Собственное поглощение

Свойства элемента цепи создавать собственное магнитное поле (поле самоиндукции), когда в нем имеется электрический ток, характеризуют параметром индуктивности L. Параметр индуктивности является коэффициентом пропорциональности между током (/, t) и потокосцеплением (^F, Ч t) данного устройства: \Р = L/ или *?t — Li. Его называют коэффициентом самоиндукции и измеряют в Генри (Г).

При подключении нагрузки ток якоря, протекая по статорной обмотке, создает собственное магнитное поле, которое воздействует на МДС обмотки возбуждения и изменяет содержание основной и высших гармонических составляющих потока. Чтобы определить результирующую v-ю гармонику поля при совместном действии обмотки возбуждения и реакции якоря, необходимо определить форму поля, создаваемую реакцией якоря Bva [25, 26].

При подключении нагрузки ток якоря основной обмотки создает собственное магнитное поле, которое воздействует на МДС обмотки возбуждения и изменяет содержание основной и высших гармонических составляющих поля и соответственно ЭДС основной и гармонической обмоток. (Ток гармонической обмотки создает реакцию якоря по v-й, основной и другим гармоническим составляющим потока, но действие ее мало и в дальнейшем не учитывается).

Для объяснения этого явления рассмотрим частицу в виде сферы диаметром D, состоящую из двух доменов, разделенных граничным слоем ( 1.12, а). Энергия граничного слоя Ev — yrv S представляет собой поверхностный эффект и, следовательно, пропорциональна квадрату диаметра. Если бы эта частица состояла из одного домена, то вокруг нее существовало бы собственное магнитное поле (рис, 1.12, б),

Собственное магнитное поле электродинамического механизма слабое, поэтому для защиты от влияния внешних магнитных полей применяют двойные экраны из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью (например, пермаллоя). Недостатками являются также большое собственное потребление энергии, повышенная чувствительность к электрическим и механическим перегрузкам, относительная сложность и высокая стоимость. Часть недостатков можно устранить, если внутри обеих катушек поместить ферромагнитные сердечники. Такой измерительный механизм называют ферродинамическим. Конструктивно он похож на магнитоэлектрический механизм, но вместо постоянного магнита имеется электромагнит — неподвижная ка-тушка с ферромагнитным сердечником, в котором создается сильное магнитное поле. Это позволяет уменьшить собственное потребление энергии и отказаться от магнитных экранов. Однако вместо устраненных недостатков появились другие; например, существенно понижается точность прибора, так как дополнительна

Для определения направления магнитных силовых линий кругового тока и соленоида пользуются «правилом буравчика», применяя его следующим образом: направление магнитных силовых линий совпадает с направлением поступательного движения буравчика, если вращательное движение его совпадает с направлением тока в витках ( 16). Если катушку с током разместить на сердечнике из ферромагнитного материала, то последний, намагничиваясь, создает собственное магнитное поле, которое, складываясь с магнитным полем катушки, создает сильное результирующее поле. Вот почему сердечники трансформаторов, электрических машин, электромагнитов, электроизмерительных приборов, электрических аппаратов выполняются из ферромагнитных материалов.

Опыты показывают, что намагничивание ферромагнитных материалов происходит не пропорционально увеличению магнитодвижущей силы, сначала магнитная индукция растет быстро, а затем почти не возрастает. Такое состояние ферромагнитного материала называется магнитным насыщением. Насыщение объясняется тем, что практически все элементарные магниты ориентируются вдоль внешнего поля и собственное магнитное поле материала перестает расти. Магнитные свойства какого-либо ферромагнитного материала выражаются зависимостью величин В от Н, называемой кривой намагничивания. Кривые намагничивания снимаются опытным путем отдельно для каждого материала и каждого сорта этого материала.

Магнитное поле проводника с током можно усилить, если проводнику придать форму витка ( 3.2). Несколько витков, свернутых спиралью, образуют соленоид ( 3.3). Магнитное поле соленоида можно в свою очередь усилить, если выполнить соленоид в виде кольцевой катушки (тороида) ( 3.4). Если обмотку с током разместить на сердечнике из ферромагнитного материала, то последний создает собственное магнитное поле, которое, складываясь с магнитным полем катушки, усиливает поле в 103—10е раз. Поэтому сердечники трансформаторов, электрических машин, подъемных электромагнитов, измерительных приборов и других электро-~магнитных аппаратов выполняются из ферромагнитных материалов.

