Магнетизм

112
М
.
Қ
.
 Досболаев
өздеріне
алады
, 2-
сурет
. 
Ал
германий
атомдарындағы
пайда
болған
кемтіктер
көршілес
атомдардағы
сыртқы
электрондарды
қабылдауға
бейім
болады
да
, 
кемтік
өткізгіштігінің
болуына
септігін
тигізеді
. 
Таза
германиде
бос
электрондар
саны
өте
аз
болғандықтан
(
9
10
атомға
бір
бос
электрон
келеді
), 
индидің
болмашы
ғана
қоспасы
(
6
10
германий
атомына
бір
индий
атомы
) 
кемтіктер
концентрациясының
елерліктей
көбеюіне
əкеледі
(
бос
электрон
-
дар
концентрациясына
қарағанда
3
10
есе
), 
сəйкесінше
кемтік
электр
өткізгіштігі
өседі
.
 
2-
сурет
.
Акцепторлық
қоспа
 
3-
сурет
.
Доннорлық
қоспа
Кемтік
электр
өткізгіштігі
басым
жартылай
өткізгіштер
кемтік
немесе
p-
типті
деп
аталады
. 
Электрондарды
тартып
алатын
жəне
қоспалы
кемтік
электр
өткізгіштік
тудыратын
зат
-
тарды
акцепторлар
дейді
. 
Осындай
жартылай
өткізгіштердегі
концентрациясы
басым
заряд
тасымалдағыштарды
негізгі
деп
атайды
. 
Егер
германиға
қоспа
ретінде
бесвалентті
сурьма
енгізсек
, 
онда
төртвалентті
германидің
кристалдық
торына
енген
сурьма
атомы
оң
ионға
айналады
, 
ал
артық
қалған
бесінші
электрон
өткізгіш
бола
алады
, 3-
сурет
. 
Осылайша
, 
өздік
электрондық
өткізгіштігінен
бірнеше
есе
көп
қоспалы
электрондық
электр
өткізгіштік
жасауға
болады
. 
Атомдары
өз
электрондарын
бере
-

Электр жəне магнетизм
113
 
тін
қоспаны
доннор
деп
атайды
. 
Электрондық
электр
өткіз
-
гіштігі
басым
жартылай
өткізгіштер
электрондық
 
немесе
n
-
типті
деп
аталады
. 
Электронды
-
кемтікті
 
өткел
.
 
Егер
электрөткізгіштіктері
əртүрлі
екі
жартылай
өткізгішті
бір
-
біріне
беттестіретін
болсақ
, 
олардың
қосылған
шекараларында
ерекше
құбылыстарға
ие
аймақ
пайда
болады
, 
оны
электронды
кемтіктік
(
немесе
p-n) 
өткел
деп
атайды
. 
Өткелге
сырттан
кернеу
түсірілмеген
жағдайды
қарас
-
тырайық
. 
Əрбір
жартылай
өткізгіштегі
заряд
тасымалдаушылар
ретсіз
жылулық
қозғалыста
болғандықтан
олар
бір
жартылай
өткізгіштен
екіншісіне
диффузияланады
. 
Кез
келген
диффузия
-
лық
құбылыс
кезіндегідей
бөлшектер
концентрациясы
көп
жерден
азға
өтеді
. 
Осылайша
, n 
типті
жартылай
өткізгіштен
p-
типтіге
электрондар
, 
ал
керісінше
кемтіктер
тасымалданады
(4-
а
суретін
қараңыз
). 
Заряд
тасымалдаушылардың
диффузиясы
нəтижесінде
ше
-
караның
екі
бөлігінде
əртүрлі
таңбалы
көлемдік
зарядтар
алабы
пайда
болады
(4-
ə
суретті
қараңыз
). 
Демек
, 
осы
көлемдік
зарядтар
алабы
өз
аралық
жапсарлық
потенциалдар
айырымын
, 
сəйкесінше
электр
өрісін
пайда
қылып
, 
зарядтардың
қарама
-
қарсы
бағыттағы
қозғалысын
тудырады
. 
Осылайша
, 
өрістің
қандай
да
бір
шамасында
екі
жақтағы
зарядтар
диффузиясының
динамикалық
тепе
-
теңдігі
орнайды
(
бұл
жағдайда
тосқауыл
бөгеттің
қалыңдығы
шамамен
10
-7
м
болады
). 
Осы
себепті
заряд
тасымалдаушылардың
p-n 
өткел
арқылы
қозғалысына
бөгет
болатын
потенциалдық
тосқауыл
пайда
болады
(
электрондар
қозғалысы
үшін
тосқауыл
, n 
аймақтан
p 
аймаққа
өткен
кезде
бөгет
болады
, 
кемтіктер
қозғалысы
үшін
керісінше
, 4-
б
суретін
қараңыз
). 
Тосқауыл
биіктігі
жапсарлық
потенциалдар
айырымымен
анықталады
p
n
ж
U




