Е.О.Федосеева, Г П. Федосеева 8 страница

Ток управления влияет только на крутизну участка 1 закры­того состояния тиристора и напряжение перехода в открытое состояние; на рабочий участок характеристики в открытом со­стоянии ток управления не оказывает влияния. После включения тиристора цепь управления может быть разомкнута, а тиристор будет продолжать работать в открытом состоянии. Благодаря этому свойству в практических схемах используют автоматиче­скую подачу кратковременных импульсов тока управления для включения тиристора в нужный момент времени.

Выключение тиристора — переход в закрытое состояние — может быть осуществлено уменьшением тока до величины, меньшей тока удержания, или изменением полярности основного напряжения U_a на обратную. Обратная ветвь характеристики, как было сказано, соответствует обратной ветви вольт-амперной характеристики диода (участок 4 на рис. 1.51). При обратном напряжении, равном напряжению пробоя и_об_Рп_Роб происходит лавинный пробой тиристора (участок 5).

1.6.2. Симметричные тиристоры

Симметричным тиристором, или симистором, называют тири­стор, который переключается из закрытого состояния в открытое как в прямом, так и в обратном направлении. Он имеет симмет­ричную вольт-амперную характеристику, т. е. одинаковые по виду прямую и обратную ветви. В связи с этим симисторы применяют как переключающие приборы в цепях переменного тока.

Симметричные тиристоры разделяют на диодные и триодные. Диодный симметричный тиристор (диак) включается при дости­жении как в прямом, так и в обратном направлениях опреде­ленного значения напряжения между основными выводами, рав­ного напряжению переключения. Триодный симметричный тири­стор (триак) включается как в прямом, так и в обратном направ­лениях при подаче сигнала на его управляющий электрод.

Структура симистора характеризуется большим, чем четыре, числом чередующихся областей р- и я-типа и, соответственно, имеет не три, а большее число переходов: для диака пять слоев и четыре перехода, для триака — шесть и более слоев, пять и более переходов.

Рассмотрим структуру и принцип действия симистора (рис. 1.52).

Контактные металлизированные площадки электрически со­единяют верхние поверхности правой части области р_х, области п\ и «4 (рис. 1.52, а) и имеют общий вывод А (анод). Метал­
лизированная площадка в центре верхней поверхности области р\ соединена с выводом управляющего электрода УЭ. Нижние поверхности областей р₂ и «з электрически соединены контактной площадкой со вторым основным выводом К (катод). В основную цепь включаются источник переменного напряжения и нагрузка, а в цепь управления — источник импульса тока управления.

Эту структуру можно рассматривать как два обычных тири­стора, включенных встречно-параллельно. Первый из них вклю­чает часть структуры с правой стороны — р|-/г₂-р₂-пз с перехо­дами Я₂, Яз и Я₄ (рис. 1.52,6); для него прямым будет поло­жительное напряжение на аноде относительно катода. В этом случае переходы Я₂ и Я₄ находятся под прямым напряжением, а Яз — под обратным. Как было подробно рассмотрено для обычного тиристора, с увеличением тока в л₂-слое накаплива­ются электроны, а в р₂-слое — дырки, что приводит к перемене

полярности напряжения на переходе Яз с обратной на прямую, и тиристор переключается из закрытого состояния в открытое.

Если на электрод УЭ подавать импульс управляющего напря­жения со знаком «плюс» относительно анода А, то на дополни­тельном переходе Пъ создается прямое напряжение, электроны инжектируются из области /14 в область р\, диффундируют через нее к переходу Я₂ и перебрасываются полем его контактной разности потенциалов в п₂-слой. Насыщение п₂-слоя приводит в свою очередь к увеличению прямого напряжения на переходе Я₂, под действием которого усиливается инжекция дырок

Рис. 1.53. Вольт-амперные характеристики симмет­ричного тиристора

Pi-слоя в п₂-слой; они диффундируют через п₂-слой и перебрасы­ваются под действием обратного напряжения на переходе Яз в р₂-слой. Накопление дырок в р₂-слое и электронов в п₂-слое под действием импульсов управляющего сигнала происходит мгновенно, и тиристор переключается в открытое состояние при меньшем напряжении между основными электродами, чем напря­жение переключения при отсутствии тока управления.

