Лекция №. Электрическое пoлe (стр. 3 )

Плавкие предохранители - предназначе­ны для защиты электрооборудования и электрических сетей от больших токов, возникающих при коротких замыканиях, и значитель­ных (50% и более) перегрузках. В предохранителе помещается проводник с низкой температу­рой плавления (плавкая вставка). При увеличении силы тока выделяется большое количество тепла, под действием которого проводник расплавля­ется и размыкает цепь.

Рубильники. Рубильники служат для нечастой коммута­ции (замыкания и размыкания) электрических цепей переменно­го и постоянного тока напряжением до 500 В.

Лекция 10 ПЕРЕДАЧА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

10.1. Передача и распределение электроэнергии

Виды источников электрической энергии: - тепловые электростанции (ТЭС), гидравлические электростанции (ГЭС), атомные электростанции, (АЭС)

При передачи электроэнергии от источника к потребителю для уменьшения потерь в линиях элек­тропередач (ЛЭП) напряжение повышают при помощи повыша­ющих трансформаторов - ГПП-1 (рис. 10.1).

Рис. 10.1Общая схема электроснабжения

После транспортирования по ЛЭП, напряжение понижается с помощью понижающих трансформаторов (ГПП-2). От ГПП (главной понизительной подстанции) электроэнергия подается непосредственно к объектам, на ко­торых на трансформаторных подстанциях (ТП) производится окон­чательное понижение напряжения. В удаленных районах в качестве временных источников электроснабжения строительной площадки приме­няют передвижные дизельные электростанции.

10.2 Классификация электроприемников

По напряжению - до 1000 В и свыше 1000 В.

Породу тока:

-  при­емники переменного тока промышленной частоты (50 Гц),

-  при­емники переменного тока частотой, отличной от 50 Гц (по­вышенной или пониженной);

-  при­емники посто­янного тока.

По степени надежности электроснабжения правила устрой­ства электроустановок (ПУЭ) предусматривают три категории:

Электроприемники I категории — электроприемники, пере­рыв снабжения которых электроэнергией связан с опасностью для людей или влечет за собой большой материальный ущерб (котельные, подъемные и вен­тиляционные установки шахт, аварийное освещение и др.). Они должны работать непрерывно.

Электроприемники II категории — электроприемники, пере­рыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, простою технологических механизмов, рабочих, про­мышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности жителей.

Электроприемники III категории — все остальные электро­приемники, не подходящие под определение I и II категорий. Элек­троприемники данной категории допускают перерыв электроснаб­жения не более одних суток.

Общепромышленные ус­тановки - вентиляторы, насосы, компрессоры, возду­ходувки и т. п. В них применяются асинхронные и синхронные дви­гатели трехфазного переменного тока частотой 50 Гц, на напряже­ниях от 127 В до 10 кВ, Данная группа электроприемников относится, как правило, к первой категории надежности (иногда ко второй), режим работы – длительный.

Электросварочное оборудование по степени надежности относится ко второй категории, режим работы - повторно-кратко­временный.

Подъемно-транспортное оборудование - питается пере­менным напряжением 380 и 660 В, нагрузка - симметрич­ная. По надежности электроснабжения относится к первой или второй категории, режим работы — повторно-кратковременный.

Электрические осветительные установки. Светильники общего освещения (с лампами нака­ливания или газоразрядными) питаются преимущественно от се­тей 220 или 380 В. Светильники местного освещения с лампами накаливания на 12 и 36 В, питаются через понижающие однофаз­ные трансформаторы. Режим работы- длительный, катего­рия надежности – вторая.

10.3 Схемы силовых электрических сетей

1. Радиальная схема (рис. 10.2) применяется для питания сосредоточенных нагрузок большой мощности, при неравномерном размещении приемников, а также для питания приемников во взрывоопасных, пожароопасных и пыльных помещениях. Радиальные схемы выполня­ют одноступенчатыми, когда достаточно мощные приемники питаются непосредственно от ТП, и двухступенчатыми, когда электроприемники подключаются к промежу­точному распределительному пункту (РП). Выполняются радиальные схемы кабелями.