, 
мұндағы
n

жəне
p

жартылай
өткізгіштерден
электрондар
мен
кемтіктердің
шығу
жұмысын
анықтайды
. 
Тосқауылдың
өзі
де
зарядтарды
нашар
тасымалдайтын
қабат
болып
саналады
, 
өйткені
бұл
жерде
заряд
тасымал
-

114
М
.
Қ
.
 Досболаев
даушылар
рекомбинацияға
ұшырап
бейтарап
атом
болып
қайта
қалыптасады
. 
Сонымен
қатар
бұл
тосқауыл
қабаттың
кедергісі
p-n 
жартылай
өткізгіштерінің
қалған
көлемімен
салыстырғанда
анағұрлым
көп
болады
, 
осы
себепті
сырттан
түсірілген
кернеу
толығымен
осы
қабатқа
түседі
деп
есептеледі
. 
 
4-
сурет
.
p-n 
жартылай
өткізгіштегі
потенциал
шамасының
таралуы
p-n 
өткелдің
электрлік
қасиеттері
негізінде
екі
электродты
жартылай
өткізгіш
аспап
(
жартылай
өткізгіш
диод
) 
жұмыс
істейді
, 
яғни
жартылай
өткізгіш
диод
дегеніміз
p-n 
өткізгіш
пен
оны
электр
тізбегіне
жалғауға
арналған
екі
полюсті
ұштан

Электр жəне магнетизм
115
 
тұратын
аспап
. 
Электр
тізбегінде
белгіленуі
5-
суретте
көрсе
-
тілген
. 
 
5-
сурет
.
Диодтың
электр
тізбегінде
белгіленуі
Жартылай
өткізгіш
диодтардың
көбісінің
жұмыс
істеу
принципі
p-n 
өткел
арқылы
өтетін
токтың
I
осы
жерге
түсірілген
кернеуден
U
сызықты
емес
тəуелділігіне
негізделген
жəне
келесі
формула
арқылы
анықталды
: 














1
exp
0
kT
eU
I
I
,
(3) 
мұндағы
0

I
– p-n 
өткелдің
қанығу
тогы
, 
e
– 
элементар
заряд
, 
k
– 
Больцман
тұрақтысы
, 
T
– 
абсолют
температура
. 
Тура
бағыт
үшін
0

U
, 
кері
бағыт
үшін
0

U
. 
Токтың
кернеуден
тəуелділік
графигі
диодтың
вольт
-
амперлік
сипаттамасы
(
ВАС
) 
деп
аталады
, 
оның
жалпылама
түрі
5-
суретте
көрсетілген
. 
Енді
жоғарыда
айтылған
заңдылықтарды
қолдана
отырып
, 
осы
сызықты
емес
тəуелділікті
сипаттайық
. 
Егер
кернеу
көзінің
оң
таңба
жағын
жартылай
өткізгіш
аспаптың
n, 
ал
теріс
таңба
жағын
p 
бөлігімен
жалғайтын
болсақ
(
бұл
бағыттағы
кернеу
кері
болады
), 
онда
кернеу
көзі
тудырған

