Электротехника и электроника (стр. 3 )

Электрическим разрядом в газовой среде называют совокупность являений, связанных с прохождением тока через пространство, заполненное газом и называемое разрядным промежутком.

Электрический ток в разрядном промежутке ионных приборов при давлении газа, превышающем 10-4 мм рт. ст. возникает в результате столкновения свободных электронов с атомами газа.

Основное отличие ионных приборов от электровакуумных заключается в том, что прохождение электрического тока через разрядный промежуток ионного прибора сопровождается направленным движением положительных ионов.

Заряды положительных ионов компенсируют пространственный отрицательных заряд электронов и этим уменьшают электрическое сопротивление разрядного промежутка.

Процесс ионизации атомом газа нарастает лавинообразно, поэтому для ограничения тока последовательно с газоразрядным прибором включают ограничительный резистор.

Для того, чтобы получить представление о газоразрядных приборах, используемых в авиационном радиоэлектронном оборудовании рассмотрим их классификацию.

9.2.2.1. Классификация и условное графическое обозначение

Все газоразрядные приборы в основном делятся на приборы с самостоятельным и несамостоятельным видами разрядов.

Приборы с самостоятельным разрядом имеют не подогреваемые (холодные) катоды. В этих приборах носителями зарядов являются электроны и ионы, образующиеся в результате ионизации газа. Для поддержания самостоятельного разряда достаточно наличия электрического поля необходимой напряженности и не требуется внешних источников ионизации.

К ним приборам с самостоятельным разрядом относятся: неоновые (сигнальные) лампы, стабилитроны, тиратроны тлеющего разряда (газоразрядные приборы с управляемым поджигом), декатроны (десятичные счетчики), защитные газовые разрядники и так далее.

Приборы с несамостоятельным разрядом имеют подогревный (как у электронных ламп) катод. Поэтому носителями зарядов в них, наряду с электронами и положительными ионами ионизированного газа, являются и электроны, эмитированные катодом. На принципе несамостоятельного разряда работают газотроны (газонаполненные аналоги диодов) и тиратроны дугового разряда.

1.2.2.2. Характеристики и параметры

К основным электрическим параметрам газоразрядных приборов относятся следующие:

1. Напряжение зажигания Uзаж - напряжение, приложенное между электродами, при котором в приборе возникает электрический разряд; оно определяет минимальное напряжение источника в схеме.

2. Напряжение стабилиза­ции Uст (для газоразрядных стаби­литронов) - напряжение между анодом и катодом, которое стаби­литрон поддерживает постоянным.

3. Максимальный I ст. макс и минимальный I ст. мин токи стабили­зации (для газоразрядных стабили­тронов) – токи при которых сохра­няется стабилизирующее действие прибора.

4. Изменение напряжение стабилизации ΔUcт (для газораз­рядных стабилитронов) – допустимое изменение напряжения стабилизации в ра­бочем диапазоне токов от I ст. макс до I ст. мин.

1.3. Электронно-лучевые приборы

Электронно-лучевыми приборами называют разновидность электровакуумных приборов, действие которых основано на использовании одного или нескольких концентрированных пучков (лучей) электронов. Электронно-лучевые приборы часто выполняются в виде трубки, вытянутой в направлении луча, поэтому такие приборы называют электронно-лучевыми трубками.

Для того, чтобы получить представление о электронно-лучевых приборах, используемых в авиационном РЭО рассмотрим их классификацию.

1.3.1. Классификация и условное графическое обозначение

1. По назначению электронно-лучевые приборы делятся на приемные, передающие, запоминающие и рентгеновские. В авиационных радиотехнических устройствах наибольшее применение нашли приемные трубки.

Приемным называется электронно-лучевой прибор, преобразующий электрический сигнал в оптическое изображение. К приемным трубкам относятся: осциллографические трубки, индикаторные трубки, кинескопы.

Осциллографические трубки предназначены для графического воспроизведения формы электрического сигнала, управляющего положением электронного пучка на люминесцентном экране. Они применяются главным образом в измерительной технике – осциллографах, осциллоскопах и так далее.

Индикаторные трубки предназначены для визуального отображения на экране информации, поступающей в виде электрических сигналов, управляющих интенсивностью отклоняемых по определенному закону электронных пучков. В авиационных радиотехнических устройствах индикаторные трубки применяются в системах единой индикации.

Кинескоп – это приемная трубка, применяемая для воспроизведения телевизионных изображений.

2. В зависимости от способа управления электронным лучом электронно-лучевые трубки делятся на трубки с электростатическим управлением и магнитным управлением.

В трубках с электростатическим управлением фокусирование и отклонение электронного луча производится с помощью электростатических полей.

