16.1. Классификация электронных индикаторов…………………….163

1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ…………………………………………………….163

2. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИЕЙ………………………………..163

16.2. ВАКУУМНЫЕ ЛЮМИНИСЦЕНТНЫЕ ИНДИКАТОРЫ (ВЛИ)………...…164

16.2.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ……………………………………………………….…164

16.2.2. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЛИ…………………………………………………..165

16.3. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЗСИ………………………………………………..166

16.3.1. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЗСИ………………...…167

16.3.2. ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ (ЖКИ)…………………….168

16.3.3. УПРАВЛЕНИЕ ЖКИ…………………………………………………………….169

17. СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ…………………….……………………………………171

17.1. МОДЕЛИ СИГНАЛОВ…………………………………………………………...171

17.1.1. ГАРМОНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ………………172

17.1.2. СПЕКТРЫ ПЕРИОДИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ………………………………...174

17.1.3. СПЕКТРЫ НЕПЕРИОДИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ……………………………..176

17.2. СВОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ФУРЬЕ И ЛАПЛАСА…………………….178

17.3. МОЩНОСТЬ КОЛЕБАНИЙ……………………………………………………..180

17.3.1. МОЩНОСТЬ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ……………………………..181

17.3.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ В СПЕКТРЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО

КОЛЕБАНИЯ……………………………………………………………………...182

3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ В СПЕКТРЕ НЕПЕРИОДИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ………………………………………………………………………183

3. СЛУЧАЙНЫЕ КОЛЕБАНИЯ……………………………………………………..184

1. РОЛЬ ЭЛЕКТРОНИКИ В РАЗВИТИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ - ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Электроника – наука о формировании и управлении потоками электронов в устройствах приема, передачи, обработки и хранения информации.

Понятие информации является одним из основополагающих в обществе.

Можно утверждать, что прогресс и само существование общества возможны лишь при условии непрерывного накопления, обобщения и обмена информации.

Обращение к истории человечества показывает, что развитие производительных сил общества, а с ними и производственных отношений тесно связано с развитием средств информатики. Переход людей от жеста и мимики к звуковой речи, затем к письменности, к книгопечатанию и далее сопровождала непрерывным ростом возможностей общества, как в материальной, так и в духовной сфере. В настоящее время все способы обработки информации интенсивно используются человеком, причем переход к каждому новому способу передачи информации примерно на порядок расширял возможности общения между людьми, что закономерно приводило к резкому увеличению производительных сил общества. Поэтому потребность в совершенствовании систем обработки информации будет сохраняться, пока существует цивилизация.

Непосредственно эти операции выполняют различные информационные системы (ИС). Примерами таких систем служат все виды связи, вещания, телеметрия, локация, передача данных и команд автоматического управления, вычислительная техника и др.

Для всех ИС характерно то, что информация в них представлена в виде сигналов.

Сигналом называется физический процесс, параметры которого меняются в соответствии с передаваемой информацией. Следует различать информационные и неинформационные параметры сигнала. Причем информация заключена не в самом сигнале или его параметрах, а в изменении (приращении) информационного параметра.

В принципе, информация может быть заложена в изменение любого параметра любого физического процесса. Такими процессами могут быть электрический ток (напряжение); электромагнитное излучение (радиоволны и свет), механическое движение твердых тел, жидкостей, газов и т. д. Однако, наиболее часто применяются первые два, так как они обеспечивают максимальную скорость обработки информации (физический предел – скорость света) и максимальную дальность передачи (в настоящее время – в пределах солнечной системы).

В процессе обработки информации аппаратура системы обработки должна выполнять ряд функций: генерация, модуляция, усиление, преобразование частоты, детектирование, распределение во времени (задержка) и пространстве (коммутация). Для всех этих функций характерно преобразование сигнала, причем выделяется 2 вида преобразований:

1. Изменения параметров физического процесса.

2. Изменения физической сущности процесса.

В современных информационных системах эти преобразования выполняются с помощью электронных приборов (ЭП).

ЭП – это прибор, основанный на использовании электронных явлений в различных средах: вакууме, газе, жидкости, полупроводнике.

Все многообразие ЭП основано на определенных физических явлениях, которые называются электронными:

1. Испускание электронов нагретым телом – термоэлектрическая эмиссия.

2. Зависимость электрической проводимости цепи из катода, вакуумного промежутка и анода от направления тока.

3. Обмен энергией между потоком электронов в вакуумном промежутке и электромагнитным полем в этом промежутке.