ТП

Достоинство радиальных схем - высо­кая надежность (авария на одной линии не влияет на работу при­емников, получающих питание по другой линии) и удобство ав­томатизации.

Недостатки радиальных схем - значительный расход проводников; необходимость в дополнительных площадях для размещения силовых РП; ограниченная гибкость сети при перемещениях тех­нологических механизмов, связанных с изменением технологичес­кого процесса.

Рис. 10.2. Радиальная схема:

ТП – трансформаторная подстанция;

Т – трансформатор; 1 - распределительный щит;

2 - силовой распределительный пункт (РП)

2. Магистральная схема (рис. 10.3) применяется при питании приемников одной технологической линии или при равномерно распределенных по площади цеха при­емниках. Приемники подключаются к любой точке линии (магистрали). Магистрали могут присоединяться к рас­пределительным щитам подстанции или к силовым РП.

Рис. 10.3. Магистральная схема с распределительным шинопроводом: 1 - комплектная трансформаторная подстанция (КТП); 2 - распредели­тельный шинопровод; 3 – нагрузка.

Достоинства магистральных схем - уп­рощение щитов подстанции и высокая гибкость сети, дающая воз­можность перемещать технологическое оборудование без переделки сети.

Недостаток магистральных схем - меньшая надежность, так как при исчезновении напря­жения на магистрали все под­ключенные к ней потребите­ли теряют питание.

10.4 Схемы сетей электрического освещения

Система рабочего осве­щения - включает светильники общего и мест­ного освещения.

Аварийное освещение - обеспечивает освещенность для продолже­ния работы или для эваку­ации людей при отключении рабочего освещения.

Рис. 10.5. Схема питания электроосвещения от двух ТП: 1 - распределительный щит; 2 - линии, отходящие к силовым РП; 3, 4 - групповые щитки соответственно рабочего и аварийного освещения; 5, 6 - групповая сеть соответственно рабочего и аварийного освещения; 7- питающие линии освещения

10.5 Трансформаторные подстанции

Главные (повышающие и понижающие) подстанции (ГПП) - предназна­чены для повышения или понижения напряжения линии электропередач при больших расстояниях. Высокое напряжение таких подстанций обычно может быть 1150...35 кВ, низкое - 35...6 кВ (чаще всего 10 кВ);

Трансформаторные подстанции (ТП) - служат для понижения напряжения, поступающего от ГПП, скВ на 660/380 или 380/220 В, на которое и рассчитано большинство потребите­лей. На строительстве имеют место и мощные потребите­ли электроэнергии по 6 и 10 кВ (землесосные снаряды, шагающие экскаваторы, компрессоры).

Оборудование ТП состоит из трансформаторов, аппаратов ком­мутации и защиты, устройств управления, контроля и учета элект­роэнергии. С высокой стороны трансформатор присоединен к линии. Обмотки трансформатора соединены в «звезду».

Виды ТП:

-  открытые - оборудование устанавливается на откры­том воздухе (трансформатор устанавливается на деревянных или железобетонных опорах или на помосте на высоте 4 м, а распределительный щит 380/220 В внизу в шкафу);

-  закрытые – оборудование располагается в помещении;

Промышленность выпускает трехфазные силовые трансформа­торы мощностью: 10; 16; 25; 40; 63; 100; 250; 400; 630; 1000; 1600 кВА. В условиях строительных площадок применяются пре­имущественно трансформаторы напряжения 10/0,4 и 6/0,4 кВ мощностью 100 и 630 кВА с естествен­ным масляным охлаждением.

Лекция 11 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛОЩАДОК

11.1. Виды электрических сетей

Воздушные линии (ВЛ) - прокладываются на открытом воздухе и состоят из изолированных или неизолированных проводов, при­крепленных специальной арматурой к опорам, к стенам зданий и инженерным сооружениям.

