Xi bob. ÒUrli muhitlarda elektr toki

76-  §.  Yarimo‘tkazgichli  asboblar

M a z m u n i :   diod  va  triod;  yarimo‘tkazgichli  asboblarning

ahamiyati.

Diod. Ikkita yarimo‘tkazgich kontaktining bir tomonlama o‘t-

kazish xususiyatiga ega ekanligi ularni o‘zgaruvchan tokni to‘g‘rilash

uchun ishlatilishiga imkon beradi. Bitta  p-n- o‘tish mavjud bo‘lgan

277

yarimo‘tkazgichli asbob yarimo‘tkazgichli diod deyiladi. Diodning

ish prinsiðini tushunish uchun p-n- kontaktni o‘rganaylik (133- a

rasm). p- va n- tið o‘tkazuvchanlikli yarimo‘tkazgichlar bir-birlariga

tegdirilsa,  elektronlari  ko‘p  bo‘lgan  n-  sohadan  p-  sohaga  elek-

tronlarning, teshiklar ko‘p bo‘lgan p-sohadan n-sohaga teshiklar-

ning o‘tishi (diffuziyasi) ro‘y beradi. Natijada ular o‘rtasida kontakt

potensiallar  farqi  vujudga  keladi.  Elektronlar  va  teshiklar  yarim-

o‘tkazgichlar chegarasida diffuziya yana davom etishiga to‘sqinlik

qiluvchi yopuvchi potensialni vujudga keltiradi. Endi qurilgan sis-

temaga tashqi maydon qo‘yamiz, ya’ni 133- b rasmda ko‘rsatilgandek,

tok manbayini ulaymiz. Òashqi maydonning kuchlanganligi yopuv-

chi qatlam maydonining yo‘nalishi bilan mos kelsin. Natijada elek-

tronlar  maydonga  qarshi,  teshiklar  esa  maydon  bo‘ylab  harakat

qilib, chegara sirtdan uzoqlashishadi. Yopuvchi qatlam kengayib,

uning kengligi qo‘yilgan potensiallar farqiga bog‘liq bo‘ladi. Yopuvchi

qatlamda elektronlar va teshiklar soni kam bo‘lgani uchun u o‘zini

dielektrikdek tutadi va natijada p-n o‘tish orqali tok o‘tmaydi.

Òashqi maydonning yopuvchi qatlamni kengaytiradigan yo‘na-

lishiga yopuvchi yoki teskari yo‘nalish deyiladi.

Endi  tokning  yo‘nalishini    133-d  rasmdagidek  qilib  o‘zgar-

tiramiz. Elektronlarning va teshiklarning harakat yo‘nalishi o‘zgaradi.

p-n- o‘tish joyida ular rekombinatsiyalanadi, ya’ni bir-birlarini ney-

trallashadi va  natijada yopuvchi qatlam yupqalashib uning qarshiligi

kamayadi. Demak, bu yo‘nalishda, ya’ni p- yarimo‘tkazgichdan

n- yarimo‘tkazgich tomonga tok o‘tadi. Shuning uchun ham bu

yo‘nalishga  o‘tkazuvchi  yoki  to‘g‘ri  yo‘nalish  deyiladi.  Shunday

qilib, p-n o‘tish bir tomonlama o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lib, bun-

day  yarimo‘tkazgichli  diod  to‘g‘rilagichlar  sifatida  ishlatiladi  va

uning  shartli belgisi 133- e rasmda ko‘rsatilgan. Yarimo‘tkazgichli

133- rasm.

O‘tish

sohasi

Yopuvch

i

qatlam

     tashqi    maydon

E

E

a)

e)

b)

d)

     tashqi    maydon

278

diodlar lampali diodlarga nisbatan qulay, ishonchli va hajmi kich-

kina bo‘lganligi uchun ularni radiotexnikadan to‘la siqib chiqardi.

Yarimo‘tkazgichli  diodlar  nafaqat  to‘g‘rilagich  va  balki  detektor

(qayd etgich) sifatida ham ishlatilishi mumkin.

