ELEKTRIČNA STRUJA KROZ VAKUUM

djelovanje napona na elektrone(potencijalna energija)

gibanje elektrona

(kinetička energija)

Q=1,602 10-19 Cme=9,107 10-31 kgU=napon V

brzina koju postižu elektroni

v= 0,5931 106 U1/2 ~ 0,6 106 U1/2

)s(kgm 2

122

vmUQ e

dioda

izvor elektrona(zagrijana katoda)

Struja kroz vakuum ili plinove -> tok elektrona ili ioniziranih molekulaTok elektrona – iz materije (zagrijavanje), naponom (el. poljem) uzrokujemo gibanje

prostornaraspodjelapotencijala

(dioda)

prostornaraspodjelapotencijala

(trioda)

Pojačalo – audiofili, VF pojačala velikih snaga

ELEKTRIČNA STRUJA KROZ PLINOVE

tlak > atmosferskog (visokotlačne žarulje, komore za prekidanje luka)

tlak = atmosferskom (atmosferska pražnjenja - električni luk, korona)

tlak = 10-1 atmosferskog (neonske i fluorescentne svjetiljke)

tlak = 10-5 atmosferskog (živini usmjerivači)

tlak = 10-8 atmosferskog (vakuum, elektronske cijevi - zaostale molekule)

- tlak plina jedan od bitnih parametara za uvjete toka elektrona kroz plin

- kemijska reakcija plina na elektrode inertni plinovi

- tok elektrona brojni sudari električki nabijenih čestica i molekula plina

- atom - apsorbira, prenosi, predaje energiju

energiju uzima od drugog atoma ili predaje drugom atomu plina

elektrode i stijenke uređaja (atomi) primaju i davaju energiju

- atom (molek.) plina može imati i prenositi potencijalnu i kinetičku energiju

- uzbuđeno stanjedovođenje energije atomu - metastabilno stanje - ionizacija

svi elektroni na najnižim razinama normalno stanje

energija unutar atoma potencijalna energija

elektroni u višu ljusku uzbuđeno stanje (n kvanta u J)

minimalna energija uzbude živina para - 7,52 10-19Jhelij - 31,52 10-19J

vezani elektron natrag foton (ispuštanje energije - zračenje)

područja zračenja - rendgensko, ultravioletno, vidljivo, infracrveno, NF elemag.

trajanje uzbuđenog stanja ~ 10-8s

frekvencija zračenja (Hz) h

qf E

qE - količina energijeh - Planckova konstanta 6,6256 10-34 Js

elektron vezan u višoj ljusci - sam ne oslobađa foton metastabilno stanje

trajanje metastabilnog stanja ~ 10-1s

prijenos energije na velike udaljenosti - bitno za provođenje struje plinovima

predavanje energije drugom atomu plina, elektrodi ili stijenci (granica prostora)

elektron se oslobađa atoma ionizacija

pozitivni ion - masa ~ masi atomanaboj = n naboja elektrona ali suprotnog predznaka

slobodni elektron i pozitivni ion moguće neovisno kretanje

elektično polje slobodni elektron i pozitivni ion - usmjerno i ubrzano kretanje

masa u kretanju kinetička energija

sudar pozitivnog iona i elektona atom normalnog stanja + energija (zagrijavanje)

negativni ion - masa ~ masi atoma naboj = n naboja elektrona

(inertni plinovi, živine pare)

kisik veže na sebe elektrone i smanjuje vodljivost prostora

vlastita energija negativnog iona << vlastita energija pozitivnog iona

minimalna energija ionizacije živina para - 16,64 10-19Jhelij - 139,2 10-19J

promjer molekule 10-8 elektrona 10-13 molekule u kretanju velike prepreke elektronu

sudari elektrona, iona i molekula

brzina kretanja molekula zanemarivaobzirom na brzine elektrona

kretanje elektrona veoma nepravilnozbog sudara s molekulama

između dva sudara slobodna staza

sudari i slobodne staze jedan od glavnihfizikalnih parametara provodljivosti plinova

pozitivni ioni se pri sudaru s nabijenom površinom nutraliziraju i pri tome oslobađajuenergiju ionizacije, a djelomično i kinetičkuenergiju, što može uzrokovati zagrijavanjeili zračenje, a to može biti i korisno i razornona fotone ne djeluje električno polje ali

mogu uzrokovati višestruke ionizacijeprenošenjem energije metastabilni atomi mogu predavati energiju

pri sudaru s neutralnim atomima

plinom punjena cijev

Plinom punjene cijevi

ispod napona Ua gotovo da nemastuje (elektroni gotovo ne mogukroz prostor ispunjen plinskimmolekulama, minimalan utjecaj

ioniziranih molekula plina)

iznad nekog napona Ua (napon paljenja)elektroni izazivanju lanačanu reakcijustruju ograničava R

povećanje struje uz neznatan pad napona

raspodjela potencijala kao i pri tinjavom izbijanju

međuelektrodni prostor diode se dijeli - katodno područje ili područje iona, u neposrednoj blizini katode,- ostalo područje plina, tzv. plazmu

