òåðìîýëåêòðè÷åñêèé ïîòåíöèàë ðàâåí kT/q

» 0,02586 Â èëè

/kT » 38,67 Â

–1

. Â ñîñòîÿíèè äèíàìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ ðåçóëüòèðóþùàÿ ïëîò-

íîñòü òîêà äûðîê íà íåñêîëüêî ïîðÿäêîâ ìåíüøå îòäåëüíûõ åå ñîñòàâëÿþùèõ,

ïîýòîìó ìîæíî çàïèñàòü

qpEqD

pp00

. Ýòî óðàâíåíèå îïèñûâàåò ñëåäóþ-

ùèé ôèçè÷åñêèé ïðîöåññ. Âñëåäñòâèå ðàçëè÷íîé êîíöåíòðàöèè íåîñíîâíûõ íî-

ñèòåëåé ïðîèñõîäèò äèôôóçèÿ äûðîê, êîòîðàÿ îïðåäåëÿåò ïëîòíîñòü òîêà äèô-

ôóçèè è íàïðàâëåíà îò ó÷àñòêîâ ñ âûñîêîé êîíöåíòðàöèåé äûðîê ê ó÷àñòêó ñ

íèçêîé êîíöåíòðàöèåé (íà ðèñ. 19.20 â n-îáëàñòè ñëåâà íàïðàâî). Ñèëó, ïðèâîäÿ

ùóþ ê äèôôóçèè, ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ðåçóëüòàò äåéñòâèÿ íåêîòîðîãî ñòî

ðîííåãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, íàïðÿæåííîñòü êîòîðîãî íàïðàâëåíà ñëåâà íàïðà

âî. Ïðè íàëè÷èè ñòîðîííåãî ïîëÿ, ïîòåíöèàë êîòîðîãî óáûâàåò ïî ìåðå

ïðèáëèæåíèÿ ê ãðàíèöå, â n-îáëàñòè îáðàçóåòñÿ ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, äâèæóùåå

äûðêè ñïðàâà íàëåâî; ïðè ýòîì âîçíèêàåò òîê ïåðåíîñà — òîê äðåéôà, íàïðàâ

ëåííûé ïðîòèâîïîëîæíî òîêó äèôôóçèè. Îñíîâíûå íîñèòåëè — ýëåêòðîíû â

n-îáëàñòè — ðàñïðåäåëÿþòñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òî â ëþáîì îáúåìå n-îáëàñòè îáú

åìíàÿ ïëîòíîñòü çàðÿäà îêàçûâàåòñÿ ðàâíîé íóëþ. Ñâÿçü ìåæäó ïðèëîæåííûì ê

äèîäó íàïðÿæåíèåì è êîíöåíòðàöèåé äûðîê ìîæíî íàéòè, åñëè èç âûðàæåíèé

äëÿ ïëîòíîñòåé òîêîâ îïðåäåëèòü E è ïðîèçâåñòè èíòåãðèðîâàíèå. Èìååì

Edx

òò

== ==

;lnèëè

Íàïðÿæåíèå u = u

n, p

+ u

êîíò

Åñëè ê äèîäó ïðèëîæåíî íàïðÿæåíèå u

n, ð

= 0, òî êîíòàêòíàÿ ðàçíîñòü ïîòåí

öèàëîâ (u

êîíò

)âï–p-ïåðåõîäå îïðåäåëÿåòñÿ îòíîøåíèåì ðàâíîâåñíûõ êîíöåí

òðàöèé äûðîê â ï-èp-ìàòåðèàëàõ. Èíà÷å ãîâîðÿ,

pp e

0êîíò

, è òîãäà

Ãëàâà 19. Ýëåìåíòû íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé, èõ õàðàêòåðèñòèêè è ïàðàìåòðû 339

eppep

np pn

== ==

èëè

ãäå u

= u

n,p

— ïðèëîæåííîå ê äèîäó íàïðÿæåíèå, óñëîâíî-ïîëîæèòåëüíîå íà

ïðàâëåíèå êîòîðîãî ïðèíÿòî îò p -ìàòåðèàëà ê n-ìàòåðèàëó. Òîêè â p-èn-îáëàñ

òÿõ îïðåäåëÿþòñÿ èçáûòî÷íûìè íåîñíîâíûìè íîñèòåëÿìè, ïîýòîìó äëÿ èçáû

òî÷íîé êîíöåíòðàöèè äûðîê â n-ìàòåðèàëå ìîæíî çàïèñàòü

.ppp pe

=- = -

Àíàëîãè÷íîå âûðàæåíèå ìîæíî ïîëó÷èòü è äëÿ èçáûòî÷íîé êîíöåíòðàöèè

íåîñíîâíûõ íîñèòåëåé — ýëåêòðîíîâ â p-ìàòåðèàëå:

.nnn ne

=- = -

Äëÿ êîíöåíòðàöèè äûðîê â íåêîòîðîì îáúåìå è ïëîòíîñòè òîêà äèôôóçèè

ìîæíî çàïèñàòü ñëåäóþùèå óðàâíåíèÿ:

¶t

+=-

Jè .

Ñêîðîñòü âîçðàñòàíèÿ ÷èñëà äûðîê â åäèíèöå îáúåìà ðàâíà ðàçíèöå ñêîðî-

ñòåé ãåíåðèðîâàíèÿ è ðåêîìáèíàöèè äûðîê â åäèíèöå îáúåìà ïëþñ ðàçíîñòü äû-

ðî÷íûõ òîêîâ, âõîäÿùèõ â åäèíèöó îáúåìà è âûõîäÿùèõ èç íåå, ïðè÷åì

— òåïëîâàÿ ðàâíîâåñíàÿ êîíöåíòðàöèÿ äûðîê â n-ìàòåðèàëå, à t

— èõ ýôôåê-

òèâíîå âðåìÿ æèçíè. Àíàëîãè÷íûå óðàâíåíèÿ ìîæíî çàïèñàòü äëÿ êîíöåíòðà-

öèè ýëåêòðîíîâ è ïëîòíîñòè òîêà äèôôóçèè ýëåêòðîíîâ â ìàòåðèàëå p-òèïà:

¶t

Jè.

Íàïðàâëåíèå ïëîòíîñòè òîêà J

è íàïðàâëåíèå ïîòîêà ýëåêòðîíîâ ïðîòèâîïî

ëîæíû, ïîýòîìó ïîñëåäíèé ÷ëåí èìååò äðóãîé çíàê ïî ñðàâíåíèþ ñ âûðàæåíèåì

äëÿ äûðîê.

Åñëè ¶p/¶t = 0, òî

dpp

()

îòêóäà

pp Ae Ae D L

pp p

-= + =

at,,ãäå

ãäå L

— ãëóáèíà äèôôóçèè äûðîê.

Ó÷èòûâàÿ, ÷òî ïðè õ =¥èìååì ð–ð

= 0, ïîëó÷èì A

= 0. Ðàíåå ìû ïîëó÷èëè

âûðàæåíèå äëÿ p-èçáûòî÷íîé êîíöåíòðàöèè äûðîê â çàâèñèìîñòè îò u

. Ïðè èí

òåãðèðîâàíèè ïðåäåëîì ÿâëÿëñÿ õ

, ïîýòîìó äîëæíî áûòü î÷åâèäíîå ðàâåíñòâî

340 ×àñòü 3. Òåîðèÿ íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ öåïåé

Ae pe A e pe

ää

èëè

Îòñþäà îêîí÷àòåëüíî èìååì

() ;

()px p e e nx n e

ää

Òîê â p–n-ïåðåõîäå è, ñëåäîâàòåëüíî, â äèîäå ðàâåí

ii i s sqD

pn p näää

=+= -= - -

||( )

=qs

ãäå s

— ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå äèîäà.

Íàëè÷èå îáúåìíûõ çàðÿäîâ â ð–n-ïåðåõîäå ñëåäóåò ó÷åñòü â ìàòåìàòè÷åñêîé

ìîäåëè òåì, ÷òî òîê äèîäà, êðîìå òîêà ïðîâîäèìîñòè, áóäåò ñîäåðæàòü ñîñòàâ-

ëÿþùèå, ó÷èòûâàþùèå òîêè ñìåùåíèÿ. Òàêàÿ äîáàâêà ìîæåò áûòü ïîëó÷åíà,

åñëè ïðèíÿòü âî âíèìàíèå, ÷òî

sD s

Lqp

Lqn

ñì ä

== +

()

0000

Lq qn

ãäå

pL nL e

()

Çàìåòèì, ÷òî L

= D

, è ïðè ïðåäïîëîæåíèè î ðàâåíñòâå t

= t ìîæíî

ïîëó÷èòü

Ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà, ñîîòâåòñòâóþùàÿ ïîëó÷åííîé âûøå ìàòåìàòè÷åñêîé