Кабельные линии - прокладываются под землей, в траншеях, каналах, коллекторах и состоят из одного или не­скольких, совместно проложенных, кабелей.

Электропроводки - прокладывают внутри зданий и сооружений или по наружным стенам. Они выполняются изолированными проводами различных марок и кабелями с резиновой изоляцией, рассчитанными на напряжение до 1000 В.

На строительных площадках для питания стро­ительных механизмов и электроосветительных установок сооружаются временные электрические сети, состоящие пре­имущественно из воздушных линий, как более дешевых и легко вы­полнимых. Внутри строящихся зданий выполняются временные элек­тропроводки. Перенос­ные участки электросетей выполняются преимущественно шлан­говыми кабелями. Для обеспечения электробез­опасности работающих на строительной площадке, все электри­ческие сети сооружаются в соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок (ПУЭ). К временным электросетям предъявляются те же требования, что и к постоянным.

11.2. Провода и кабели

Токоведущие жилы проводов и кабе­лей изготавливаются из алюминия или меди (медь применяется, когда необходима особая гиб­кость провода). Изоляция проводов и кабелей чаще всего изготавливается из поливинилхлорида (ПВХ) и резины. Для воздушной линии электропередачи напряжением до 1 кВ на строительных площадках применяют изолированные или неизолированные провода.

Площадь поперечного сечения токоведущих жил: 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400 мм2.

Самонесущий изолированный провод — скрученные в жгут изо­лированные жилы. Механическая нагрузка может вос­приниматься или несущей жилой, или всеми проводниками жгута.

Неизолированные алюминиевые провода (марка А) выпуска­ются многопроволочными сечением от 16 до 400 мм2. На строи­тельной площадке они применяются сечением не выше 150 мм2.

Сталеалюминиевые провода, - состоят из стального троса, на который навиты алюминиевые проволоки. Стальной трос служит для увеличения прочности провода. На строительной площадке применяют для сооружения линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше.

Кабель - мно­гожильный изолированный провод специальной конструкции в герметической оболочке (алюминиевой, свинцовой или пластмассовой), предназначенной для предохранения от проникновения внутрь кабеля влаги. Кабели при монтаже соединяют при помощи специальных соединительных муфт для обеспечения прочности и герметичности соединения.

Силовые кабели - предназначены для передачи электроэнергии. Силовые кабели выпускаются главным об­разом с алюминиевыми жилами (одно-, двух-, трех - и четырех-жильные), с изоляцией из бумаги, пропитанной маслоканифольным составом, а также с пластмассовой изоляцией.

Кабели, предназначаемые для про­кладки непосредственно в земле, в тран­шеях, защищены от механических воз­действий (поверх герметической оболоч­ки) броней из стальных лент, покрытой сверху слоем кабельной пряжи, пропи­танной битумом (рис. 11.1). Четвертая жила кабеля (рис. 12,1, б) служит нулевым проводом и делается меньшего сечения.

Рис. 11.1. Кабель силовой с бу­мажной пропитанной изоля­цией, бронированный: 6 - поперечный разрез четырехжильного кабеля; 1 - токоведущие жилы; 2, 3 - соответсвенно фазовая и по­ясная изоляции из пропитанной кабельной бумаги; 4 - оболочка алюминиевая или свинцовая; 5 - стальная ленточная броня; 6 - слой кабельной пряжи

Кабели с пропитанной бумажной изоляцией нельзя сильно изгибать; нельзя прокладывать при низких тем­пературах без предварительного прогрева; нельзя прокладывать вертикально, так как при нагревании кабеля током из него начинает вы­текать пропиточный состав.

Кабели с изоляцией из полиэтилена или поливинилхлорида в поливинилхлоридной оболочке бронирован­ные и небронированные не имеют таких недостатков, они легче и меньше расход цветного металла на их изго­товление. Промышленность выпускает их на напряжения 1; 6 и 10 кВ трех - и четырехжильными с сечением жил до 150 мм2.

