Носителей электрических

1. В оптическом канале связи носителями информации являются электрически нейтральные фотоны.

Носителями информации в электронике чаще всего используются количественные показатели электротехники: напряжение, ток и заряд. В реальных электронных цепях наблюдается их изменение во времени. Кроме того, существуют особые области электроники (микроэлектроники), где электрический сигнал подвергается взаимному преобразованию со световым (оптоэлектроника), акустическим (акустоэлектроника) или магнитным сигналом (магнитоэлектроника). Таким образом существуют различные виды передачи и обработки информационного сигнала в электронике, но чаще всего электронное устройство представляет из себя чисто .электрическую цепь. В такой цепи обычно используются как пассивные (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности), так и активные (усилительные) элементы, к которым в первую очередь следует отнести разнообразные транзисторы.

В ЗУ на ПЗС двоичная информация представляется полными (логическая «1») и пустыми (логический «О») потенциальными ямами. Поскольку пакеты зарядов, которые являются носителями информации, деградируют в результате потерь при переносе и накоплении паразитных темновых носителей, их периодически необходимо восстанавливать, т. е. для хранения цифровой информации в сдвиговом регистре на ПЗС ее приходится периодически регенерировать с помощью специальной схемы. Системная организация ЗУ на ПЗС иллюстрируется структурной схемой, приведенной на 4.5.

Информация может храниться и передаваться от одного объекта к другому. Хранителями (носителями) информации могут быть объекты как живой, так и неживой природы: желудь и книга, мозг человека и запоминающее устройство вычислительной машины. Обмениваться информацией может и желудь с дубом, и ЭВМ с ЭВМ, и человек с ЭВМ.

Эксплуатируемые в настоящее время полупроводниковые УРЗ по способу получения информации о состоянии защищаемого объекта делятся на две группы. К первой группе относятся УРЗ, для которых носителями информации являются вторичные токи и напряжения, получаемые . от измерительных трансформаторов, связанных с защищаемым объектом, и, следовательно, пропорциональные соответствующим первичным величинам. Она охватывает большинство современных защит. Во вторую группу входят УРЗ, где для получения информации о состоянии объекта использование первичных величин невозможно или нецелесообразно. Здесь для этой цели применяется вспомогательный генератор, чаще всего переменного тока, связанный с защищаемым объектом. Изменение параметров цепи с включенным' в нее генератором в аварийных режимах позволяет УРЗ зафиксировать эти режимы. Сюда относится, например, защита от замыкания на землю обмотки возбуждения гидрогенератора [1]. Приводимые дальше рассуждения относятся в основном к УРЗ первой группы, но могут быть с успехом перенесены и на вторую группу.

5.1.1. Масштабирование в процессорной части измерительных средств. Процессоры всех классов при реализации алгоритма выполняют операции над носителями информации: напряжением, цифровым кодом и т. п. Эти машинные переменные соответствуют математическим величинам решаемой измерительной задачи. Как правило,, диапазоны изменения математических и машинных переменных не совпадают; различаются эти переменные и по физическим размерностям. Приведение всех математических величин (исходных, промежуточных и конечных) к диапазону изменения и размерностям машинных переменных с учетом точности решения задачи называют масштабированием [72]. В дальнейшем все машинные переменные будем снабжать значком Д, например ?, $ и т. д.

Управляющая вычислительная машина должна иметь устройства связи и сопряжения с датчиками (первичными носителями информации) и объектами управления, устройства отсчета реального времени (таймеры, счетчики и т.п.), устройства управления, выполненные аппаратно или программно с внешним или приоритетным прерыванием. Данные УВМ позволяют оператору записывать самому в память необходимую программу последовательности действий при управлении объектом и тем самым создавать «жесткие» аппаратные программы либо пользоваться для записи перепрограммируемыми матрицами, позволяющими при необходимости изменять программу команд управления и контроля.

Измерительный сигнал и преобразование измерительной информации. Материальными носителями информации являются сигналы, всегда имеющие вид энергетического процесса. Измерительный сигнал— материальный носитель измерительной информации. Параметр измерительного сигнала, содержащий измерительную информацию, называется его информативным параметром.

Информация наносится на перфокарты и перфоленты с помощью пробивок отверстий (перфораций) *. Таким образом, перфокарты и перфоленты являются носителями информации, а массивы перфокарт или перфолент можно рассматривать как внешний накопитель информации.

Измерительный сигнал и преобразование измерительной информации. Материальными носителями информации являются сигналы, всегда имеющие вид энергетического процесса. Измерительный сигнал — материальный носитель измерительной информации. Параметр измерительного сигнала, содержащий измерительную информацию, называется его информативным параметром.

Любые устройства связи служат для передачи и приема информации. В наиболее общем смысле под информацией понимают любые сведения об окружающем нас мире. Информация может не только передаваться, но и храниться, например, в книге или на магнитной ленте. Во всех случаях носителями информации являются сигналы. Необходимо вспомнить их основные свойства, известные из курса «Введение в специальность».

Элементы цепи выполняют свое назначение, когда цепь замкнута и в ней имеет место направленное движение носителей электрических зарядов — электрический ток.