Òranzistor. Òriod. Yarimo‘tkazgichli triod — tranzistorni yasash

uchun aralashmali yarimo‘tkazgich materialining uchta tarkibiy qis-

mi (shuning uchun ham triod deyiladi) bo‘lishi kerak: ikkita n- va

bitta  p-  tið  yoki  teskarisi.  134- a  rasmda    p-n-p  tið  tranzistor

ko‘rsatilgan. Òranzistor zanjirga ulanganda ikkita batareyadan foy-

dalaniladi. Ulardan birining musbat qutbi tranzistorning emitteri

(e)  deyiluvchi  p-qismiga,  manfiy  qutbi  esa  baza  (b)  deyiluvchi

o‘rtadagi n- qismiga ulanadi. Ikkinchi batareyaning musbati bazaga,

manfiy qutbi esa kollektor (k) deyiluvchi ikkinchi p- qismga ula-

nadi. Shunday ulanishda emitterdagi teshiklar bazaga ketib, ularning

keyingi, bazadan kollektorga tomon harakati ikkinchi batareya ta’-

sirida amalga oshadi. Birinchi batareyaning kuchlanishi ortishi bilan

baza  orqali  kollektorga  yetuvchi,  emitterdagi  teshiklar  soni  ham

ortadi. Demak, lampali triodda to‘r va katod orasidagi kuchlanish

anod  tokini  boshqargani  kabi,  tranzistorda  ham  baza  va  emitter

orasidagi  kuchlanish  kollektor  tokini  boshqaradi.  134-  b  rasmda

yarimo‘tkazgichli  triodning  shartli  belgisi  ko‘rsatilgan.  Yarimo‘t-

kazgichli triodlar kuchaytirgichlar va generatorlar sifatida ishlatiladi.

Yarimo‘tkazgichli asboblarning ahamiyati.  Yarimo‘tkazgichli

asboblar  vujudga  kelishi  radiotexnikada  inqilobiy  burilish  yasadi.

Ularning  soddaligi  va  kichikligi,  mikromodullar  sifatida  uzluksiz

ravishda  bosib  chiqarish  usuli  bilan  tayyorlash  imkonini  yaratdi.

Mikromodullar yupqa varaqlardek bo‘lib, ularda diodlar, triodlar,

qarshiliklar  va  radiosxemaning  boshqa  elementlari  zarb  qilinadi.

Mikromodullarning turli kombinatsiyalarini tuzib, oldindan belgi-

langan parametrli radioqurilmalarni yasash mumkin. Hozirgi paytda

yarimo‘tkazgichli  diodlar,  triodlar,  rezistorlar  ishlatilmaydigan

asboblarning o‘zi mavjud emas. Yarimo‘tkazgichli termistor (ter-

134- rasm.

Kollektor

toki

Baza

toki

a)

b)

279

morezistor)  yordamida  temperaturani  o‘lchovchi  detektor,  ele-

mentar zarralarni qayd etuvchi, fotorezistor — yorug‘lik energiya-

sini qayd etuvchi va ko‘plab boshqa asboblarni misol qilib keltirish

mumkin. Kosmik kemalarning barchasi quyosh energiyasini elektr

energiyasiga  aylantirib  beruvchi  yarimo‘tkazgichli  quyosh  bata-

reyalari bilan jihozlangan bo‘lsa, tibbiyot insonning nozik organ-

lariga kirib, uning faoliyatidan ma’lumot beruvchi datchiklar (qayd

etuvchilar)  bilan  jihozlangandir.  Garchi,  ushbu  dalillarning  o‘zi

ham yarimo‘tkazgichli asboblarning foydalanish sohasi kengligini

ko‘rsatib  tursa-da,  hali  ularning ishlatilish  istiqbollari  juda  keng.

Bu  sohadagi  izlanishlar  tugamagan  bo‘lib,  insoniyat  yarimo‘t-

kazgichlar fizikasidan ko‘plab yangiliklarni kutmoqda.