Маркировка кабелей (ВВГ, АВВГ,  ВБШв, АВБШв)

первая буква А - алюминиевая жила, при ее отсутствии - жила медная.
вторая буква В (первая при отсутствии А) - ПВХ изоляция

третья буква В (вторая при отсутствии А) - ПВХ оболочка
Г - отсутствие защитного покрова («голый»)
Б – бронированный покров из стальных лент
Шв - наружный покров из ПВХ шланга, Шп - наружный покров из полиэтиленового шланга

Установочные провода и кабели - провода с резиновой и пласт­массовой изоляцией и кабели с резиновой изоля­цией служат для выполнения электропроводок. Выпускают их, как правило, на напряжение до 500 В с алюминиевыми жилами; с медными жилами изготовляют только особо гибкие провода.

В условиях строительства применяются следующие установочные провода и кабели с резиновой изоляцией:

АПР и АПВ — провода одножильные алюминиевые, первый с резиновой изоляцией в оплетке из пропитанной хлопчатобумаж­ной пряжи, второй — с полихлорвиниловой изоляцией и без оп­летки;

ПРГ и ПВГ — гибкие провода с медными жилами из большого числа тонких проволок; применяются для соединения подвижных частей машин и аппаратов;

АВРГ — кабели с алюминиевыми жилами с резиновой изоляцией в герметической оболочке из полихлорвинила, двух - и трехжильные прокладываются непосредственно по поверхности стен и потолков; используются для прокладки в сырых помещени­ях и в помещениях с химически активной средой;

АППВ — плоские провода двух - и трехжильные с алю­миниевыми жилами в изоляции из полихлорвинила (АППВ) или резины (АПН); назначение — постоянные электропроводки в ос­ветительных сетях; прокладываются скрыто или открыто, непос­редственно по стенам и потолкам (без роликов);

ПРД и ПРВД — двухжильный витой провод (шнур) с медными жилами с резиновой изоляцией в оплетке из хлопчатобумажной пряжи или в полихлорвиниловой оболочке.

Шланговые кабели и провода - для присоединения к электроснабжению подвижных строительных машин и механизмов — кранов, экска­ваторов, компрессоров; для питания сварочных трансформаторов, электроинструмента и т. д. Выпускаются они только с медными жи­лами, сплетенными из тонких проволочек (для большей гибкости). Для защиты от механических воздействий и от проникновения сы­рости к токоведущим жилам шланговые кабели и провода в допол­нение к резиновой изоляции жил имеют толстую (5...8 мм толщи­ной) резиновую оболочку. Особенность их — наличие дополнитель­ной, так называемой заземляющей, жилы, предназначенной для заземления корпусов строительных механизмов с электроприводом.

Марки шланговых кабелей и проводов (U < 500В):

ШРПС — шланговые шнуры переносные (для питания элект­роинструментов, сварочных трансформаторов и переносных све­тильников); двух - и трехжильные с дополнительной заземляющей жилой;

КРПТ — шланговые кабели переносные тяжелые (для питания электропривода строительных механизмов) двух - и трехжильные с дополнительной заземляющей жилой (рис. 4.2);

ПРГД — шланговые провода гибкие для дуговой сварки одно­жильные.

;

Рис. 11..2. Шланговый кабель марки КРПТ: 1 — заземляющая жила; 2 — рези­новая оболочка; 3 — прорезинен­ная ткань; 4 — изоляция жил; 5— медная токоведущая жила; б— вулканизационная резина; 7— об­мотка тканевой лентой

Марки шланговых кабелей на напряжения 3 и 6 кВ:

КШВГ и КШВГЛ - кабели шланговые высоковольтные гибкие трехжильные с дополнительной за­земляющей жилой

11.3. Электрические сети строительных площадок

Для питания ТП применяют сети напряжением 10 кВ, (реже 6 кВ). Для питания силовых и осветительных электроустановок, рабо­тающих при напряжении до 1 кВ, на строительных площадках в соответствии с рекомендациями СНиПа применяют четырехпроводные сети напряжением 380/220 В. В четырехпроводных сетях нулевая точка трансформатора (или генератора) обязательно за­земляется.

Воздушные линии. Опоры воздушных линий рекомендуется при­менять либо деревянные с железобетонными пасынками (пристав­ками), либо железобетонные. Для крепления проводов на опорах воздушных линий напряже­нием до 10 кВ применяют штыревые изоляторы; (рис. 11.3). Изоляторы к опорам крепятся: к стойкам опор — на крюках, а к траверсам (попереч­ным брусьям) — на штырях. Для привязки проводов к изоляторам используют тонкую наволоку из того же материала, что и провод.

Соединение проводов ВЛ выполняется с помощью трубчатых овальных обжимных соединителей; эти соединители обжимаются спе­циальным инструментом. Для ли­ний 380/220 В допускается также соединение проводов скруткой с последующей пропайкой.

Рис. 11.3. Изоляторы и крюки: а - изолятор типа ТФ для ВЛ до I кВ; 6 - то же, типа ШО (для ответвле­ний); в-типа ШС для ВЛ 6...10кВ; г, д - крюки; е - штырь

Электропроводки. Постоянные электропроводки выполняют как открыто, так и скрыто — в трубах, в каналах, в пустотах строи­тельных конструкций, под слоем штукатурки и т. п. Временные электропроводки в строящихся зданиях, а также в про­изводственных помещениях строительной площадки выполняются открыто, т. е. по поверхности строительных конструкций. Провода прокладываются на изоляторах или, в сухих помещени­ях, на роликах. Наружные электропроводки (проводки по стенам зда­ний и сооружений, по строительным лесам) и перекидки между близко расположенными зданиями выполняются только на изоляторах. Провода привязывают к изо­ляторам и роликам мягкой оцинкованной стальной проволокой с под­моткой провода в месте крепления изоляционной лентой.

Высота проводки - не менее 2,5 м — над рабочими местами; 3 м — над проходами и 5 м — над проездами. На высоте менее 2,5 м от земли, пола или настила провода должны быть за­щищены от механических повреждений (заключены в короба, трубы и т. п.). Наружные электропроводки по стенам зданий прокладыва­ют на высоте не менее 2,75 м от уровня земли; вводы воздушных линий в здания должны отстоять от земли также не менее, чем на 2,75 м.

Проходы через стены и перекрытия установочных проводов вы­полняются в изоляционных трубках. Кабели типа ВРГ прокладывают открыто, непосредствен­но по стенам и перегородкам с креплением скобками. Высота их прокладки над полом не нормирована.

Подземные кабельные линии. Кабель­ные траншеи делаются глубиной 800 мм. Ширина траншеи для одного кабеля 350...400 мм, для двух кабелей 600 мм. Малейший про­кол герметической оболочки ка­беля влечет за собой аварийный выход его из строя. Герметичность кабеля должна быть обеспечена при его про­кладке: на концах кабельной линии выполняются специальные концевые заделки, а в наружных установках применяются конце­вые муфты.

11.4. Выбор сечения проводов

Сечение проводов с одной стороны долж­но быть выбрано достаточным для того, чтобы падение напряжения не превосходила допусти­мых пределов и чтобы провод не перегревался под действием про­ходящего по нему тока. С другой стороны, сечение проводов долж­но быть выбрано экономно, с наименьшим расходом цветного ме­талла.

Падение напряжения ухудшает работу механизмов. Например, понижение напряжения против номинального на 10% уменьшает вращающий момент асинхронных двигателей на 19%, а световой поток ламп накаливания на 30%.

Выбор сечения проводов производят по двум фак­торам - по допустимому нагреву проводов током и по допустимой потере напряжения. Из двух величин сечения, выбирают большее, округляя его до ближайшего стан­дартного сечения. При этом для воздушных линий решающим фак­тором оказывается, как правило, допустимая потеря напряжения, а для переносных шланговых кабельных линий, электропроводок и подземных кабельных линий небольшой протяженности опреде­ляющим признаком является до­пустимый нагрев.