Если электрические заряды могут перемещаться сквозь объем тела, переходя от одного электрода к другому, или хотя бы перемещаются в нем на макроскопические расстояния, то такие заряды называются свободными и их движение создает ток проводимости. Наличие свободных зарядов в структуре диэлектрика характеризуется электрической проводимостью у. Эта величина служит некоторым критерием, позволяющим различать диэлектрики, полупроводники и проводники. К диэлектрикам относят вещества с электрической проводимостью, меньшей 10~8 См/м, а к проводникам — большей 105 См/м. Промежуточные значения проводимости свойственны полупроводниковым материалам. Такое деление несколько условно, но все же переход указанных границ связан, как правило, с изменением физической природы носителей электрических зарядов.

4. С помощью потенциальной диаграммы покажите образование носителей электрических зарядов для чистого голупроводника, полупроводника «-типа, полупроводника р-типа.

Электрическим током смещения (током поляризации) называют упорядоченное движение связанных носителей электрических зарядов. Этот вид тока можно наблюдать в диэлектриках.

Электрическому току приписывается направление. Хотя в общем случае ток представляет собой движение носителей электрических зарядов того и другого знаков в разные стороны, однако за направление тока принимают направление перемещения положительных зарядов; это направление противоположно направлению движения отрицательных зарядов.

Как известно, направленное движение носителей электрических зарядов называется электрическим током. Для получения направленного непрерывного движения носителей электрических зарядов необходимо создат замкнутый электрический контур, состоящий из источника и приемников электрической энергии, соединенных с помощью проводников. Такой замкнутый электрический контур называют электрической цепью, если процессы, протекающие в приемниках электрической энергии, могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе (э. д. с.), силе тока и напряжении. Таким образом, электрическая цепь представляет собой совокупность устройств, обеспечивающих генерирование, передачу и использование электрической энергии. Отдельные устройства, составляющие электрическую цепь, называют элементами электрической цепи. Элементы электрической цепи, генерирующие электрическую энергию, называют источниками электрической энергии (или источниками энергии, источниками питания, просто источниками), а элементы, потребляющие электроэнергию,— приемниками электрической энергии (или приемниками, потребителями). С помощью источников различные виды энергии преобразуются в электрическую энергию. Например, в машинных генераторах в электрическую энергию преобразуют механическую энергию, в гальванических элементах и аккумуляторах — химическую энергию, в термогенераторах — тепловую энергию, в фотоэлементах — энергию излучения и т. д. Приемники, наоборот, преобразуют электрическую энергию в другие виды энергии, а именно: электродвигатели — в механическую, электронагревательные устройства — в тепловую, лампы накаливания - в световую, аккумуляторы - в химическую и т. д.

Рассмотрим простейшую электрическую цепь ( 1.2), в которой сопротивлением проводов, соединяющих источник питания с приемником, можно пренебречь. Электрическое поле, возникающее в проводниках между зажимами источника, воздействует на свободные носители зарядов проводников и вызывает электрический ток в цепи. Перемещение носителей зарядов по электрической цепи требует затраты энергии на преодоление противодействия их движению со стороны проводников (элементов) цепи. Это противодействие — результат столкновений носителей электрических зарядов с атомами или молекулами при перемещении их по проводнику. Противодействие проводника направленному движению носителей электрических зарядов, т. е. электрическому току, характеризуется сопротивлением проводника г.

и магнитными цепями не распространяется на суть физических процессов, протекающих в них. В самом деле, если в электрической цепи возможно существование э. д. с. без тока (т. е. при г - оо), то в магнитной цепи при существовании м. д. с. обязательно имеется замкнутый магнитный поток, т. е. существование м. д. с. всегда связано с одновременным существованием магнитного потока. Если э. д. с. вызывает в проводниках направленное движение носителей электрических зарядов, то м. д. с. движения не вызывает. Если в электрической цепи при прохождении тока непрерывно затрачивается энергия в сопротивлении г и поэтому для поддержания тока необходим непрерывный подвод энергии, то в магнитной цепи раз созданный постоянный магнитный поток не требует в дальнейшем энергии для поддержания.

В полупроводниковых приборах химически чистые полупроводники используются довольно редко. Обычно для изготовления приборов применяют полупроводниковые материалы, электропроводность которых обусловлена преимущественной концентрацией подвижных носителей электрических зарядов того или иного знака: электронов или дырок. С этой целью в предварительно химически очищенный полупроводниковый материал вводятся специальные примеси (материал легируется).

В основе электрических явлений в полупроводниковых приборах лежат процессы движения свободных носителей электрических зарядов — частиц, не связанных с отдельными атомами и способных свободно перемещаться в кристаллической структуре. В полупроводниках свободные носители: зарядов могут образоваться в результате разрыва валентных связей и отделения от атомов полупроводника валентных электронов либо в результате ионизации атомов примесей. Процессы образования свободных частиц называют генерацией свободных носителей заряда, а процессы возвращения свободных частиц в связанное состояние — рекомбинацией.

Значение к. п. д. фотоэлемента зависит о'т ряда факторов. Существенную роль играют световые потери, определяемые в первую очередь коэффициентом отражения. Отраженная часть световой энергии не участвует в процессе преобразования. К световым потерям относят также ту часть фотонов, которая при поглощении не создает пар носителей электрических зарядов (поглощение решеткой, свободными носителями зарядов, экситонное поглощение и др.).