Sinov  savollari

1. Yarimo‘tkazgichli diod deb qanday asbobga aytiladi? 2. Yarim-

o‘tkazgichli  diodning  ish  prinsiði.  3.  Yopuvchi  yo‘nalish  deb  tashqi

maydonning qanday yo‘nalishiga aytiladi? 4. Qachon yopuvchi qatlam

kengayadi? 5. Qachon yopuvchi qatlam  yupqalashadi? 6. Yarimo‘tkaz-

gichli  diod  tokni  har  ikkala  yo‘nalish  bo‘yicha  ham  o‘tkazadimi?

7. Yarimo‘tkazgichli diodlarning lampali diodlardan afzalliklari nimada?

8.  Òriod  qanday  tuzilgan?  9.  Yarimo‘tkazgichli  triodda  kollektor  toki

nimani boshqaradi? 10. Òriodlar qayerda ishlatiladi? 11. Yarimo‘tkazgichli

asboblarning afzalliklari nimada? 12. Yarimo‘tkazgichlar detektor sifa-

tida qayerlarda ishlatiladi? 13. Yarimo‘tkazgichlarning quyosh batareyasi

sifatida va tibbiyotda ishlatilishi. 14. Yarimo‘tkazgichli asboblarning ish-

latilishiga misollar keltiring.

Masala yechish namunalari

1 -  m a s a l a :   Aluminiy simdagi tok zichligi 1 A/mm

2

. Aluminiy

jism birligidagi erkin elektronlarning soni  atomlarning soniga teng

deb  faraz  qilib,  elektronlar  batartib  harakatining  o‘rtacha  tezligi

<v> aniqlansin.

Berilgan:

j = 1 A/mm

2

= 10

6

 A/m

2

;

n

e

= n

A

.

—————

<v> = ?

.

j

e n

×

< > =

v

Yechish.  Tok  zichligi  va  elektronlar

batartib harakatining o‘rtacha tezligi

orasida quyidagi munosabat mavjud:

j = e · n >.

Bundan  <v> ni topib olamiz:

280

Bu yerda: e = 1,6 · 10

–19

 C — elektronning zaryadi, n = n

e

= n

A

—

elektronlarning konsentratsiyasi:

r

×

=

=

=

=

.

A

e

A

m

N

N

A

V

M

n

n

n

Unda <v> uchun ifoda quyidagi ko‘rinishini oladi:

.

A

j M

N

e

×

×r×

< > =

v

Bu yerda: N

A

= 6,02 · 10

23

 mol

–1

 — Avogadro soni; 

m

M

V

r

=

—

molyar hajm; M = 27 · 10

-3

kg/mol — aluminiyning molyar mas-

sasi; r = 2,7 · 10

3

 kg/m

3

 — zichligi. Kattaliklarning qiymatlaridan

foydalanib topamiz.

-

-

-

×

×

×

×

×

×

×

< >=

=

=

6

3

4

23

3

19

10

27 10

6, 02 10

2, 7 10

1, 6 10

m

m

10

0,1mm/s

s

s

v

.

J a v o b : <v> = 0,1 mm/s.

2 -  m a s a l a . Agar azotning ionlashuv potensiali 14,5 V ga

teng bo‘lsa, azot atomini ionlashtirish uchun elektron qanday eng

kichik tezlikka ega bo‘lishi kerak?

Berilgan:

u

i

= Dj = 14,5V;

N

2

.

———————————

v

min

= ?

yoki

2

min

2

.

e

i

m

e

eu

= ×Dj=

v

Ushbu  ifodadan    v

min 

ni  topib  olamiz:

× ×

=

min

2

.

i

e

e u

m

v

Bu yerda: e = 1,6 · 10

–19

 C — elektronning zaryadi; m

e

= 9,1½

½ 10

–31

 kg — massasi. Kattaliklarning son qiymatlari yordamida topamiz:

-

-

×

×

×

×

=

=

×

19

6

min

31

2 1, 6 10

14, 5

9,1 10

m

m

2,3 10

s

s

v

.

J a v o b : v

min

= 2,3 · 10

6

 m/s.

