Электрических процессов

Чтобы привести в действие устройство, использующее электрическую энергию (приемное устройство), на его входных зажимах необходимо создать и поддерживать определенную разность электрических потенциалов — электрическое напряжение. Для этой цели приемное устройство подключают к генерирующему, образуя тем самым комплекс устройств — электрическую цепь.

В /?-п-переходе образуется разность электрических потенциалов, т. е. возникает потенциальный барьер. Распределение потенциала в переходном слое в зависимости от

8.14. Введите в рассмотрение переменные Ua и Ub — изображения электрических потенциалов точек а и Ь соответственно. ПрИ ЭТОМ UBbix=Ua.—Ub.

При разомкнутой внешней цепи обмен электрическими зарядами между электродами не происходит. Вблизи поверхности электродов (на границе раздела «твердый электрод --жидкий электролит») идут промежуточные реакции окисления и восстановления химических веществ с отдачей электронов и образованием ионов. Недостаток электронов на одном электроде приводит к появлению на нем положительного заряда, избыток электронов на другом электроде обусловливает его отрицательный заряд. Образуется разность электрических потенциалов, которая при разомкнутой цепи нагрузки равна ЭДС АБ.

Основные электрические свойства диэлектриков. Любое, даже самое простое электрическое устройство нельзя построить без диэлектрических материалов. Большинство их применяют для электрической изоляции, т. е. для отделения друг от друга и от земли электропроводных частей, имеющих между собой разность электрических потенциалов.

Разность электрических потенциалов

Большую опасность представляет занос высоких электрических потенциалов, проникающих на объект по подземным трубопроводам и кабелям, связанным непосредственно с зааемлителями молниеотводов или проходящими вблизи их. Эти потенциалы способны вызвать внутри объекта разряд на ближайшие сооружения и явиться причиной взрыва или пожара, а также поражения людей.

Занос высоких потенциалов — перенесение высоких электрических потенциалов в здания по внешним металлическим сооружениям и коммуникациям, а также по проводам воздушных линий (электро-, радио-, телефонных) при прямых ударах молнии в них. Образующиеся искры от вторичного воздействия молнии могут быть причиной взрыва в помещениях с наличием взрывоопасных смесей. Для людей и животных, находящихся на расстоянии 5—10 м от места удара молнии в землю, воз-, никает опасность шагового напряжения. Шаговым напряжением называется напряжение, приходящееся на длину шага человека или животного, образуемое на поверхности грунта током молнии. Вероятность поражения молнией зданий и сооружений зависит от интенсивности грозовой деятельности в данной местности, рельефа ме-

Многие методы измерения удельного электрического сопротивления полупроводниковых материалов основаны на .измерении разности электрических потенциалов на некотором участке образца, через который пропускается электрический ток. Исторически одним из первых методов измерения удельного сопротииления был двух-зондовый метод, применявшийся для измерения удельного сопротивления металлов. Измерения с помощью методов, для которых необходима строго определенная геометрия образца, сопряжены со значительными затратами времени, главным образом на изготов-

манипуляции электрических потенциалов на металлических электродах МДП-структуры, возбуждения акустической волны в слое пьезоэлектрика, покрывающего полупроводник, и др. Однако наибольшее распространение получили ПЗС на основе МДП-структур. К одному из важнейших типов ПЗС относится так называемый поверхностно-зарядовый транзистор, структура и условное обозначение которого приведены на 3.16, а, б. Как видно из рисунка, структура ПЗС представляет собой кремниевую подложку с электропроводностью /г-типа, на которой создаются области, покрытые слоем SiCb толщиной 0,1—0,2 мкм. Над этими областями располагаются металлические электроды, показанные на 3.16, а. Структура ПЗС очень проста, так как по существу включает в себя только три области и для своего формирования не требует проведения процессов контролируемого введения примесных атомов (диффузии или ионного легирования). Количество технологических операций, необходимых для изготовления ПЗС, втрое меньше, чем для биполярных структур, и вдвое меньше, чем для МДП-структур. Важная особенность ПЗС состоит также в том, что их можно изготовлять не только на основе кремния, но и на основе ряда других полупроводниковых материалов (например, на арсениде галлия), имеющих высокую подвижность носителей заряда или большую ширину запрещенной зоны. Однако следует принимать во внимание, что технология изготовления ПЗС предъявляет гораздо более жесткие требования к совершенству границы раздела между полупроводником и диэлектриком, чем технология изготовления МДП-структур. Например, если для нормальной работы МДП-транзисторов достаточно обеспечить плотность поверхностных состояний 10'°— 10" см~2, то для функционирования ПЗС эта плотность должна быть меньше примерно на два порядка.