116
М
.
Қ
.
 Досболаев
сыртқы
электр
өрісі
E
жапсарлық
қабат
өрісімен
ж
E
бағыттас
болады
(6-
а
сурет
).
Бұл
өріс
жартылай
өткізгіштің
n 
аймағын
-
дағы
электрондар
мен
p 
аймағындағы
кемтіктерді
p-n 
өткел
шекараларынан
қарама
-
қарсы
бағытқа
ығыстырады
. 
Нəтиже
-
сінде
тосқауыл
қабат
кеңейеді
, 
ізінше
оның
кедергісі
де
өседі
. 
Демек
, 
негізгі
заряд
тасымалдаушылар
үшін
потенцалдық
тосқауыл
биіктігі
де
үлкейеді
, 
бұл
диффузиялық
ток
шамасының
кемуіне
əкеледі
. 
Кернеудің
аз
ғана
шамасында
(~1 
В
) 
бұл
ток
нөлге
дейін
төмендейді
. 
Ал
дрейфтік
ток
шамасы
потенциалдық
тосқауыл
биіктігінен
тəуелсіз
. 
Кернеу
түсірілген
кезде
өткел
арқылы
өтетін
қорытқы
ток
(
бұл
кері
ток
деп
аталады
) 
тез
қанығады
жəне
толықтай
негізгі
емес
заряд
тасымалдаушылар
туғызатын
дрейфтік
ток
0
I
шамасымен
анықталады
(6-
суреттегі
қисықтың
0
ə
бөлігі
). 
Кері
токтың
жеткілікті
үлкен
мəні
кезінде
p-n 
өткелден
электр
тогы
өтіп
кетеді
(
кез
келген
жартылай
өткізгіш
аспап
өзінің
шектік
кері
кернеу
мəнімен
сипатталады
), 
бұл
кері
токтың
дереу
өсуіне
əкеледі
(6-
суреттегі
қисықтың
аə
бөлігі
). 
 
6-
сурет
.
Диодтың
вольтамперлік
сипаттамасы

Электр жəне магнетизм
117
 
 
7-
сурет
.
Диодтың
кернеу
көзіне
жалғануы
əдісіне
мысал
Енді
жалғау
таңбасын
кері
өзгертетін
болсақ
, 
яғни
кернеу
көзінің
оң
таңба
жағын
жартылай
өткізгіш
аспаптың
p, 
ал
теріс
таңба
жағын
n 
бөлігімен
(
бұл
бағыттағы
кернеу
тура
болады
), 
онда
кернеу
көзі
тудырған
сыртқы
электр
өрісі
E
жапсарлық
қабат
өрісіне
ж
E
қарсы
бағытта
болады
(7-
ə
сурет
). 
Бұл
өріс
жартылай
өткізгіштің
n 
аймағындағы
электрондар
мен
p 
аймағындағы
кемтіктерді
p-n 
өткел
шекараларына
, 
яғни
бір
-
біріне
қарама
-
қарсы
бағытталатындай
қозғалысқа
келтіреді
. 
Нəтижесінде
тосқауыл
қабаттың
ені
мен
кедергісі
кемиді
. 
Демек
, 
негізгі
заряд
тасымалдаушылар
үшін
потенциалдық
тосқауыл
биіктігі
де
азаяды
, 
бұл
диффузиялық
ток
шамасының
өсуіне
əкеледі
, 
ал
дрейфтік
ток
шамасы
өзгеріссіз
қалады
. 
Демек
, 
қорытқы
ток
нөлден
өзгеше
болады
. 
Потенциалдық
тосқауыл
биіктігі
оған
түсірілген
кернеуге
пропорционал
болады
. 
Тосқауыл
биіктігі
төмендеген
кезде
негізгі
заряд
тасымалдаушылар
тогы
, 
ізінше
қорытқы
ток
та
тез
өседі
. 
Осылайша
, 
жартылай
өткізгіштің
p 
аймағынан
n 
аймағына
p-n 
өткел
ток
өткізеді
(
бұл
тура
ток
деп
аталады
). 
Ток
күші
түсірілген
кернеу
өскен
кезде
дереу
өседі
(6-
суреттегі
қисықтың
0
в
бөлігі
). 
Тура
кернеудің
аз
мəнінде
диодтың
ВАС
қисығының
сызықты
емес
бөлігін
(6-
суреттегі
қисықтың
0
б
бөлігі
) 
келесідей
түсіндіруге
болады
. 
Кернеуді
жоғарылатқан
кезде
тосқауылдық
қабат
ені
, 
яғни
оның
кедергісі
де
азаяды
. 
Осы
кернеу
мəні