Для проводов воздушных линий определять сечение по допу­стимой потере напряжения и потом проверять по допустимому нагреву. Для установочных, изолированных проводов, шланговых и дру­гих кабелей — сначала определять сечение по допустимому нагре­ву и затем проверять на допустимую потерю напряжения.

11.5 Выбор сечения по допустимому нагреву (допустимому току)

Допустимая сила тока по нагреву (Iд) – это дли­тельно протекающая по проводнику сила тока, при которой уста­навливается длительная допустимая температура нагрева.

При выборе должно соблюдаться условие: Iр £ Iд, где Iр - расчетное значение силы тока. Значение Iр линии, питающей от­дельный трехфазный электродвигатель определяется по формуле:

,

где РН - номинальная мощность электродвигателя, кВт;

к3 - ко­эффициент загрузки двигателя, принимаемый равным 0,85...0,90;

UН - номинальное напряжение двигаВ);

hд - КПД двига­теля (принимается равным 0,85 … 0,92; для крановых двигателей - 0,80 … 0,85);

cos j - коэффициент мощности двигателя (принима­ется равным 0,80 - 0,90; для крановых двигателей –

0,70... 0,75.

Расчетная сила тока для линии, питающей электропривод стро­ительной машины с многодвигательным электроприводом на пе­ременном токе (например, башенные краны), приближенно оп­ределяется по аналогичной формуле:

,

где PS - суммарная номинальная мощность всех электродвигате­лей машины, кВт;

кс - коэффициент спро­са для одной машины, учитывающий разновре­менность работы электродвигателей

машины, принимаемый равным 0,7...0,8.

11.6 Выбор сечения по допустимой потере напряжения

Падение напря­жения – это разница между линейными напряжениями в начале и в конце линии. Допу­стимое падение напряжения от источника питания до потребителя в сетях 380/220В DU= 5,5...6,5%. Если питание к строительному механизму подается шланговым кабелем, присоединенным к воздушной ли­нии, то допустимую потерю напряжения обычно принимают для воздушной линии в размере 5...5,5%, а для шлангового кабеля — 0,5... 1,5% (в зависимости от его длины).

Падение напряжения в трехфазовой линии определяется по формуле: DU= I l (r0cosj + x0 sinj )

где DU - падение напряжения, В; I - сила тока в линии, А; l - длина линии, км;

r0 и х0 - активное и индуктивное сопротивление одного провода, Ом/км;

cos j - коэффициент мощ­ности электрической нагрузки;

В кабельных линиях и в электро­проводках индуктивное сопротивление мало, поэтому расчет падения напряжения в кабельных линиях небольшой длины и в элек­тропроводках производится по формуле: DU= I l r0cosj

Сечение провода определяют по формуле: ,

где S - сечение провода, мм2;

DU - допустимое падение напряжения, %,

r - удельное сопротивление (для алюминия = 31,5 ).

Лекция 12 ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

12.1 Собственная и примесная электропроводность полупроводников

Полупроводники – материалы, занимающие по проводимости промежуточное положение между проводниками и диэлектриками (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк, огромное количество сплавов и химических соединений).

Электропроводностью полупроводников можно управлять температурой (в терморезисторах), светом (в фоторезисторах), давлением (в тензорезисторах), электрическим полем (в варисторах).

Собственная электропроводность – это электропроводность полупроводников при отсутствии примесей. Электроны становятся свободными при поглощении некоторого количества энергии (тепла, света и др.). Атом кристаллической решетки, потерявший электрон, приобретает положительный заряд и называется «дыркой». В отсутствие электрического поля свободные электроны и дырки участвуют в хаотическом тепловом движении. Если полупроводник поместить в электрическое поле, то электроны и дырки приобретают упорядоченное движение.

n-проводимость – электронная проводимость.

р-проводимость – дырочная - создается поочередным замещением электронами друг друга: отрицательно заряженный электрон притягивается к дырке, имеющей положительный заряд, и дырка превращается в нейтральный атом, а то место в кристаллической решетке, откуда отделился электрон, превращается в новую дырку и т. д.

Примесная электропроводность – электропроводность полупроводников с примесями. Примесная электропроводность требует меньше энергии, чем собственная и обнаруживается при более низких температурах.

Донорные примеси – это примеси, которые увеличивают n-проводимость и у которых валентных электронов больше, чем у атомов данного полупроводника.

Акцепторные примеси – это примеси, которые увеличивают р-проводимость и у которых валентных электронов меньше, чем у атомов данного полупроводника.

Полупроводники n-типа – полупроводники с донорными примесями.

Полупроводники р-типа – полупроводники с акцепторными примесями.

 

 

● У атома кремния (Si – IV группа в таблице Менделеева) - 4 валентных электрона; у атома мышьяка (As – V группа в таблице Менделеева)5 валентных электронов. Четыре электрона атома мышьяка (As) образуют связи с четырьмя соседними атомами кремния (Si), а пятый электрон связи не образует. Он слабо связан и легко становится свободным (рис. 13.1, а).

● У атома индия (In – III группа в таблице Менделеева) 3 валентных электрона. Три электрона атома In (рис. 13.1, б) образуют связи с 3 соседними атомами Si, а одной химической связи не хватает. Чтобы ее заполнить необходима малая энергия (электрон как бы притягивается к примеси (к атому индия). При этом образуется четвертая связь, In превращается в отрицательный неподвижный ион, а а в том месте, откуда отделился электрон, образуется дырка. Эстафетное перескакивание электронов из дырки в дырку создает движение дырок.

12.2 p-n-Перехо́д

p-n-Перехо́д или электронно-дырочный переход — область пространства на стыке двух полупроводников p-типа и n-типа, в которой происходит переход от одного типа проводимости к другому (рис. 13.2). p-n-Переход является основой для полупроводниковых диодов, триодов и других электронных элементов.

Диффузионный ток – это перенос зарядов (электронов и дырок), из той области, где их больше, в ту область, где их меньше. При этом граница p-n-перехо́да заряжается. Область в полупроводнике p-типа, которая примыкает к границе раздела, получит дополнительный отрицательный заряд, приносимый электронами, а пограничная область в полупроводнике n-типа получит положительный заряд, приносимый дырками. Граница раздела будет окружена двумя областями заряда противоположного знака.

Дрейфовый ток – ток, противоположный по направлению диффузионному току, вызванный электрическим полем, возникающим вследствие образования заряда на границе p-n-перехо́да. В конце концов, между диффузионным и дрейфовым токами устанавливается динамическое равновесие, и перетекание зарядов прекращается.

Если к p-n-перехо́ду приложить прямое напряжение, ток основных носителей увеличится, а если к p-n-Перехо́ду приложить обратное напряжение, то ток основных носителей от этого уменьшится.

Полупроводниковый диод - полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом. и двумя выводами (электродами). Прямой ток в диодах создается электронами, а обратный дырками. Обратный ток настолько мал, что его условно можно считать равным нулю, поэтому диоды применяются, например, для выпрямления переменного тока.

Транзи́стор - полупроводниковый триод  (с тремя выводами), в котором осуществлен p-n-p-переход Транзистор используется в аналоговой и цифровой технике для усиления и преобразования электрических сигналов так как небольшое изменение входного напряжения или тока приводит к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Вся современная цифровая техника построена, в основном, на металл-оксид-полупроводник-транзисторах (МОПТ). Транзисторы изготавливаются на одном кремниевом кристалле (чипе) и составляют элементарный «кирпичик» для построения микросхем логики, памяти, процессора и т. п. Размеры современных МОПТ составляют от 90 до 22 нм. В настоящее время на одном современном кристалле площадью 1-2 см² могут разместиться несколько миллиардов МОПТ.

Рис. 12.2 р-n – Переход