4. Ионизация газа при прохождении потока быстродвижущихся электронов, приводящая к 1 электрической проводимости среды.

5. Наличие двух типов электропроводности полупроводников (электронной и дырочной).

6. Существование на границе электронного и дырочного полупроводника переходного слоя, обладающего электрической проводимостью, зависящей от направления тока.

7. Инжекция (проникновение) носителей заряда в глубь полупроводника при прохождении электрического тока.

8. Испускание электронов веществом под действием фотонов (фотоэффект).

9. Испускание фотонов веществом под воздействием электронов (люминесценция).

На основе этих и многих других электронных явлений созданы и работают ЭП.

Приступая к изучению конкретного ЭП, следует, прежде всего, четко представлять возможности этого прибора, как элемента информационной радиотехнической аппаратуры.

ЭП относятся к изделиям, которые не имеют самостоятельного независимого применения. Их используют в качестве составных частей или элементов РЭА и ЭВА, которые подлежат сборке, разборке и ремонту в процессе эксплуатации. Для успешного функционирования в составе ЭВА и РЭА ЭП должны соответствовать ряду требований, определяющих свойства и качество элементов.

1.1. ТРЕБОВАНИЯ К ЭП РЭА

Активные ЭП – генераторы, усилители выпрямления, преобразователи частоты.

Пассивные элементы РЭА – R,C,L, транзисторы.

ЭП, используемый в конкретной ИС, должен обладать определенными свойствами в зависимости от назначения системы. Основным свойством ЭП является его способность осуществлять необходимый вид преобразования сигнала. (Например, электрический сигнал изображение). (Система связи – расстояниеуменьшается мощность сигналаусилениенеобходимы мощные ЭП в передающих чувствительных ЭП в приемных устройствах). Под мощностью ЭП подразумевается его способность преобразовывать мощные входные сигналы, а под чувствительностью – способность преобразовывать слабые сигналы. Скоростная передача информации связана с быстрыми изменениями параметров сигнала. Поэтому ЭП должны обладать определенными частотными свойствами – способность ЭП без искажений преобразовывать высокочастотные сигналы или сигналы с широким спектром частот. В процессе передачи и обработки информации сигналы подвергаются воздействию помех, что может снизить достоверность информации. Одним из видов помех являются собственные шумы ЭП, таким образом, случайные флуктуации, возникающие в самих ЭП. Собственные шумы вредны, так как уменьшается чувствительность и понижается помехоустойчивость ЭП. Поэтому следует учитывать и шумовые свойства ЭП, то есть уровень собственных шумов.

Таким образом, характеристиками ЭП являются:

1. Вид преобразования сигнала.

2. Maксимальное значение преобразуемого сигнала (мощность).

3. Mинимальное значение преобразуемого сигнала (чувствитель- ность).

4. Частотные свойства.

5. Шумовые свойства.

Эти требования к ЭП выдвигает системотехника. Но свойства ЭП определяются также требованиями схемотехники, технологии производства, экономики и условиями эксплуатации. К числу этих требований относится:

1. Возможность согласования с источником входного сигнала и нагрузкой

2. Экономичность

3. Малый разброс параметров у идентичных приборов (параметры должны иметь определенные номинальные значения (номиналы)) – средние значения, около которых сосредоточены значения параметров отдельных однотипных приборов. Указывают также допуски на параметры, то есть допустимые отклонения от номиналов. Например,

+ 10< V₀< -10.

4. Температурная стабильность параметров – способность сохранять значения параметров в заданных пределах при заданных изменениях температуры t⁰окружающей средыTKH,TKR,TKC– для пассивных элементов.

5. Радиационная устойчивость – возможность работать под действием светового или ионизирующего излучения.

6. Устойчивость к механическим воздействиям – способность сохранять рабочее состояние при воздействии вибрации и перегрузок.

7. Технологичность – возможность механизации и автоматизации изготовления.

8. Низкая стоимость в производстве и эксплуатации.

9. Ремонтопригодность (так как ЭП относятся к невосстанавливаемым элементам РЭА, под ремонтопригодностью понимается удобство контроля и замены ЭП).

10. Надежность и долговечность. Долговечность определяется сроком службы ЭП. А надежность характеризуется интенсивностью отказов ЭП :

 = n/Nt,

где n– число ЭП, отказавших в течение времениt,N– общее число работавших приборов.

11. Малые габариты и вес.

12. Электрическая прочность – предельные значения напряжения тока, мощности, выделяющейся на ЭП, при которых сохраняется работоспособность ЭП и так далее. (Нагрево-, холодо-, влаго-, тропикостойкость).

Многие из этих требований противоречивы и предпочтение тому или иному требованию к ЭП должно отдаваться исходя из назначения прибора и условий эксплуатации.

1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭП

Следствием многообразия требований, предъявляемых к ЭП, являются и многообразие самих ЭП, отличающихся своими параметрами, технологией изготовления и принципом действия. Современные ЭП используют принципиально разные физические эффекты. Непрерывное развитие науки открывает все новые и новые физические эффекты, которые становятся базой для создания новых ЭП. Один только фонд физических явлений, созданный в нашем институте, содержит описания более 800 физических эффектов. Для объяснения и описания этих эффектов приходится привлекать теорию из самых разнообразных отраслей науки.

Дадим классификацию ЭП. В качестве основных признаков классификации примем:

1. Вид преобразования сигнала.

2. Вид рабочей среды и тип носителей заряда.

3. Число полюсов и электродов.

4. Способ управления.

Особую группу приборов составляют приборы сверхвысоких частот, изучению которых посвящен отдельный курс.

1.3. ВИД ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛА

По этому признаку ЭП можно разбить на две большие группы:

1. Преобразователи физической основы сигнала.

2. Преобразователи параметров сигнала.

В первой группе входной и выходной сигналы отличаются по виду энергии, например, входной сигнал электрический, а выходной – световой.

Во второй группе вид энергии остается неизменным, например, входной и выходной сигналы – электрические, но различаются своими параметрами – амплитудой, частотой, фазой или формой.

К преобразователям физической основы относятся:

- электросветовые ЭП, преобразующие электрический сигнал в световой (лампы накаливания, неоновые лампы, светодиоды);

- фотоэлектрические ЭП, преобразующие световой сигнал в электрический (фоторезисторы, фотодиоды);

- оптроны, в которых электрический сигнал преобразуется в световой, а затем опять в электрический. Это позволяет исключить гальваническую связь выходной цепи с входной;

- электромеханические приборы, преобразующие электрический сигнал в механический (телефон, громкоговоритель, электрический магнит);

- механоэлектрические, преобразующие механический сигнал в электрический (микрофон, механотроны – специальные электрические лампы с механическим перемещением электродов);

- термоэлектронные приборы, преобразующие тепловую энергию в электрическую.

Вторая группа преобразователей – преобразователи параметров, где в основном используют электрический сигнал. Эти приборы называют электропреобразовательными. Существуют также световые и механические преобразователи (световолоконная аппаратура).

Наиболее важными ЭП являются электропреобразователи, электросветовые и фотоэлектрические приборы, а также оптроны. Широкое применение этих приборов объясняется удобством обработки электрических сигналов. Не случайно то, что созданные природой информационные системы – живые организмы также используют преобразование внешних сигналов в электрические с помощью органов чувств или датчиков.

1.4. РАБОЧАЯ СРЕДА И ТИП НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА

Преобразование входного сигнала в выходной осуществляется благодаря физическим процессам, протекающим внутри ЭП, в его рабочей среде. По виду рабочей среды различают следующие классы приборов:

- электровакуумные приборы (рабочая среда – вакуум, носители заряда – электроны);

- газоразрядные приборы (рабочая среда – разреженный газ, носители заряда электроны и ионы);

- полупроводниковые приборы (рабочая среда – кристалл полупроводника, носители заряда электроны и дырки);

- хематронные приборы (рабочая среда – жидкость, носители заряда – ионы и электроны) (жидкие кристаллы).

Наибольшее применение находят полупроводниковые, электровакуумные и газоразрядные приборы.

Электровакуумные приборы обеспечивают обработку сигналов очень большой мощности и менее других подвержены воздействию проникающей радиации. Их основное применение – мощная радиовещательная и связная аппаратура, а также аппаратура для работы в условиях повышенной радиации.

Достоинством полупроводниковых приборов является возможность микроминиатюризации, малая потребляемая мощность, возможность изготовления сложных схем в едином технологическом цикле (ИС), большая надежность. К их недостаткам относятся низкая температурная стабильность (от – 40⁰до 125⁰С) и малая радиационная стойкость.

Газоразрядные приборы относятся к низкочастотным приборам, что объясняется малой подвижностью ионов в сравнении с электронами. Однако эти приборы имеют большие рабочие токи и вследствие эффектов свечения газа могут использоваться в целях индикации.

1.5. ЧИСЛО ПОЛЮСОВ

Число полюсов ЭП наряду с видом преобразования сигнала в значительной мере определяет функции, которые ЭП может выполнять в аппаратуре.

Полюсами ЭП называют отводы от электродов прибора, предназначенные для присоединения источников входных сигналов и нагрузки, на которой “выделяется” выходной сигнал. Не следует путать понятия полюса и электродов прибора – это разные понятия. Например, электровакуумный диод относится к двухполюсным приборам, хотя количество электродов у него четыре. Нить накаливания не является полюсом, так как она находится вне рабочего пространства.

Рис. 1.1

По этому признаку ЭП подразделяют на:

1. Двухполюсные.

2. Трехполюсные.

3. Четырехполюсные.

4. Многополюсные.

5.Двухполюсные и трехполюсные с дополнительным неэлектрическим (световым или механическим) входом или выходом.

К двухполюсным элементам относят диоды.

Типичные представители трехполюсных ЭП – вакуумные триоды и транзисторы. Как правило, один из полюсов такого прибора является управляющим.

Четырехполюсный прибор обладает двумя управляющими электродами, его выходной сигнал является функцией от двух входных сигналов. Типичными представителями этого вида приборов являются частотнопреобразовательные электронные лампы.

1.6. МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ

ЭП подразделяются на управляемые и неуправляемые.

Неуправляемым ЭП называют прибор, физические свойства которого отображаются одной вольт-амперной характеристикой (ВАХ).

ВАХ управляемых приборов дополнительно зависит от управляющего фактора, воздействующего на прибор. Для учета этого обычно изображают семейство ВАХ, снятых при нескольких постоянных значениях управляющего воздействия. В зависимости от вида преобразования, используемого в приборе, управление может быть электрическим, световым, механическим или тепловым.

Примеры неуправляемых ЭП - двухполюсные приборы. Однако, полупроводниковый диод может быть и управляемым, если используется внешнее неэлектрическое воздействие, например, световые – это фотоэлектронные полупроводниковые приборы, ток в которых зависит от величины падающего светового потока.

Трехполюсные приборы всегда управляемые.

Для управления током в ЭП необходимо изменять число носителей заряда, проходящих через поперечное сечение проводящего канала рабочей среды. Это осуществляется следующими методами:

1. Изменением концентрации носителей – используется в электровакуумных лампах (триодах, тетродах, пентодах, гептодах и т.д.) и биполярных транзисторах.

2. Изменением площади сечения проводящего канала – используется в разновидности полевого транзистора – полевом транзисторе с управляющим электронно-дырочным переходом.

3. Одновременным изменением концентрации и площади сечения проводящего канала – используется в полевом транзисторе с изолированным затвором.

1.7. ПОНЯТИЕ О РЕЖИМАХ, ХАРАКТЕРИСТИКАХ И ПАРАМЕТРАХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

Режимом ЭП называют совокупность условий определяющих его состояние или работу. Режим, установленный нормативно-технической документацией (ОСТ, ТУ) называется типовым или номинальным режимом. Этот режим определяет оптимальные условия работы прибора при эксплуатации, испытании или измерении параметров ЭП.

Параметром режима называют любую величину, характеризующую режим. Можно говорить об электрических параметрах режима (напряжения, токи электродов).

Существуют также параметры ЭП – величины, характеризующие свойства прибора. Например, есть электрические параметры прибора (коэффициент усиления, крутизна характеристики, межэлектродные емкости) и механические параметры прибора. Значения параметров называются номинальными, если они соответствуют номинальному режиму работы прибора.

В справочниках обычно параметры режима и параметры ЭП объединяют общим названием “Параметры”.

Если ЭП работает с неизменными во времени напряжениями и/или токами на электродах, то режим его работы называют статическим. Итак, в статическом режиме все параметры режима не изменяются во времени.

Если хотя бы один из параметров режима изменяется во времени – режим называется динамическим. Это основной режим работы ЭП.

В динамическом режиме поведение прибора существенно зависит от частоты изменения меняющегося параметра. Эта зависимость обусловлена конечной подвижностью носителей заряда в рабочем пространстве прибора. При этом величины токов и напряжений на электродах зависят не только от их значений в текущий момент времени, но и от предыстории, то есть значений токов и напряжений в предыдущие моменты времени.

Однако, если подвижность носителей велика и, следовательно, мало время прохождения носителя заряда через рабочую среду прибора , а периодTизменения меняющегося параметра большой, то связь токов и<<Tнапряжений сохраняется такой же, как и в статическом режиме. Такая разновидность динамического режима носит название квазистатического режима.

Зависимость любого параметра ЭП (или параметра режима) от другого параметра ЭП (или параметра режима) при неизменных других параметрах называют характеристикой ЭП.

Рис. 1.2

Совокупность характеристик, полученных при нескольких значениях независимого параметра режима, называют семейством характеристик ЭП.

Рис. 1.3

Если характеристика получена в статическом режиме, то говорят о статических характеристиках.

Названия статических характеристик часто связывают с названием электродов. Например, анодно-сеточная характеристика показывает зависимость анодного тока от напряжения на сетке лампы. Статическая характеристика, определяющая зависимость тока от напряжения, называется ВАХ.

Для всех ЭП характерны такие обобщенные названия семейств статических характеристик: входные характеристики, выходные характеристики, характеристики передачи.

Параметры ЭП можно разделить на параметры, определяемые по статическим характеристикам, и специальные параметры.

К группе первых параметров относятся:

1. Статические параметры характеризуют связь постоянных электрических величин (токов, напряжений) для режима, заданного точкой на статической характеристике, например, отношение напряжения к току для диода называют сопротивлением постоянному току или статистическим сопротивлением R_ст =V₀/I₀при режиме работы, характеризуемым заданной точкой ВАХ.

Рис. 1.4

В другой точке ВАХ значение R_стбудет другим, так как ВАХ диода не линейна. Величина 1/R_стназывается статической проводимостью.

2. Дифференциальные параметры определяют связь изменений (приращений) электрических величин при движении вдоль статической характеристики или переходе к соседней характеристике одного семейства характеристик.

Отношение приращений VиIназывается дифференциальным сопротивлением.

Рис. 1.5

В пределе r_д =V/Iдифференциальное сопротивление определяется выражениемr_д=dV/dI. Обратная величина – дифференциальная проводимость.

Дифференциальные параметры используют и для многополюсных элементов (транзисторы, триоды и так далее). Многие из них являются безразмерными.

3. Предельные параметры характеризуют предельно-допустимые режимы работы ЭП. Например, предельно допустимый ток электрода, напряжение или мощность, рассеиваемую электродом.

Рис. 1.6

4. Дополнительные параметры описывают особые точки статических характеристик ЭП. Например, ВАХ туннельного диода указывают токи и напряжения в точках maxиminВАХ.

а) б)

Рис. 1.7

Вторая группа параметров – специальные параметры характеризуют ЭП с экономической, эксплуатационной, технологической и других точек зрения. К ним относятся срок службы, максимальное ускорение ударной нагрузки (характеристика механической прочности), мощность накала, допустимая температура окружающей среды и другие параметры. Их значения приводятся в справочниках.

Характеристики и параметры ЭП дают необходимые сведения о свойствах ЭП и, в частности, позволяют судить о возможности применения ЭП в РЭА информационных систем.

2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

2.1. СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ

К полупроводникам относятся вещества, занимающие по величине удельной электропроводности промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

Значения удельной электропроводности лежат в следующих пределах:

проводники от 10⁴ ом/см до 10^-4 ом/см;

полупроводники от 10⁴ – 10^-10 до 10^-4 – 10¹⁰;

диэлектрики от <10^-10 до >10¹⁰.

Разделение веществ на проводники и полупроводники определяется не только их электропроводностью. Этим двум классам материалов свойственны и более глубокие качественные различия.

Для проводников характерно увеличение удельного сопротивления с увеличением температуры:

  ₀Т/Т₀,

где ₀ – удельное сопротивление при Т₀ = 300 ⁰К.

Для полупроводников свойственна обратная зависимость:

  ₀ exp(/Т),

где  – угол наклона кривой, характеризующей количество носителей от Т.

Для полупроводников также свойственна большая чувствительность проводимости к наличию примесей, ионизирующих излучений.

Разделение материалов на полупроводники и диэлектрики более условно. Для обеих групп характерно наличие запрещенной зоны (ЗЗ) между валентной (ВЗ) и зоной проводимости (ЗП). Причем к полупроводникам относятся вещества с шириной запрещенной зоны <3 эВ.