При перемене полярности напряжения в основной цепи — плюсом к катоду, минусом к аноду — прямое напряжение ока­зывается на левой части четырехслойной структуры рис. 1.52, а, составляющей как бы второй обычный тиристор: снизу вверх Р2-П2-Р1-П1 с р-п переходами Яз, Я₂ и Я1 (рис. 1.52,6). На пере­ходах Яз и Я| действует в этом случае прямое напряжение, а на переходе Я₂ — обратное. Процессы происходят так же, как в обычном тиристоре. Импульс управляющего сигнала создает дополнительное прямое напряжение на переходе Я_ь и через него проходит ток управления /_у, вызывая переключение сими- стора из закрытого состояния в открытое. Условные графические обозначения диака и триака приведены на рис. 1.52, в, г, а схема включения триака — на рис. 1.52, д.

Рассмотренные процессы отражены на семействе вольт-ампер- ных характеристик симистора (рис. 1.53). В прямом направле­нии они такие же, как для обычного тиристора, а в обратном — аналогичны им, но располагаются симметрично в третьем квад­ранте системы координат.

1.6.3. Параметры и типы тиристоров

Наиболее важными параметрами тиристоров по основной цепи являются: ток и напряжение переключения — /_прк и U_npк; ток, напряжение и рассеиваемая мощность в открытом состоя­нии тиристора — /_ос, и_ос, Рос; ток удержания — /_уд; обратный ток — /₀б_Р; максимально допустимые значения тока и мощности В открытом СОСТОЯНИИ И обратного напряжения /ос макс, Рос маек,

&обр макс •

К параметрам, характеризующим цепь управления, относятся отпирающий постоянный (или импульсный) ток управления /_уотп и соответствующее ему отпирающее постоянное (или импульс­ное) напряжение управления U_yoтп. Отпирающим током управле­ния называют наименьший ток управления, необходимый для включения тиристора в заданном режиме.

Динамический режим работы тиристора характеризуется ди­намическим сопротивлением в открытом состоянии г_дин, време­нем включения /_Вкл и временем выключения тиристора /_BblKJ,.

Динамическое сопротивление тиристора определяется по на­клону прямой ветви вольт-амперной характеристики на участке, соответствующем открытому состоянию; оно равно отношению приращения напряжения к соответствующему ему приращению тока:

_г _ At/oc

^дин —лт~ •

£_М ос

Время включения тиристора t_Bкл — это интервал времени, в течение которого тиристор переходит из закрытого состояния в открытое. Время включения тиристора составляет 5—30 мкс.

Время выключения тиристора t_Bblкл — это наименьший интер­вал времени, в течение которого восстанавливаются запирающие свойства, т. е. рассасываются накопленные в базах носители заряда после перемены полярности напряжения в основной цепи и рекомбинации оставшихся носителей. Это время составляет от 5—10 до 200—250 мкс. По прошествии этого времени на тиристор может быть снова подано прямое напряжение. Он останется закрытым до следующего отпирающего импульса.

Время включения и время выключения тиристора характе­ризуют его частотные свойства.

По мощности тиристоры, как и диоды, подразделяют на ти­

ристоры малой мощности (на токи до 0,3 А), средней мощности (от 0,3 до 10 А) и большой мощности — силовые.

Тиристоры широко применяют в технике. Динисторы, трини- сторы и симисторы малой мощности используют в качестве переключающих элементов в устройствах автоматики, в электро­нно-вычислительных машинах, в преобразователях сигналов, в осветительных системах. Тринисторы средней и большой мощ­ности применяют в качестве управляемых вентилей для выпрям­ления переменного тока. В этом случае импульсы тока управ­ления отпирают тиристор в определенный момент положитель­ного полупериода напряжения; этим определяется длительность пропускания тока, т. е. часть полупериода, когда тиристор от­крыт. Таким образом можно управлять величиной выпрямлен­ного тока и напряжения. Тринисторы используют также в тири­сторных стабилизаторах выпрямленного напряжения, в устройст­вах для регулирования числа оборотов приводов, в генераторах большой мощности, в генераторах высокой частоты.

Симметричные тиристоры средней и большой мощности наш­ли применение в стабилизаторах напряжения с регулированием на переменном токе (со стороны сети), а также в регуляторах света ламп накаливания, в качестве ключей и реле в сильноточ­ных цепях переменного тока, для коммутации силовых цепей электроприводов и в других устройствах.

