Вступ
Електроніка – галузь науки й техніки, що займається вивченням фізичних основ функціонуванням, дослідженням, розробкою та застосуванням приладів робота яких заснована на протіканні електричного струму у твердому тілі, рідині й газі.
Фізична електроніка займається вивченням електронних явищ й процесів пов’язаних зі зміною концентрації й переміщенням заряджених частинок у різних середовищах при різних умовах.
Технічна електроніка займається виробництвом, розробкою й експлуатацією електронних приладів різного призначення.
Метою кредитного модулю «Основи електроніки» є вивчення принципів побудови й фізичних основ функціонування напівпровідникових та електронних приладів, отримання навичок розрахунку їх характеристик, й ознайомлення з методами вимірювання електронних параметрів цих приладів.
Ключові моменти розвитку електроніки
1865 – Джеймс Клерк Максвел розробив теорію електромагнітних хвиль;
1883 – Томас Едісон відкрив термоелектронну емісію;
1886 – Генріх Герц відкрив електромагнітні хвилі, а у 1887 – фотоемісію;
1897 – Джозеф Джон Томпсон відкрив електрон й виміряв його основні характеристики
кг –
маса електрону;
Кл
– заряд електрону;
–радіус
електрону;
–питомий
заряд.
1897 – Карл Фердінанд Браун винайшов осцилографічну трубку;
1906 – Лі де Форест винайшов тріод;
1948 – Вільям Шоклі, Джон Бардін та Волтер Браттейн винайшли транзистор.
Основи електронної теорії
Модель й будова атома
У 1913 р. Бор розробив планетарну модель атома. Відповідно до електронної теорії всі оточуючі нас речовини складаються з дрібних часток — атомів. Атом, у свою чергу, складається з більш дрібних часток, основними з який є протони, нейтрони і електрони. Протони мають додатній електричний заряд, електрони — від'ємний, рівний по величині заряду протона, а нейтрони електрично нейтральні, їхній заряд дорівнює нулю.
Протони і нейтрони утворюють ядро, в якому зосереджена практично вся маса атома. Навколо ядра під впливом його притягання рухаються по визначених замкнутих траєкторіях (орбітам) негативно заряджені електрони. У нормальному стані атом вміщує однакову кількість протонів і електронів і тому електрично нейтральний.
Кількість протонів, нейтронів і електронів в атомі залежить від типу хімічного елемента, складовою частиною якого він є.
Рис.1
Число електронів, що обертаються навколо ядра, завжди дорівнює порядковому номеру елемента в періодичній системі елементів Д.І. Менделєєва. Сумарний заряд визначається кількістю електронів.
Кількість електронів на орбітах визначається як
,
де n– номер орбіти.
Орбіта містить у собі орбіталі s,p,d. На кожній наступній орбіталі можуть перебувати електрони, якщо тільки попередні оболонки заповнені. Тільки зовнішня (валентна) оболонка може бути незаповненою, і її електрони називаютьвалентними. Вони приймають участь у хімічних реакціях і визначають хімічні властивості елементу.
Електрони на зовнішніх орбітах пов’язані з ядром слабше, ніж електрони, що перебувають на близьких до ядра орбітах. Тоді під дією сусідніх атомів або внаслідок інших причин, зовнішні електрони можуть покинути свою орбіту, що спричинить зміну електронного стану атому.
Електрони, що звільнилися від внутрішньоатомних зв’язків, називають вільними електронами. Вони переміщуються між атомами речовини у різних напрямках із різними швидкостями. При наявності зовнішнього електронного поля їх безладний рух стає впорядкованим, і ?? виникає електричний струм.
Кожній оболонці атомів відповідає певна енергія електронів (енергетичний рівень). Рівні енергії, які не можуть мати електрони при переході з однієї орбіти на іншу, називають забороненими.
Електрон, при переході на орбіту, розташовану ближче до ядра (на нижчий енергетичний рівень), віддає частину своєї енергії у зовнішнє середовище у вигляді кванта енергії.
Якщо електрон отримує енергію ззовні, він може перейти на оболонку з більш високим енергетичним рівнем. Електрон, що отримав ззовні додаткову енергію, називають збудженим.
Позитивний іон – атом, що позбавлений електрону. Процес виникнення іонів називають іонізацією, а зворотне явище –рекомбінацією.