Свободного напряжения

При температуре, равной абсолютному нулю, атомы кристаллической решетки полупроводника находятся в состоянии относительного покоя. С возрастанием температуры начинаются тепловые колеба'ния атомов решетки и в результате появляются свободные электроны, получившие дополнительную тепловую энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей. При этом отдельные электроны могут покинуть ковалентные связи и превратиться в свободные носители заряда. Следовательно, для перевода электрона в свободное состояние необходимо сообщить ему дополнительное количество энергии, которое обозначим AW. Электроны, получившие дополнительную энергию, меньшую AW, не могут перейти в зону проводимости и остаются в валентной зоне.

Процесс генерации в это время протекает интенсивно, так как электроны занимают свободные рекомбинационные ловушки, а затем переходят в зону проводимости (свободное состояние), откуда они выводятся электрическим полем за пределы области объемного заряда.

Необходимым условием для прохождения электронов через барьер вследствие туннельного эффекта является то, чтобы против занятого электроном состояния по одну сторону барьера находилось свободное состояние по другую сторону барьера. Такие состояния достигаются при приложении к переходу внешнего ^напряжения, которое вызывает смещение уровней Ферми в р — п-областях. При взаимном смещении часть уровней в валентной зоне и зоне проводимости материалов р- и л-типа перекрывается.

Переход носителей заряда в свободное состояние при наличии примесных уровней существенно облегчается, так как сокращается участок запрещенной зоны, который электронам надо преодолеть. Проводимость кристалла возрастает.

масла.при его увлажнении ( 5.35, б). Электрическая прочность трансформаторного масла зависит от температуры ( 5.36). При температурах, близких к 0° С, содержащаяся в масле вода находится в эмульсионном состоянии и ?пр имеет минимальное значение. С увеличением температуры вода переходит в растворенное состояние, т. е. отдельную ее фракцию и свободное состояние исчезает. В состоянии раствора примесь воды в меньшей степени снижает ?„р трансформаторного масла. При температурах, больших 70° С. в трансформаторном масле начинается процесс кипения легких его фракций и количество газов увеличивается, что снижает ?пр-Увеличение ?пр при понижении температуры до 40°С вызвано тем. что вода образует отдельную фракцию и замерзает. Электрическая прочность сухого масла имеет большее значение, чем увлажненного, и практически не изменяется до температуры 70 °С.

До сих пор мы рассматривали возникновение свободных носителей заряда под влиянием тепловой энергии. Перевод электрона в свободное состояние или образование дырки может осуществляться также под воздействием света.

Вследствие высокого содержания примесей в обеих областях полупроводникового кристалла ширина р-п перехода оказывается очень малой (не более 0,01 мкм), что приводит к значительному повышению напряженности электрического поля на переходе (порядка 108 В/м). В этих условиях имеется конечная вероятность того, что электрон, движущийся в сторону очень узкого барьера, пройдет сквозь него (как через «туннель») и займет свободное состояние с такой же энергией по другую сторону от барьерного слоя. Чтобы подчеркнуть специфичность прохождения электронов че^эез р-п переход, описанное явление было названо туннельным эффектом.

ну и отжимается двумя пружинами /. Когда пружина находится в свободном состоянии, сбрасыватель перекрывает режущие кромки пуансона на 0,5—1 мм. Верхняя часть штампа закреплена в прессе при помощи хвостовика 3. Работа штампа происходит следующим образом. Штампуемый лист кладут на матрицу. При включении пресса верхняя часть штампа опускается. Сначала сбрасыватель 7 прижимает лист к матрице 10. Затем пуансон, сжимая пружины съемника, углубляется в матрицу и вырубает паз. При ходе штампа вверх пуансон выйдет из пробитого в листе отверстия, пружины придут в свободное состояние, и съемник поднимется вверх. После вырубки паза заготовка поворачивается на одно пазовое деление, и происходит вырубка следующего паза.

в направлении поля, как эквивалентный положительный заряд. Процесс перехода электронов в свободное состояние сопровождается и обратным явлением, т. е. возвратом электронов в нормальное состояние. В результате в веществе наступает равновесие, т. е. число электронов, переходящих в свободную зону, становится равным числу электронов, возвращающихся обратно в заполненную зону.

Энергию, необходимую для перехода электрона в свободное состояние или для образования дырки, может доставить не только тепловое движение, но и другие источники энергии, например свет, поток электронов и ядерных частиц, электрические и магнитные поля, механические воздействия и т. д.

—• Классическая электронная теория металлов представляет твердый проводник в виде системы, состоящей из узлов кристаллической ионной решетки, внутри которой находится электронный газ из коллективизированных (свободных) электронов. В свободное состояние от каждого атома металла переходит от одного до двух электронов. К электронному газу применялись представления и законы статистики обычных газов. При изучении хаотического (теплового) и направленного под действием силы электрического поля движения электронов был выведен закон Ома. При столкновениях электронов : узлами кристаллической решетки энергия, накопленная при ускорении электронов в электрическом поле, передается металлической эснове проводника, вследствие чего он нагревается. Рассмотрение этого вопроса привело к выводу закона Джоуля—Ленца. Таким образом, электронная теория металлов дала возможность аналити-

равно нулю независимо от величины напряжения источника питания. Это можно объяснить наложением на установившееся напряжение свободного напряжения, равного и обратного по знаку установившемуся напряжению.

Начальное значение свободного напряжения зависит от момента включения. Если включение произойдет в момент, когда установившееся напряжение на зажимах конденсатора проходит через максимальное значение, например, отрицательное ( 9-57), то и начальное значение свободного напряжения будет наибольшим ( 9-58),

Если включение цепи произойдет в тот момент, когда установившееся напряжение на конденсаторе проходит через нулевое значение, то свободного напряжения в цепи

Переходное напряжение на емкости равно сумме принужденного и свободного напряжения

начальное значение производной от свободного напряжения на конденсаторе; 2)токи И, 12, (3 и напряжение ис в функции времени.

Включение К -цепи на постоянное напряжение (зарядка конденсатора). Рассмотрим переходный процесс при включении rC-цепи на постоянное напряжение U = U0 ( 6.1, а). При включении этой цепи конденсатор будет заряжаться до принужденного напряжения «с = U0. Однородное дифференциальное уравнение для свободного напряжения на емкостном элементе цепи совпадает с (6.27), поэтому свободное

Требуется: 1) найти полные, принужденные и свободные составляющие токов t'i, i2, z'a и ис при t = 0+, а также начальное значение производной от свободного напряжения на емкости; 2) определить токи ix, ;2, ia и напряжение ис в функции времени.

т. е. оно равно разности постоянного напряжения U источника питания и свободного напряжения, убывающего с течением времени по закону показательной функции от значения U до нуля.

Напряжение на конденсаторе при переходном режиме состоит из двух слагающих принужденного напряжения «с пр и свободного напряжения «с св:

Начальное значение свободного напряжения зависит от момента включения. Если включение произойдет в момент, когда принужденное напряжение на конденсаторе проходит

через максимальное значение, например, отрицательное ( 17-16), то и начальное значение свободного напряжения будет наибольшим, равным амплитуде принужденного напряжения Uc«- Как видно из (17-40), это будет при г> = = ф. Если свободное напряжение'спадает медленно (т >Г), то наибольшее значение переходного напряжения на конденсаторе может достигнуть примерно двойного амплитудного принужденного значения 2UCu через время, равное примерно половине периода после включения, когда свободное и принужденное напряжения будут иметь одинаковый знак.