Буквенно-цифровая система обозначения тиристоров такая же, как для дио­дов. Первый элемент — буква К (кремниевый). Второй элемент — буква Н для динисторов (неуправляемый), У— для тринисторов и симисторов (управляе­мый). Третий элемент — трехзначное число, обозначающее назначение и поряд­ковый номер разработки:

тиристоры малой мощности от 101 до 199; тиристоры средней мощности от 201 до 299; симисторы малой мощности от 501 до 599; симисторы средней мощности от 601 до 699.

Четвертый элемент — буква, обозначающая группу по параметрам. Например: КН102Б — кремниевый динистор малой мощности, номер разработки 02, группа Б по параметрам (по справочнику для групп от А до И напряжение переключения от 20 до 150 В);

КУ201И — кремниевый тиристор средней мощности, номер разработки 01, группа И;

КУ608Г — кремниевый симистор средней мощности, номер разработки 08, группа Г.

Тиристоры большой мощности, используемые в силовых цепях, имеют другую систему обозначений. Первый элемент — буква Т — тиристор; второй — одна или две буквы, указывающие на конструктивные особенности или систему охлаждения; Л — с лавинной характеристикой, В — с водяным охлаждением, С — симистор; ЛВ — с лавинной характеристикой и водяным охлаждением; если этих особенностей нет, то второй элемент отсутствует; третий элемент — число, указывающее максимально допустимый ток в амперах в открытом состоя­нии тиристора. Например: Т-150, ТВ-1000. После числа, указывающего вели­чину тока, может стоять еще число, обозначающее класс по допустимому напря­жению. В этом числе единица соответствует напряжению 100 В; например, класс 4 — на напряжение 400 В, класс 10—на 1000 В. Число, стоящее после
класса, определяет параметры частотных свойств, указываемые в справочниках. Например: Т-160-4-142.

Силовые тиристоры, выпускавшиеся промышленностью до введения этой системы обозначений, имеют старый шифр; например, ВК.ДУ-25 — вентиль кремниевый управляемый, на ток 25 А.

Внешний вид тиристоров малой, средней и большой мощности показан на рис. 1.54.

Управляющий

Рис. 1.54. Внешний вид тиристоров

Контрольные вопросы

1. Нарисуйте и объясните структуру и схему включения тиристора.

2. Нарисуйте вольт-амперные характеристики тиристора и объясните его прин­цип действия без тока управления и при разных значениях тока управле­ния.

3. Чем отличаются структура и вольт-амперные характеристики симметрич­ного тиристора?

4. Назовите основные параметры тиристоров и область их применения.

5. Какие буквенно-цифровые обозначения присваивают тиристорам?

Глава 1.7.

ОДНОПЕРЕХОДНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

1.7.1. Устройство и принцип действия ОПТ

Однопереходный транзистор (ОПТ) — это управляемый полу­проводниковый прибор с одним р-п переходом и тремя выво­дами (рис. 1.55, а). Он изготовляется на основе пластины высо­коомного кремния я-типа. От пластины с помощью невыпрям­ляющих контактов делается два вывода. Между этими контак­

тами путем введения акцепторной примеси в пластине создается небольшая p-область и образуется р-п переход. Область р-типа является эмиттерной, а участки исходной пластины л-типа от р-п перехода в обе стороны до невыпрямляющих контактов — базовыми областями. Выводы от базовых областей называют первой базой Б\ и второй базой />2, а от эмиттерной области — эмиттером Э. ОПТ могут иметь и противоположную структуру: базовые области р-типа, эмиттерную — л-типа.

Условные графические обозначения однопереходных транзи­сторов с базами л-типа и р-типа на электрических схемах пока­заны на рис. 1.55, б, в. Более широкое распространение получили ОПТ с базами л-типа из-за того, что у них основными носителями заряда являются электроны, имеющие большую подвижность, чем дырки.

Рассмотрим принцип действия однопереходного транзистора.

J>2

Б,

Если между базами подать от источника Е_б постоянное напря­жение порядка 10—30 В плюсом к базе Б₂ (рис. 1.56, а), а на эмиттер не подавать напряжение, то межбазовое напряжение (У₆|б2 распределится вдоль пластины по линейному закону. Через пластину от Б₂ к Б\ потечет небольшой ток второй базы 1_б2, так как межбазовое сопротивление г_бб высокоомной кремниевой пластины велико (4—12 кОм). При этом межбазовое напряжение делится между областями первой и второй базы пропорциональ­но их сопротивлениям или длинам /1 и /₂; чаще всего h < /₂.