Электролюминесценция будет иметь место при наличии разности электрических потенциалов между электродами. Если выход света осуществляется со стороны подложки, то последняя выполняется прозрачной, а в качестве проводящего покрытия чаще всего используют окислы различных металлов. Материалами электролюминофоров являются монокристаллические соединения второй и шестой групп периодической системы элементов (соединения цинка и кадмия с серой и селеном), активированные различными примесями.

7.3.2. Светолучевые осциллографы. Светолучевой осциллограф предназначен для наблюдения и фотографирования быстро протекающих электрических процессов. Основным элементом осциллографа является осциллографический гальванометр, принцип действия которого аналогичен прибору магнитоэлектрической системы.

На принципиальной схеме изображают все ЭРЭ и другие устройства (ГОСТ 2.702—75), необходимые для осуществления и контроля в ЭА заданных электрических процессов, все электрические связи между ними, а также электрические элементы (соединители, зажимы и т. п.), которыми заканчиваются входные и выходные цепи (оформление см. § 7, 6). Элементы на схеме изображают в виде условных графических обозначений, установленных в стандартах ЕСКД.

Электронным осциллографом, или осциллоскопом, называют прибор, предназначенный для визуального наблюдения или фотографирования переменных во времени электрических процессов.

Электрическая принципиальная схема определяет полный состав элементов и связи между ними и дает детальное представление о принципах работы изделия. На принципиальной схеме изображают все электрические элементы и устройства, необходимые для осуществления в изделии заданных электрических процессов, все связи между ними, а также электрические элементы (разъемы, платы, зажимы и т. п.), которыми заканчиваются входные и выходные цепи.

Эдаектронно-лучевой осциллограф — прибор для визуального наблюдения электрических процессов, представленных в форме напряжения, а также измерения различ-н-ых параметров сигналов, определяющих их мгновенные значения и временные характеристики. Кроме того, осциллограф может быть использован для измерения фазового сдвига между двумя синусоидальными напряжениями, частоты и составляющих комплексного сопротивления.

К числу наиболее важных составных частей процесса инженерного расчета принципиальной электрической схемы относится оптимизация параметров прототипов ИМС. При создании методов оптимизации решают задачи выбора целевой функции и способов ее вычисления, а также задачи, связанные с поиском экстремума. Обычно один из выходных параметров схемы выбирают за целевую функцию, а на остальные выходные параметры налагают ограничения, т.е. эта задача сводится к нелинейному программированию. Целевую функцию рассчитывают путем моделирования электрических процессов в схеме. Поиск экстремума осуществляют одним из градиентных методов, реже применяют методы случайного поиска. При наличии гребней на поверхности отклика целевой функции используют метод оврагов.

Осциллографироеание электрических процессов широко применяется в настоящее время при производстве различных видов наладочных работ. В связи с тем, что для каждого вида наладки и измерений наиболее эффективен определенный тип осциллографа, парк применяемых осциллографов весьма разнообразен. Область применения различных типов осциллографов в зависимости от вида наладки и измерений, а также их краткие характеристики приведены в [1].

производить измерения одновременно двух низкочастотных электрических процессов с фотографированием.

Электронные электровакуумные приборы, к которым относятся электронные лампы, а также электронно-лучевые трубки (ЭЛТ): осциллографические (применяемые в приборах для визуального наблюдения электрических процессов), кинескопы (применяемые в телевизионных приемниках) и др.

Целью анализа является расчет электрических процессов в заданных электрических цепях, т. е. в цепях с заданной структурой и с заданными характеристиками всех элементов цепи, например расчет изменений во времени токов в заданной цепи при известном законе изменения во времени э. д. с., действующих в этой цепи.

При исследовании электрических процессов чаще всего необходимо измерять силу тока и напряжение. Для этого служат амперметры и вольтметры. Амперметры включаются в цепь последовательно с нагрузкой, а вольтметры — параллельно ей или тому участку, на котором необходимо измерить напряжение. Наиболее распространенными являются приборы электромагнитной системы, так как ими можно производить измерения в цепях как постоянного, так и переменного тока.