Yechish.  Elektron  azot  atomini  ion-

lashtirish  uchun  uning  kinetik  ener-

giyasining  eng  kichik  qiymati  chiqish

ishiga teng bo‘lishi kerak:

Å

ê.min

= A

281

Mustaqil yechish uchun masalalar

1. Ko‘ndalang kesimining yuzi 1mm

2

 bo‘lgan mis o‘tkazgichdan

10 A tok oqmoqda. Har bir atomiga ikkitadan zaryad tashuvchi

elektron to‘g‘ri keladi deb hisoblab, misdagi elektronlar ba-

tartib harakatining o‘rtacha tezligi  <v> aniqlansin.

(<v> = 3,7 mm/s).

2.  Uzunligi 2 m, ko‘ndalang kesimining yuzi 0,4 mm

2

 bo‘lgan mis

o‘tkazgichdan tok o‘tgan har bir sekundda 0,35 J issiqlik miqdori

ajraladi. Bu o‘tkazgichning ko‘ndalang kesim yuzidan bir sekund-

da nechta elektron o‘tadi? (N = 1,27 · 10

19

)

3.  Agar  buyumga  1,8  g  nikel  qatlami  o‘tirgan  bo‘lsa,  nikellash

qancha vaqt davom etadi? Òok kuchi 2 A. (t = 50 min)

4. Òelevizor kineskopida anoddagi tezlashtiruvchi kuchlanish 16 kV

ga teng. Anoddan ekrangacha bo‘lgan masofa 30 sm. Elektronlar

bu masofani qancha vaqtda o‘tadi? (t = 4 ns)

Òest  savollari

1. Metallarda elektr toki qanday elektr zaryadlarning tartibli

harakati  tufayli  hosil  bo‘ladi?

A.  Manfiy va musbat ionlar.

B. Erkin elektronlar.

C. Elektron va musbat ionlar.

D. Musbat va manfiy ionlar hamda erkin elektronlar.

E. Javoblar orasida to‘g‘risi yo‘q.

2. Suyuqliklarda elektr toki qanday elektr zaryadlarning tartibli

harakati  tufayli  hosil  bo‘ladi?

A.  Musbat va manfiy ionlar.

B. Manfiy ionlar va elektronlar.

C. Atomlar.

D. Molekulalar.

E. To‘g‘ri javob yo‘q.

3. Yarimo‘tkazgichlarda elektr toki qanday elektr zaryadlarning

tartibli  harakati  tufayli  hosil  bo‘ladi?

A. Faqat manfiy ionlar.

B. Faqat erkin elektronlar.

C. Erkin elektronlar va teshiklar.

D. Manfiy ionlar va elektronlar.

E. Faqat teshiklar.

282

Asosiy  xulosalar

Metallarda zaryad tashuvchilar elektronlardir.

Chiqish ishi deb, elektronni metalldan ajratib, vakuumga chi-

qarish uchun bajarish kerak bo‘lgan ishga aytiladi:  A = e · Dj.

Dj — ionlashtiruvchi potensial deyiladi.

1  eV — elektronning  1V  potensial  farqini  o‘tishda  oladigan

energiyasi: 1eV = 1,6 · 10

—19

J.

Elektronlarning  metalldan  chiqish  hodisasi  emissiya  hodisasi

deyiladi.

Vakuumli  diod  —  katod  K  va  anod  A  elektrodlardan  iborat

havosi so‘rib olingan balondir. U to‘g‘rilagich sifatida ishlatiladi.

Diodga qo‘shimcha elektrod to‘r kiritilsa, triod hosil bo‘ladi.

Òriod kuchaytirgich sifatida ishlatiladi.

Erituvchida eriganda ionlarga ajraladigan moddalar elektrolitlar

deyiladi. Elektrolitlarda zaryad tashuvchi zarralar — ionlar bo‘ladi.

Elektrolitlardagi ionlarning tashqi maydon ta’siridagi batartib

harakati elektrolitlarda elektr toki deyiladi.

Elektrolitdan tok o‘tganda uning tarkibiga kiruvchi moddalarning

elektrodlarda ajralib chiqishiga elektroliz hodisasi deyiladi.

Faradeyning birinchi qonuni: elektrodda ajralib chiqadigan modda-

ning m massasi elektrolitdan o‘tgan zaryad miqdoriga proporsional:

m = kQ = k · J · t.