Достоинством электростатических трубок является малая инертность и малое потребление энергии.

К недостаткам можно отнести малые углы отклонения электронного луча.

В трубках с магнитным управлением фокусирование и отклонение электронного луча производится с помощью магнитного поля. Магнитная отклоняющая система, как правило, используется в радиолокационных трубках.

Достоинством трубок с магнитным управлением является возможность получения меньших сечений светового пятна на экране и соответственно лучшей контрастности и четкости изображения. К недостаткам можно отнести высокую инертность, существенные затраты на управление, большую массу и габариты.

Условное графическое обозначение электронно-лучевых трубок имеет следующий вид:

9.3.2. Характеристики и параметры

Свойства электронно-лучевых приборов характеризуется их параметрами. К основным электрическим параметрам электронных трубок можно отнести следующие:

1 Диаметр (диагональ) экрана dэ измеряемая между двумя противоположными углами.

2. Минимальное сечение светящегося пятна dп определяется площадью пятна в центре экрана.

3. Контраст экрана, определяемый как отношение яркости наиболее светлых, возбужденных до заданного уровня участков экрана, к яркости его самых темных, не возбужденных электронным лучом участков.

4. Под чувствительностью трубки понимается отношение величины линейного смещения светящегося пятна h, происходящей при изменении напряжения Uоткл в отклоняющей системе на один вольт:

       .

Выводы:

1. В электронно-управляемых лампах проводимость осуществляется посредством электронов, движущихся между электродами в вакууме. В свою очередь в газоразрядных приборах проводимость осуществляется за счет ионизации намеренно введенного газа или пара.

2. Действие электронно-лучевых приборов основано на управлении сфокусированным электронным пучком посредством отклоняющей системы.

1.4 Полупроводниковые элементы. Физические основы

полупроводниковых приборов

Полупроводниковыми называют группу веществ, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Однако определяющим для радиоэлектроники является не величина удельной проводимости полупроводников, а ее зависимость от концентрации примесей и внешних энергетических воздействий: электрических, оптических, тепловых и так далее.

Для изготовления полупроводниковых приборов чаще всего используется кремний (Si), арсенид галлий (GaAs), германий (Ge).

Для того, чтобы получить представление и полупроводниках познакомимся с основными определениями.

1.5 Основные определения

Электрон, находящийся около атома химического вещества, может перемещаться внутри кристаллической решетки. При отрыве электрона от атома остается нескомпенсированный положительный заряд ядра, называемый дыркой. Процесс возникновения свободных электронов и дырок называется генерацией подвижных носителей заряда.

Участвуя в тепловом движении, свободные электроны могут попадать в места расположения дырок, восстанавливая связи между атомами. Процесс взаимной компенсации отрицательных зарядов электронов и положительных зарядов дырок, обусловленный восстановлением ковалентных связей между атомами, называется рекомбинацией носителей зарядов.

Средний промежуток времени между моментами генерации и рекомбинации называют временем жизни подвижных носителей зарядов, а среднее расстояние, проходимое подвижными носителями зарядов за время жизни, – диффузионной длинной λдиф или длинной свободного пробега. При неизменных внешних условиях скорости процессов генерации и рекомбинации устанавливаются одинаковыми. В результате в чистом полупроводнике имеют место равновесные концентрации свободных электронов ni и дырок рi, при этом естественно, что ni = рi.

Проводимость полупроводника можно существенно увеличить путем введения  в него небольшого количества специально подобранных примесей. В полупроводниковой электронике применяют примеси двух типов: донорные (фосфор, мышьяк, сурьма) и акцепторные (бор, алюминий, индий).

Атомы донорных примесей имеют пять валентных электронов: четыре из них вступают в ковалентные связи с четырьмя атомами кристалла, а пятый оказывается слабо связанным с ядром атома примеси. Концентрация этих появившихся свободных электронов определяется концентрацией примеси Nд. Исходя из сказанного следует, что в полупроводнике с донорной примесью основными носителями являются электроны (nn>>pn, то есть концентрация электронов в донорном полупроводнике во много раз больше концентрации дырок в этом же полупроводнике). В связи с этим донорный полупроводник называют полупроводником типа n (рисунок 1).

Рисунок 1

Атомы акцепторных примесей имеют по три валентных  электрона, которые образуют с атомами самого полупроводника только три ковалентные связи; четвертая связь остается незаполненной. Однако, даже при небольшом тепловом возбуждении эта связь заполняется за счет одного из электронов соседних атомов. Таким образом, в акцепторном полупроводнике основными подвижными носителями заряда являются дырки, а неосновными электроны (pр>>np). С учетом сказанного проводник с акцепторной примесью часто называют полупроводником р типа.