118
М
.
Қ
.
 Досболаев
вольттің
бірнеше
ондық
бөлігінде
тосқауыл
қабат
, 
демек
, 
оның
кедергісі
де
(6-
суреттегі
қисықтың
б
,
в
бөлігі
) 
толықтай
жоғалады
. 
Жартылай
өткізгіш
диодтың
бір
бағытқа
өткізгіштігі
айны
-
малы
токтарды
түзету
жəне
түрлендіру
үшін
қолданылады
.
p-n 
ауысудың

тосқауылдық

сыйымдылығы
. 
Электр
өрісі
-
нің
өзгеруі
(
түсірілген
кернеу
есебінен
) 
көлемдік
заряд
алабы
енінің
өзгерісін
тудыратыны
жоғарыда
айтқан
болатынбыз
(6-
суретті
қараңыз
).
Сыртқы
кернеу
өзгергенде
көлемдік
зарядтың
мөлшері
мен
шамасының
өзгеруі
“
сыйымдылықтың
” 
өзгеруіне
ұқсас
, 
яғни
ол
жердегі
құбылысқа
пара
-
пар
. 
Электр
тізбегі
элементінің
сыйым
-
дылық
реакциясы
деп
жалпы
жағдайда
элементке
берілген
кернеу
өзгерген
кезде
ондағы
зарядтың
өзгерісін
айтады
)
(
CU
Q

.
Кернеуге
байланысты
көлемдік
зарядтың
өзгеру
процесін
, 
сыртқы
тізбек
электр
сыйымдылық
ретінде
қабылдайды
. p-n 
өткел
жағдайында
бұл
т
C
тосқауылдық
 
немесе
зарядтық
 
сыйымдылық
деп
аталады
, 
яғни
өткел
алабындағы
екі
электрлік
қабат
өзін
конденсатор
сияқты
көрсетеді
: 
р
-n 
өткелдің
шекара
-
лары
– 
конденсатордың
астарлары
, 
өткелдің
заряд
тасушылар
азайған
қабаты
– 
диэлектрик
болып
табылады
.
Тосқауылдық
сыйымдылық
жазық
конденсатор
сыйымды
-
лығының
белгілі
формуласы
бойынша
анықталады
: 
d
S
C
б
0


, (4) 
мұндағы
S
–
р
-n 
өткелдің
ауданы
(
конденсатор
астарларының
ауданы
), 
d
– 
көлемдік
заряд
алабының
қалыңдығы
(
диэлектриктің
қалыңдығы
), 

– 
диэлектриктің
салыстырмалы
диэлектрлік
тұрақтысы
, 
0

– 
электрлік
тұрақты
.
U
кернеуді
кері
бағыттан
тура
бағытқа
қарай
өсірген
кезде
бөгеттік
т
C
сыйымдылық
артады
(8-
сурет
), 
өйткені
тосқауыл

Электр жəне магнетизм
119
 
қабаттың
d
қалыңдығы
кемиді
. 
Бұл
тəуелділік
мына
формуламен
өрнектеледі
: 
k
k
б
б
U
C
U
С




)
0
(
)
(
,
(5) 
мұндағы
)
0
(
т
C
– 
0

U
болғандағы
тосқауылдық
сыйым
-
дылық
; 


0
)
0
(
С
С
т

, 
ж

– 
жапсарлық
потенциалдар
айырмасы
. 
Бөгеттік
сыйымдылық
мəндері
ондық
бөліктерден
ондаған
пикофарадқа
)
10
(
12
Ф

дейінгі
аралықта
болады
. 8-
суретте
келтірілген
)
(
U
С
т
тəуелділігі
вольт
-
фарадтық
 
сипаттама
 
(
ВФС
) 
деп
аталады
. 
Бұл
р
-n 
өткелдің
көлемдік
заряд
қабатының
өткелге
түсірілген
кернеуге
байланысты
өзгеру
динамикасын
сипаттайды
. 

жүктеу/скачать 3,9 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: