Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 52
Текст из файла (страница 52)
В заключение параграфа следует упомянуть также о специальных видах приборов для преобразован и я ч а с т о т ы в супергетеродинных приемниках. Это — лампы двойного управления электронным потоком; на пути электронов от катода к аноду в них имеются по две управляющие сетки. На одну нз управляющих сеток воздействует напряжение сигнала высокой частоты, а на другую — напряжение коле- Полупроводящнй материал (полупроводник) обладает замечательными свойствами, позволяющими создать разнообразные приборы для решения важных задач в области выпрямителей, усилительной, фотоэлектрической, термоэлектрической техники и во многих других технических областях.
Наибольший интерес для ирактнки представляют полупроводниковые диоды и триоды, которые выполняют в приемной и усилительной аппаратуре малой и средней мощности те хге функции, что и электронные лампы Важнейшие преимущества полупроводниковых приборов — отсутствие нагретого катода (т. е. расхода энергии на накал), малые размеры и масса, высокая прочность, долговечность (десяткн тысяч часов), низкие питающие напряжения (для приемников обычно 6 †!2 В) и высокая отдача полезной мощности.
Среди особенностей, отличающих их от ламп, следует указать: сравнительно низкие входные сопротивления, больший разброс параметров в однотипных приборах, влияние темпсратуры на показатели работы приборов и ухудшение показателей с ростом частоты. С каждым годом, одна- но, полупроводниковые приборы совершенствуются и качество их улучшаетсн Не рассматривая всех областей радиоэлектроники, скажем, что раднове- баний собственного генератора (гетеро- дина). При таком совместном управлении элентронным потоком в цепи анода может быть выделено колебание, частота которого равна разности частот сигнала и гетеродина.
В этом и состоит процесс преобразования частоты. Гетеродии требует для своего выполнения отдельной лампы (обычно триода). Но возможно размещение электродов лампы гетероднна и в одном баллоне с лампой двойного управления. В частности, лампой с двойным управлением является г е п т о д — лам.
па с семью электродами (напрнмер, бй2П). Она имеет пять сеток: две— управляющие, две — экранирующие, одна — защитная. Если в том же баллоне лампы размещен и триод для выполнения гетеродина, то такая комбинированная лампа называется т р и одг е и т о д (нацрнмер, 6И!П). Процессы преобразования частоты и работа преобразовательных ламп будут описаны в дальнейших главах. шательная |приемная аппаратура и телевизоры все пгире и шире выполняются с применением полупроводниковых приборов.
Если описание электронных ламп мы начали с рассказа о токе в вакуулге, то знакомство с полупроводнико. выми приборами необходимо начать с физических представлений о токе в твердом теле. Современная физика, изучающая явления в микромире, установила, что любые значения энергии могут иметь только изолированные частицы. Если электрон входит в состав атома, он уже может обладать только некоторымн определенными дискретными уров. нячн энергии.
Чем ближе к ядру располагается траектория электрона, тем меньше уровень его энергии. Она может измениться только на определенное значение прн переходе на другую орбиту. Если сообщить электрону некоторую порцию энергии, он перейдет на более удаленную от ядра орбиту, где будет сохранять присущую ей энергию. Если сообщить электрону еше большую порцию энергии (например, путем нагрева вещества или облучения атома мощным источником электромагнитного излучения), он может преодолеть притяжение ядра и покинуть атом, перейдя в свободное состояние. В последнем случае часто говорят, что электрон из 169 связанного состояния переходит в з ону проводимости.
На внешних оболочках атомов находятся наиболее слабо связанные с ядром электроны, которые легче других переходят к другим атомам, определяя этим способность атома вступать в химические реакции. Число таких элек. тронов определяет валентность атома, поэтому их и занимаемые нми энергетические уровни называют валентными. Схематически расположение этих уровней энергии электронов показано на рис. 8.28.
