Полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы).

Односторонняя (вентильная) проводимость р-п-перехода используется в полупроводниковых диодах, содержащих один р-n-переход. По конструкции они делятся на точечные и плоскостные.

В точечных диодах р-n-переход образуется в точке касания металлического контакта 1 и полупро­водника 2 (например, в точечном германиевом диоде диффузия алюминия в л-германий образует в германии р-слой). Технология изготовления герма­ниевого плоскостного диода описана выше.

р-n-Переходы обладают не только прекрасными выпрямляющими свойствами, но могут быть использованы также для усиления, а если в схему ввести обратную связь, то и для генерации электрических колебаний. Приборы, предназначенные для этих целей получили название полупроводниковых триодов или транзисторов. Изобретение транзисторов в 1949г. считается самым значительным изобретением XX века и было отмечено в 1956 году Нобелевской премией.

Транзисторы могут быть типа п-р-п и типа р-п-р в зависимости от чередования областей с различной проводимостью. Для примера рассмотрим триод типа р-п-р. Рабочие "электроды" триода, которыми являются база (средняя часть транзистора), эмиттер и коллектор (прилегающие к базе с обеих сторон области с иным типом проводимости), включаются в схему с помощью невыпрямляющих контактов — металлических проводников. Между эмиттером и базой прикладывается постоянное смещающее напряжение в прямом направлении, а между базой и коллектором — постоянное смещающее напряжение в обратном направлении. Усиливаемое переменное напряжение подается на входное сопротивление R_BX, а усиленное — снимается с выходного сопротивления R_BЫX.

Протекание тока в цепи эмиттера обусловлено в основном движением дырок (они являются основными носителями тока) и сопровождается их "впрыскиванием" — инжекцией — в область базы. Проникшие в базу дырки диффундируют по направлению к коллектору, причем при небольшой толщине базы значительная часть инжектированных дырок достигает коллектора. Здесь дырки захватываются полем, действующим внутри перехода (притягиваются к отрицательно заряженному коллектору), вследствие чего изменяется ток коллектора. Следовательно, всякое изменение тока в цепи эмиттера вызывает изменение тока в цепи коллектора.

Прикладывая между эмиттером и базой переменное напряжение, получим в цепи коллектора переменный ток, а на выходном сопротивлении — переменное напряжение. Величина усиления зависит от свойств р-п- переходов, нагрузочных сопротивлений и напряжения батареи Б_к. Обычно R_BblX>>R_BX, поэтому (U_вых >>U_BX (усиление может достигать 10 ООО). Так как мощность переменного тока, выделяемая в R_BUX, может быть больше, чем расходуемая в цепи эмиттера, то транзистор дает и усиление мощности

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА

1. Атомные ядра и их описание.

Ядром называется центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома и его положительный электрический заряд.

В экспериментах Резерфорда по прохождению а-частиц через металлическую фольгу было обнаружено, что атомные ядра имеют размеры порядка
10^-14 – 10^{-15 м, в то время как линейные размеры атомов примерно 10-10 м.}

Атомное ядро состоит из элементарных частиц - протонов (p) и нейтронов (n), которые считаются двумя зарядовыми состояниями одной частицы - нуклона (от лат. nucleus - ядро). Протон имеет положительный электрический заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона. Нейтрон не имеет электрического заряда. Массы нуклонов:

Общее число нуклонов в атомном ядре А называется массовым числом.

Заряд ядра равен величине Ze, где е - заряд протона, Z- зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре (совпадает с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов - атомным номером).

Ядро химического элемента X с атомным номером Z и массовым числом А обозначается

Поскольку атом нейтрален, то заряд ядра определяет число электронов в атоме, от которого зависит их распределение по состояниям в атоме, а следовательно, зависят химические свойства атома.

Изотопами называются ядра с одинаковым атомным номером Z (зарядом или числом протонов), но разными А (т.е. разным числом нейтронов N = A - Z). Например, изотопы водорода (Z = 1): протий - (Z = 1, N = 0), дейтерий- (Z = 1, N = 1), тритий - (Z = 1, N = 2).

Изобарами называются ядра с одинаковым массовым числом А, но разными Z. Например,

Изотонами называются ядра с одинаковым числом нейтронов N = A — Z. Например,

Наряду с термином ядро атома часто используется также термин нуклид. Самым тяжелым из имеющихся в природе элементов является изотоп

урана . Элементы с атомными номерами больше 92 называются трансурановыми. Все они получены искусственно в результате различных ядерных реакций.

Размер ядра характеризуется радиусом ядра, имеющим условный смысл ввиду размытости границ ядра. Эмпирическая формула для радиуса ядра

где R₀ = (1,3 - 1,7)10^{-15 м, может быть истолкована как пропорциональность объема ядра числу нуклонов в нем. Следовательно, плотность ядерного вещества примерно одинакова для всех ядер (≈1017} кг/м3).