Plinska trioda

umetnuta rešetka

kad cijev provede rešetka više ne djeluje

prednapon određuje Ua početka vođenja

Fluorescentne cijevi

žarne niti prvo zagrijavaju prostor cijevi isparavanje žive živine pare

žarne niti elektrode (izmjeničan napon > od napona paljenja) stvaranje plazmepo cijeloj duljini ultravioletno zračenje uzbuđivanje premaza fluorescentni

premaz vidljivo svijetli

UV cijevi za solarij, bez flourescentnog premaza

vidljivi spektar frek. el.mag. zračenja 4·1014 Hz (crveno) do 7,5·1014 Hz (ljubičasto)

brzina el.mag. valova u slobodnom prostoru 3·108 m/s

elektroni samo određene razine energije u atomskoj strukturi

(J) fhWWW kpq

Wq - energija dovedena elektronu (prije zračenja) u JWp - početna energija (prije zračenja) u JWk - konačna energija (nakon zračenja) u Jh - Planckova konstantaf - frekvencija zračenja u Hz

minimalna energija uzbuđivanja atoma žive - 7,44·10-19 Jminimalna energija uzbuđivanja atoma natrija - 3,344·10-19 J

Hz 102311106246

10447 1434

19

,,

,f )Hg( Hz 10055

106246

103443 1434

19

,,

,f )Na(

natrijske svjetiljke bez premazaživine svjetiljke - boja svijetla ovisi o unutarnjem premazu (prah)

Rendgenske cijevi

elektroni udaraju u antikatodupod nekim kutem

zbog apsorpcije njihove kinetičkeenergije elektromagnetskozračenje okomito na površinu

frekvencija elektromagnetskog zračenja - 1018 - 1022 Hzizmeđu ultravioletnog svjetla i gama-zraka (dijelom se prekriva s oba područja)

ne utječe na promjenustrukture i energije atoma

otpo

r

cm

ELEKTRIČNA STRUJA KROZ POLUVODIČE

plouvodička tehnikasilicij (Si) i germanij (Ge)4-valentni elementi

pri normalnoj temperaturi i tlakukristalografska rešetka atoma – (germanij 32 elektrona, silicij 14 elektrona) 4 valentnaelektrona nisu čvrsto vezana

"električki" prikaz atoma (Ge, Si)- jezgra sa 4 pozitivna naboja- 4 kružeća “slobodna” elektrona

vodiči << 10-1 Ωcm

poluvodiči 10-1 - 108 Ωcm

izolatori >> 108 Ωcm

poluvodiči - niske temperature valentne veze stabilnije kristali izolatori povišene temperature valantne veze nestabilnije slobodni elektroni

dopiranje peterovalentnim elementom (donorima) višak elektrona = N tip poluvodičau vođenju električne struje sudjeluju i šupljine i elektroni ali različitim omjerom

jače dopiranje (veći broj akceptora ili donora) veća koncentracija nosilaca naboja manja koncentracija nosilaca suprotno polariziranog naboja (elektrona ili šupljina) mijenja se vodljivost poluvodiča

fosfor (P) arsen (As) antimon (Sb)

čisti poluvodič intrinsična vodljivost, f(T) obogaćeni poluvodič ekstrinsična vodljivost

obogaćivanje (dopiranje) = onečišćavanje primjesama (tro i peterovalentim atomima)

dopiranjem poluvodič ostaje električki neutralan

dopiranje trovalentnim elementom (akceptorima) višak šupljina = P tip poluvodičau vođenju električne struje sudjeluju i šupline i elektroni ali različitim omjerom

bor (B) aluminij (Al) galij (Ga)indij (In)

P-N spoj - poluvodička dioda

P-N barijera

Zener-dioda - stabilizacija napona

dioda - ispravljački ventil

Pad napona u propusnom smjeru 0,5 V do 0,7 V (silicijska dioda)

Tranzistori

Pojačalo

Tranzistor kao sklopka

Tiristori

Funkcija- brza upravljiva beskontaktna sklopka - uključivanje

Upravljivi poluvalni ispravljač

Triak

Funkcija - brza upravljiva beskontaktna sklopka – uključivanje – moguć tijekstruje u oba smjera

upravljiva izmjenična sklopka

1874 Fredinand Braun – metal oksid / metal sulfid ispravljački efekt

1935 Bediks – Švedska Ge detektor

1941 Davidenko, Morgulius, Davidov - teorija poluvodiča (Akademija SSSR)

1947 Pearson, Moor, Shockley – tranzistorski efekt Bell laboratorij – (NN 1956)istraživanje polja u blizini metalne elektrode točkaste diode (nekoliko desetaka m)

1949 slojni tranzistor

1952 unipolarni tranzistor

Više na: http://en.wikipedia.org/wiki/Integrated_circuit#Invention

1958 Jack Kilby /Texsas Instrimenuts/ i Robert Novace /Fairchild Semiconductors/ integrirani sklop

Više na: http://en.wikipedia.org/wiki/Integrated_circuit#Invention

integrirani sklop - Jack Kilby 1958