ìîäåëè, ïðèâåäåíà íà ðèñ. 19.22, á. Åñëè îáðàòèòü âíèìàíèå íà âûðàæåíèÿ äëÿ

êîíöåíòðàöèè íåîñíîâíûõ íîñèòåëåé è ïëîòíîñòåé òîêîâ, ìîæíî çàìåòèòü èõ

ñõîäñòâî ñ óðàâíåíèÿìè äëÿ öåïåé ñ ðàñïðåäåëåííûìè ïàðàìåòðàìè. Ýòî ñõîäñò

âî íå ñëó÷àéíîå, èáî çàðÿäû è òîêè â âåùåñòâå äèîäà, ñîãëàñíî îñíîâíîìó äîïó

ùåíèþ, ðàñïðåäåëåíû âäîëü êîîðäèíàòû õ, è ïîýòîìó ïðîöåññû ïðîòåêàþòèâçà

âèñèìîñòè îò x, è â çàâèñèìîñòè îò âðåìåíè. Ýòà àíàëîãèÿ òàêæå ãîâîðèò î òîì,

÷òî ïðåäñòàâëåíèå äèîäà äâóìÿ ýëåìåíòàìè íå ìîæåò áûòü ïðèçíàíî òî÷íûì,

òàê êàê ÷àñòîòíûå ñâîéñòâà öåïåé ñ ðàñïðåäåëåííûìè ïàðàìåòðàìè r è C íåâîç

ìîæíî òî÷íî âîñïðîèçâåñòè ïðè ïîìîùè äâóõ ïàññèâíûõ ýëåìåíòîâ.

Âûïðÿìèòåëè ñ ïîëóïðîâîäíèêîâûìè äèîäàìè (âåíòèëÿìè) íàõîäÿò èñêëþ

÷èòåëüíî øèðîêîå ïðèìåíåíèå â ýëåêòðîèçìåðèòåëüíûõ ïðèáîðàõ, â óñòðîéñò

Ãëàâà 19. Ýëåìåíòû íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé, èõ õàðàêòåðèñòèêè è ïàðàìåòðû 341

âàõ àâòîìàòèêè, â ýëåêòðîííûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèíàõ, à òàêæå â ðàçëè÷íûõ

ìîùíûõ ýëåêòðîýíåðãåòè÷åñêèõ óñòàíîâêàõ — â ýëåêòðè÷åñêîì òðàíñïîðòå, íà

ýëåêòðîõèìè÷åñêèõ ïðåäïðèÿòèÿõ è ò. ä.

19.7. Óïðàâëÿåìûå íåëèíåéíûå ýëåìåíòû. Èîííûé ïðèáîð

ñ óïðàâëÿþùèì ýëåêòðîäîì

Ðÿä îñîáûõ, âåñüìà öåííûõ ÿâëåíèé â ýëåêòðè÷åñêèõ öåïÿõ ìîæåò áûòü ïîëó÷åí

ïðè èñïîëüçîâàíèè óïðàâëÿåìûõ íåëèíåéíûõ ýëåìåíòîâ. Â íàñòîÿùåì ïàðàãðàôå

ðàññìîòðèì îäèí èç âåñüìà ðàñïðîñòðàíåííûõ ïðèáîðîâ ýòîãî òèï — èîííûé

ïðèáîð ñ óïðàâëÿþùèì ýëåêòðîäîì. Â ñëåäóþùèõ ïàðàãðàôàõ áóäóò ðàññìîòðå

íû äâà äðóãèõ ïîëó÷èâøèõ øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïðèáîðà — òðåõýëåêòðîä

íàÿ ëàìïà è ïîëóïðîâîäíèêîâûé òðèîä.

Èîííûé ïðèáîð ñ óïðàâëÿþùèì ýëåêòðîäîì âûïîëíÿåòñÿ èëè ñ æèäêèì êà

òîäîì, êàê ðòóòíûé âåíòèëü, èëè ñ íàêàëèâàåìûì êàòîäîì, êàê ãàçîòðîí. Îò

ìåòèì, ÷òî ÷àñòî îí íîñèò íàçâàíèå òèðàòðîí. Óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä îáû÷íî

âûïîëíÿåòñÿ â âèäå ñåòêè òîé èëè èíîé êîíñòðóêöèè, ðàñïîëîæåííîé ìåæäó

êàòîäîì è àíîäîì.