Собственное магнитное поле электродинамических механизмов, силовые линии которого замыкаются по воздуху, невелико. На электродинамические механизмы влияют внешние магнитные поля. Для защиты от них применяется экранирование, т. е. измерительный механизм помещают внутри одного или двух экранов из ферромагнитного материала. Успокоение — воздушное или магнитоиндукционное (при наличии зжранирования от полей рассеяния постоянного тормозного магнита).

Собственное магнитное поле в ферродинамических механизмах сильное, поэтому внешние магнитные поля на них влияют слабо. Конструкции механизмов, изображенные на 5.17, а, б, особенно хорошо защищены, так как магнитопровод одновременно является экраном. Успокоители применяются магнитоиндукционные и жидкостные.

Магнитное поле в электромагнитных механизмах без магнитопроводов, замыкающееся в основном по воздуху, невелико, поэтому внешние магнитные поля существенно влияют на показания приборов с такими механизмами. Для уменьшения влияния внешних магнитных полей применяют экранирование. В механизмах с магнитопро-водом собственное магнитное поле сильнее, поэтому экранировать приборы с такими механизмами не надо.

Зависимость показателя поглощения от энергии фотонов называют спектром поглощения полупроводника ( 1.19). При больших энергиях фотонов происходит собственное поглощение с образованием пар носителей электрон — дырка. Показатель поглощения при этом велик. При малой энергии фото-

Фоторезистивный эффект — это изменение электрического сопротивления полупроводника, обусловленное исключительно действием оптического излучения и не связанное с его нагреванием. Для возникновения фоторезистивного эффекта необходимо, чтобы в полупроводнике происходило либо собственное поглощение оптического излучения или фотонов с образованием новых пар носителей заряда, либо примесное поглощение с образованием носителей одного знака при возбуждении однотипных дефектов. В результате увеличения концентрации носителей заряда уменьшается сопротивление полупроводника.

Собственное поглощение. Один из основных видов оптического поглощения — собственное или фундаментальное поглощение — связан с переходом электрона из валентной зоны в зону проводимости. Такой переход возможен в том случае, если энергия поглощаемого фотона превышает или по крайней мере равна ширине запрещенной зоны: hv ^ &Е3 Как было показано в гл. 9, строение энергетических зон полупроводников может быть различным. У ряда полупроводников энергетический минимум зоны проводимости и энергетический максимум валентной зоны соответствуют одному и тому же значению квазиимпульса р или волнового

Длинноволновая граница спектра собственного поглощения определяется величиной ДЯд, т. е. той минимальной энергией •фотона, которая при поглощении может вызвать межзонный переход. Для большинства полупроводников собственное поглощение в зависимости от ширины запрещенной зоны наблюдается в видимой и ближней инфракрасной областях.

Предположим, что практически все примесные атомы термически ионизованы и при облучении /)-я-перехода наблюдается в основном собственное поглощение. Предположим также, что световой поток Ф содержит спектральные составляющие, для которых выполняется условие

Если энергия фотона hv > &Е3, то в кристалле кремния, у его поверхности, наблюдается собственное поглощение. Образовавшиеся электроны дрейфуют в поле перехода,, создавая фототок.

Собственное поглощение. Один из основных видов оптического поглощения — собственное или фундаментальное поглощение — связан с переходом электрона из валентной зоны в зону проводимости. Такой переход возможен в том случае, если энергия поглощаемого фотона превышает или по крайней мере равна ширине запрещенной зоны: hv ^ &Е3 Как было показано в гл. 9, строение энергетических зон полупроводников может быть различным. У ряда полупроводников энергетический минимум зоны проводимости и энергетический максимум валентной зоны соответствуют одному и тому же значению квазиимпульса р или волнового

Длинноволновая граница спектра собственного поглощения определяется величиной ДЯд, т. е. той минимальной энергией •фотона, которая при поглощении может вызвать межзонный переход. Для большинства полупроводников собственное поглощение в зависимости от ширины запрещенной зоны наблюдается в видимой и ближней инфракрасной областях.

Предположим, что практически все примесные атомы термически ионизованы и при облучении /)-я-перехода наблюдается в основном собственное поглощение. Предположим также, что световой поток Ф содержит спектральные составляющие, для которых выполняется условие

Если энергия фотона hv > &Е3, то в кристалле кремния, у его поверхности, наблюдается собственное поглощение. Образовавшиеся электроны дрейфуют в поле перехода,, создавая фототок.

Собственное поглощение. При собственном поглощении энергия света, попадающего в полупроводник, расходуется на возбуждение электронов из йалентной, зоны в зону проводимости ( 12.2). В соответствии с законом Сохранения энергии такое поглощение может происходить лишь в том случае, если энергия световых квантов h