4*

На сопротивлении первой базы, т. е. на области пластины от края р-п перехода до вывода Б_ь создается внутреннее падение напряжения U₆\ (рис. 1.56,6). Оно составляет определенную часть межбазового напряжения и_б\_б2 и, следовательно, прямо пропорционально ему.

Если от внешнего источника подать напряжение и_э61 на эмит­тер относительно вывода первой базы Бj, то на р-п переходе будет действовать напряжение, равное разности потенциалов p-слоя и n-слоя по обе стороны р-п перехода, т. е. разности внеш­него напряжения на эмиттере и внутреннего падения напряжения на области первой базы: и_эбi — U₆1- Отсюда следует, что при любом отрицательном напряжении на эмиттере, а также при положительном, но по величине меньшем, чем U_6i, на р-п пере­ходе действует обратное напряжение и через эмиттер протекает очень малый ток; ОПТ закрыт.

По мере увеличения положительного напряжения на эмиттере наступает момент, когда оно становится равным внутреннему падению напряжения на первой базе: U-_i6i = U_6l, а обратное напряжение на р-п переходе и обратный ток эмиттера — равны­ми нулю. Это соответствует моменту открывания р-п перехода. Напряжение на эмиттере, равное внутреннему падению напряже­ния на первой базе, называют пороговым напряжением £/_э0: U₃о = U_3б| = U_6l. Очевидно, что пороговое напряжение зависит от межбазового U_6i62, пропорционально которому изменяется

Превышение порогового напряжения приводит к перемене полярности напряжения на р-п переходе с обратной на прямую. Действие прямого напряжения вызывает инжекцию дырок из эмиттера в базу и прохождение через р-п переход прямого тока эмиттера /_э. Дырки, перешедшие через р-п переход, совершают диффузионное и дрейфовое движение в электрическом поле в основном в направлении к выводу первой базы Б\. Инжекция дырок в область первой базы, где они становятся неосновными носителями заряда, уменьшает ее сопротивление. С ростом тока эмиттера сопротивление базы уменьшается.

После открывания р-п перехода сначала ток эмиттера очень мал и растет медленно с увеличением напряжения эмиттера U_a61, поэтому уменьшение сопротивления r_6i еще незначительно. Но постепенно с увеличением Ц,₆1 рост тока эмиттера и инжек­ция дырок в базу становятся все интенсивнее, а уменьшение сопротивления базы — все существеннее.

При некотором критическом значении тока эмиттера накоп­ление дырок в первой базе приводит к резкому снижению ее сопротивления и заметному уменьшению падения напряжения U₆\ на нем. В результате снижается потенциальный барьер на р-п переходе, что способствует дополнительной инжекции дырок в базу и дальнейшему росту тока эмиттера. Процесс нарастает лавинообразно, поэтому дальнейший рост тока эмиттера сопро­вождается уменьшением напряжения между эмиттером и базой. Такой режим соответствует отрицательному дифференциальному сопротивлению прибора и носит название активного режима.

Момент перехода к активному режиму соответствует переходу ОПТ из закрытого состояния в открытое, т. е. включению одно­переходного транзистора. Напряжение и ток эмиттера в момент включения называют напряжением включения U_BKJl и током вклю­чения /_вкл. Ток включения ОПТ составляет обычно единицы мик­роампер, а напряжение включения пропорционально межбазово- му напряжению.

Процессы, происходящие в однопереходном транзисторе в ак­тивном режиме, сложнее рассмотренных. Дело в том, что рост тока эмиттера и снижение напряжения U_t\ влияют не только на процессы в эмиттерном переходе и в области первой базы, но и на ток в межбазовой цепи. Поскольку инжекция дырок в первую базу уменьшает ее сопротивление, то уменьшается и общее сопротивление между невыпрямляющими контактами Б\ и Б%. Это в свою очередь увеличивает ток /₆2 в пластине между £2 и Б\ и падение напряжения в области второй базы. Следствие этого — дополнительное снижение напряжения £Лн, еще большее повышение прямого напряжения на р-п переходе и еще больший рост тока эмиттера при одновременном уменьшении эмиттерного напряжения.

Когда произойдет насыщение слоя первой базы дырками, его сопротивление перестанет уменьшаться; дальнейший рост тока эмиттера будет происходить при условии повышения при­ложенного к нему напряжения. Этот режим называют режимом насыщения. В режиме насыщения однопереходный транзистор находится в открытом состоянии. Он работает как диод в пря­мом направлении и имеет положительное сопротивление; рост тока эмиттера /_э происходит при увеличении напряжения эмит­тера U₃61- Сопротивление эмиттер — база в открытом состоянии мало и составляет десятки ом, ток эмиттера сравнительно ве­лик — десятки миллиампер, а напряжение между эмиттером и базой невелико — единицы вольт.