Ñåòêà â èîííîì ïðèáîðå íå îáëàäàåò ïîëíûì óïðàâëåíèåì. Ñ ïîìîùüþ îòðè-

öàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ ìåæäó ñåòêîé è êàòîäîì, ïðè êîòîðîì ïîòåíöèàë ñåòêè

îòðèöàòåëåí ïî îòíîøåíèþ ê ïîòåíöèàëó êàòîäà, ìîæíî íå äîïóñòèòü âîçíèêíî-

âåíèÿ ðàçðÿäà ìåæäó êàòîäîì è àíîäîì, íî íåâîçìîæíî ïðåêðàòèòü óæå âîçíèê-

øèé ðàçðÿä. Äåéñòâèå ñåòêè â òàêîì ïðèáîðå ïîÿñíÿåòñÿ ðèñ. 19.23. Äî ìîìåíòà

âðåìåíè t

íàïðÿæåíèå íà ñåòêå u

áûëî îòðèöàòåëüíûì è ðàçðÿä ìåæäó êàòîäîì è

àíîäîì íå îáðàçîâûâàëñÿ, õîòÿ â îòäåëüíûå èíòåðâàëû âðåìåíè íàïðÿæåíèå u

ìåæäó àíîäîì è êàòîäîì áûëî ïîëîæèòåëüíî.

Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ñåòêè êîìïåíñèðîâàëî

ïîëå àíîäà. Â ìîìåíò âðåìåíè t

íà ñåòêó ïî

äàåòñÿ èìïóëüñ ïîëîæèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ.

Òàê êàê ïðè ýòîì íàïðÿæåíèå íà àíîäå ïîëî

æèòåëüíî, òî ìåæäó êàòîäîì è àíîäîì âîçíè

êàåò èîííûé ðàçðÿä â ôîðìå ýëåêòðè÷åñêîé

äóãè. Îäíàêî èçìåíåíèå çíàêà u

íà îòðèöà

òåëüíûé â ìîìåíò t

ïðè ïîëîæèòåëüíîì íàïðÿæåíèè íà àíîäå íå ïðèâîäèò ê ïî

ãàñàíèþ äóãè, òàê êàê ïîëîæèòåëüíûå èîíû, èìåþùèåñÿ â áîëüøîì êîëè÷åñòâå â

ïðîñòðàíñòâå, îêðóæàþùåì ñåòêó, ïðèâëåêàþòñÿ ê íåé è íåéòðàëèçóþò äåéñòâèå

åå îòðèöàòåëüíîãî çàðÿäà. Äóãà ãàñíåò â ìîìåíò t

èçìåíåíèÿ çíàêà íàïðÿæåíèÿ u

ìåæäó àíîäîì è êàòîäîì. Äóãà çàãîðàåòñÿ âíîâü â ìîìåíò t

ïðè ïîäà÷å ïîëîæè

òåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ íà ñåòêó ïðè ïîëîæèòåëüíîì íàïðÿæåíèè u

. Ïîäà÷à íà ñåò

êó ïîëîæèòåëüíîãî èìïóëüñà íàïðÿæåíèÿ â ìîìåíò t

, êîãäà íàïðÿæåíèå íà àíîäå

îòðèöàòåëüíî, íå ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ äóãè. Åñëè â ìîìåíò t

ñíÿòü îòðèöà

òåëüíîå íàïðÿæåíèå íà ñåòêå è çàìåíèòü åãî ïîñòîÿííûì ïîëîæèòåëüíûì, òî äóãà

áóäåò áåñïðåïÿòñòâåííî ãîðåòü ïðè ïîëîæèòåëüíûõ çíà÷åíèÿõ àíîäíîãî íàïðÿæå

íèÿ òàê æå, êàê ýòî ïðîèñõîäèò â íåóïðàâëÿåìîì âåíòèëå.

Õîòÿ óïðàâëÿþùåå äåéñòâèå ñåòêè â èîííûõ ïðèáîðàõ îãðàíè÷åíî, íî è òàêîå

äåéñòâèå ñåòêè, êàê áóäåò ïîêàçàíî, äàåò âîçìîæíîñòü îñóùåñòâèòü ðåãóëèðîâà

342 ×àñòü 3. Òåîðèÿ íåëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ öåïåé

Ðèñ. 19.23