К полупроводникам относится широкий круг веществ:

- химические элементы: бор, углерод, кремний, фосфор, сера, германий, мышьяк, селен, теллур, йод;

- химические соединения: CuCl, GaAs, CuO, PbS и другие.

Однако, в полупроводниковой технологии, широкое применение получили Ge, Si, GaAs, Se.

Для получения ЭП со специальными свойствами иногда используют высоколегированные полупроводники, характеризующиеся концентрацией примесей порядка 10^-2 – 1%. При этом атомы примесей вступают во взаимодействие и уровни примесей расщепляются в зону, образующую энергетическую диаграмму свойственную проводникам.

Электрические свойства высоколегированных полупроводников приближаются к свойствам проводников. Поэтому их называют полуметаллами.

2.2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЗОНЫ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Согласно зонной теории, электроны входящие в состав атома, занимают определенные энергетические уровни, характеризующиеся определенным количеством энергии.

В твердом теле энергетические уровни расщепляются и образуют энергетические зоны, состоящие из отдельных близлежащих уровней. Энергетические зоны разделяются на три основные части: разрешенные - валентная зона (ВЗ) и зона проводимости (ЗП), и зона запрещенная (ЗЗ), значение энергии которой не могут принимать электроны.

Рис. 2.1

Для полупроводника наиболее важное значение имеет ЗЗ, разделяющая ЗП и ВЗ. Она характеризуется шириной W_зз

Для температуры 0⁰К ширина ЗЗ для полупроводников имеет следующие значения: Si – W_зз = 1,12 эВ, Ge – W_зз = 0,75 эВ, GaAs – W_зз = 1,43 эВ. Для диэлектриков W_зз > 3 эВ. Для проводников W_зз  0 (частично есть перекрытие ЗП и ВЗ), поэтому проводники обладают электропроводностью.

ЗП характеризуется тем, что электроны находящиеся в ней, обладают энергией позволяющей им передвигаться внутри твердого тела, то есть определяют наличие электропроводности вещества.

В ВЗ электроны связаны в атомах.

В полупроводниках при некотором значении температуры, отличном от 0, часть электронов будет иметь энергию, достаточную для перехода в зону проводимости. Они становятся свободными, а полупроводник – электропроводным.

Уход электрона из валентной зоны приводит к образованию в ней незаполненного энергетического уровня, который называется дыркой. Валентные электроны соседних атомов могут занимать эти свободные уровни, создавая дырки в других местах. Такое перемещение электронов рассматривают как движение положительно заряженных зарядов – дырок (условность).

Электропроводность, обусловленную движением свободных электронов (в ЗП) – называют электронной; а электропроводность, обусловленную движением дырок (в ВЗ) – дырочной.

В идеальном полупроводнике свободные электроны и дырки образуются попарно. Электропроводность в таком полупроводнике называется собственной.

Процесс образования пары электрон-дырка называют генерацией пары. При этом генерация пары может быть следствием не только теплового воздействия (тепловая генерация), но и ударной генерации (кинетической энергии движущихся частиц), энергии электрического поля, светового облучения.

Электрон и дырка совершают хаотическое движение в объеме полупроводника, пока электрон не будет захвачен дыркой, а энергетический уровень дырки не будет занят электроном из ЗП.

При этом электрон и дырка исчезают и восстанавливаются валентные связи. Этот процесс называют рекомбинацией.

Промежуток времени с момента генерации носителя заряда до его рекомбинации – называют временем жизни, а расстояние, пройденное частицей за это время – диффузионной длиной. Величины – время жизни и диффузионная длина для каждого полупроводника выбираются усредненные (среднестатистические).

Диффузионная длина и время жизни для электронов и дырок определяются выражениями:

_____ _____

L_n =  D_n_n , L_p =  D_p_{p ,}

где L_n и L_p – дифференциальная длина электронов и дырок, _n и _p – время жизни электронов и дырок, D _n и D_p – коэффициент диффузии электронов и дырок.

При помещении полупроводника в электрическое поле дырки и электроны начинают двигаться в противоположных направлениях. Движение дырок совпадает с направлением электрического поля. То есть возникает два встречных потока носителей заряда, плотности тока которых определяются выражениями:

j_{n др} = qn_nE и j_{p др} = qn_pE,

где q – заряд электрона, n и p – число электронов и дырок в единице объема (концентрация носителей), _n и _p – подвижность носителей, E – напряженность электрического поля.

Подвижность носителей определяется выражением:

 = V/E,

где V – средняя скорость носителя.