1.7.2. Вольт-амперная характеристика ОПТ

Процессы, происходящие при включении однопереходного транзистора, отражаются его эмиттерной вольт-амперной харак­теристикой, называемой иначе входной характеристикой.

Эмиттерная вольт-амперная характеристика ОПТ (рис. 1.57) представляет собой зависимость тока эмиттера /_э от напряжения между эмиттером и первой базой и_эб[ при постоянном межбазо- вом напряжении:

Л = ки_эб1) при и_б|₆₂ = const.

Если ко второй базе Б₂ не подключен источник питания (^6162 = 0), то эмиттерная вольт-амперная характеристика ОПТ представляет собой вольт-амперную характеристику р-п перехода в прямом направлении (пунктирная кривая). При некотором постоянном межбазовом напряжении с плюсом на базе Б₂ ее

характер существенно изменяется, и она напоминает вольт- амперную характеристику тиристора с двумя устойчивыми со­стояниями — закрытым и открытым, между которыми имеется неустойчивое состояние — с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Рассмотрим участки характеристики, соответствующие этим состояниям.

При отрицательном напряжении эмиттера относительно пер­вой базы U₃61 и при положительном, не превышающем поро­гового значения Ц,₀, р-п переход закрыт; через него протекает малый обратный ток 1_эобр (участок /). Этот ток откладывают на графике вниз от горизонтальной оси, так как направление его противоположно рабочему прямому току (/_э < 0). Эту область работы ОПТ называют областью отсечки.

При Иъб\ ^ Ц»о р-п переход открывается (точка Л); через него начинает проходить прямой ток эмиттера (/_э^0). Однако этот ток еще очень мал; он растет постепенно с ростом С/_Эб\. Диффе­ренциальное сопротивление на этом участке положительное, но ОПТ остается закрытым (участок 2). Эту область ОПТ называют промежуточной.

В соответствии с описанными процессами в точке Б при накоплении дырок в области первой базы происходит включение

ОПТ — переход в открытое состояние. Этой точке соответствуют напряжение включения и_акл и ток включения 1_ШЛ.

Участок 3 — активная область, соответствующая активному режиму: ток эмиттера возрастает, а напряжение на эмиттере при этом уменьшается. Эта область характеризуется отрица­тельным дифференциальным сопротивлением, которое сначала велико, а затем постепенно уменьшается до нуля в точке В, чтобы на следующем участке перейти в положительное.

Участок 4 отражает работу ОПТ в открытом состоянии. В соответствии с режимом насыщения, характеризующим откры­тое состояние, его называют областью насыщения. В этом режи­ме ОПТ работает так же, как прибор с положительным сопро­тивлением малой величины: ток эмиттера значительно увеличи­вается при небольшом увеличении напряжения эмиттера.

При уменьшении тока в открытом состоянии до некоторого значения, называемого током выключения 1_тшл, ОПТ переходит в закрытое состояние.

Семейство эмиттерных характеристик однопереходного тран­зистора может быть снято при разных постоянных значениях межбазового напряжения. Чем больше это значение, тем больше напряжение включения; вся характеристика больше сдвигается вправо, а участок 3 отрицательного сопротивления, соответст­венно, располагается выше.

1.7.3. Параметры и типы ОПТ

Свойства однопереходных транзисторов, отраженные на вольт-амперной характеристике, позволяют применять их в схе­мах генераторов импульсов и линейно изменяющихся напряже­ний, в качестве ключевых устройств в системах автоматики, в преобразователях сигналов. Наибольшее распространение по­лучили ОПТ в схемах управления тиристорами.

На рис. 1.58 представлен двухтранзисторный аналог одно­переходного транзистора, который иллюстрирует работу ОПТ. Это два биполярных транзистора с разными типами электро-

Б₂ R₂
проводности: Ti р-п-р-тша и Т2 п-р-п-типа, включенных так, что коллектор первого соединен с базой второго, а коллектор второго — с базой первого. При этом эмиттером Э эквивалент­ного ОПТ является эмиттер транзистора Т\, первой базой Б\ — эмиттер транзистора 7Y Между Б\ и Б₂ включен делитель меж- базового напряжения Ri — /?₂, средняя точка А которого под­ключается к точке соединения базы Т\ и коллектора Гг.