Разнгють уровней наиболее енгллия ола Рис. 8.26. Энергетические уровни электронов внергичиого валеитиого электрона и электрона, покидающего атом ЬЕ, образует так называемую запрещенную энергетическую зону, так как в атоме нет электронов', которые бы обладали энергиями в этом интервале. Иными словами, для того чтобы валентный электрон мог покинуть атом и перейти я зону проводимости, ему нужно сообщить порцию энергии Е, превышающую ширину запрещенной зоны АЕ Набор дискретных уровней энергий в атомах определяется взаимодействием электронов с ядром изолированного атома. Если же он сам входит в состав кристаллической решетки твердого тела, то атом и все образующие его микрочастицы испытывают взаимодействие с большим ансамблем окружающих их частиц.
Каждое из этих взаимодействий приводит к образованию новых разрешенных уровней энергии. Число возможных энергетических состояний у каждой частицы многократно возрастает. Практически сливаясь, энергетические уровни образуют сплошные з о н ы. Качественно их можно разделить так же, как и в атоме, на залентную, запрещенную и зону провод и м о с т и. 170 У металлов запрещенная зона столь мала, что даже при нормальной температуре электроны способны переходить в зону проводимости. Под действием электрического поля онн могут начать упорядоченное движение, которое определяет электронроводность металлов. У диэлектраков удерживающее действие ядер столь значительно, что запрещенная зона очень велика. Это и определяет отсутствие у них в нормальных условиях электропроводности.
Лишь получив большую порцию энергии, электроны диэлектрика могут создать в ием электронный поток, что, например, наблюдается при «пробое» изоляторов, возникающем под действием высокого напряжении. У класса веществ, называемых полупрр о волн и на ми, энергетическое строение тоже характеризуется н а л ичием за~прещеилой зоны, однако ширина этой зоны АЕ меньше, чем у диэлектриков, — всего до одного электрон-вольта, Даже при комнатной температуре ( -300' абсолютной шкалы) некоторая часть электронов переходит в зону проводимости, и через полупроводник может проходить ток.
В случае потери энергии (например, при охлаждении) электрон может перейти в валеитную зону и перестать участвовать в токе проводимости вещества. Значит, проводимость полупроводника уменьшается (сопротивление растет) с уменьшением температуры; этим полупроводник отличается от металла. В технологии радиотехнических полупроводниковых приборов основными материалами служат германий Ое, кремний Я, арсенид галия ОаАа, хотя применяются и другие материалы.
Германий — элемент четвертое группы в системе Менделеева; он имеет четыре валентных электрона в атоме. Остальные 28 электронов атома германия прочно связаны с ядром. Строеияе германия (и кремния) кристаллическое; атомы расположены по вершинам правильных геометрических фигур и образуют кристаллическую решетку. Условно решетка кристалла германия изображена на рис. 8.27,а, атомы представлены кружками и помечены цифрой валентности (+4). Валентные же электроны показаны в виде линий связи с соседними атомами. Связь между каждыми двумя атомами осуществляется парой «ковалентных» электронов — по одному от того и другого атома.
Фнзичеони ковалентную связь можно в данном случае представить как вращение электронов по ободочкам, общим для Рис. 8.27. Кристаллическая решетка германия (а) н дырочный ток в ней (б) двух атомов. Рассматриваемое строение решетки с наличием всех связей меисду атомами относится к «чистому» германию (не содержащему примесей), нахо. дящемуся при температуре 0' абсолютной шкалы. Разрывы электронных связей в кристалле возможны, Одна из причин нарушения связей — нагревание полупроводника, усиливающее колебания атомов около положений равновесия в решетке.
Получив порцию энергии, электрон может преодолеть силы связи с атомами и начать хаотическое движение внутри кристаллической решетки. Этот электрон следует называть э л е ктроном электропроводности (в отличие от свободного электрона в вакууме). Если к кристаллу приложить внешнее напряжение, то электроны электропроаодности приобретут составляющую скорости навстречу линиям электрического поля н создадут ток в полуПроводнике и источнике напряжения. Это будет собственная электропровод- ность полупроводника за счет электроноа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