В схемах с использованием ОПТ нагрузка включается в цепь первой базы; через нее проходит ток эмиттера, который после перехода ОПТ в открытое состояние значительно превышает ток /(52» также проходящий через нагрузку.

НТ117

Рис. 1.59. Конструкция и внешний вид ОПТ: а, б — сплавной кристалл; в — планарный кристалл; г — разрез конструкции; д,е — внешний вид

К основным параметрам однопереходных транзисторов отно­сятся ток включения /_вкл, ток выключения /_выкл, обратный ток эмиттера /_эоб_Р при и_эб\ — 0, межбазовое сопротивление г_бб, на­пряжение эмиттер — база в режиме насыщения при заданном токе эмиттера. Эти параметры зависят от межбазового напря­жения, поэтому в справочниках их указывают для определен­ного напряжения U₆\₆2, чаще для предельного значения.

К предельным эксплуатационным параметрам относятся мак­симально допустимые значения рассеиваемой мощности Р_макс, межбазового напряжения U₆ шыакс, среднего и импульсного токов эмиттера /_эмакс.

По конструкции ОПТ бывают сплавные (рис. 1.59, а, б) и планарные (рис. 1.59, в). Планарная технология отличается от сплавной тем, что все области полупроводника и невыпрямля­ющие контакты с ними создаются на поверхности кристалли­ческой пластины и изолируются тонкой пленкой окиси кремния. Планарные однопереходные транзисторы по сравнению со сплав­ными имеют меньший обратный ток эмиттера, меньший разброс параметров, большее межбазовое сопротивление, лучшие частот­ные свойства и меньшие геометрические размеры. Они широко применяются в быстродействующих импульсных интегральных микросхемах.

Кристалл ОПТ может быть помещен в герметический корпус, как биполярный или полевой транзистор (рис. 1.59, г, д), или использоваться в бескорпусном исполнении — с изоляцией от воздействия окружающей среды с помощью специального покры­тия (рис. 1.59, е) —для применения в гибридных микросхемах.

Система обозначения однопереходных транзисторов такая же, как для биполярных. Например, КТ117А (Б, В, Г), КТ119А, Б.

Контрольные вопросы

1. Объясните устройство и принцип действия однопереходного транзистора.

2. Нарисуйте и объясните эмиттерную вольт-амперную характеристику одно­переходного транзистора.

3. Назовите основные параметры однопереходных транзисторов.

Раздел 2. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ

Глава 2.1.

ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

2.1.1. Работа выхода электронов

Электронной эмиссией называют процесс испускания электро­нов с поверхности вещества в вакуум. На этом явлении основан принцип действия электровакуумных приборов.

В атомах металла валентные электроны внешнего слоя элект­ронной оболочки слабо связаны с ядром. При образовании кри­сталлов валентные электроны перестают принадлежать данному атому и становятся свободными, а атомный остаток превраща­ется в положительный ион. Поэтому кристаллическая решетка металла образуется положительными ионами, а между узлами решетки, в которых эти ионы расположены, хаотически пере­мещаются свободные электроны — электроны проводимости. Как было показано в главе 1.1, этому соответствует диаграмма энер­гетических уровней металла, в которой разрешенные энергети­ческие зоны перекрывают друг друга и между валентной и сво­бодной зонами нет запрещенной зоны.

При движении внутри кристаллической решетки металла сво­бодные электроны, являясь носителями заряда, взаимодействуют друг с другом и с положительными ионами, так что их ско­рость, направление движения и кинетическая энергия все время изменяются. Энергия электрона внутри металла не равна нулю даже при температуре абсолютного нуля. С увеличением энергии возрастает число электронов, обладающих ею.

Максимальная энергия электрона внутри металла при тем­пературе абсолютного нуля называется уровнем Ферми Wi и яв­ляется постоянной величиной для данного металла. Максималь­ной энергией Wi при температуре абсолютного нуля обладает наибольшее число электронов, и нет электронов с большей энер­гией, чем Wi.

При повышении температуры происходит перераспределение энергии между электронами: часть электронов, имевших энер­гию Wi и близкую к ней, получает дополнительную энергию, т. е. появляется некоторое число электронов с большей, чем Wi, энергией, но уменьшается число электронов с энергией, равной Wi и немного меньшей.

Однако, несмотря на большую энергию электронов, их выходу из металла в вакуум при низких температурах препятствуют два фактора.

Дата добавления: 2015-10-21