СКРИПТА ПО
ЕЛЕКТРОНИКА
I ДЕЛ
- ЗА СТУДЕНТИТЕ НА ЕЛЕКТРОТЕХНИЧКИ ФАКУЛТЕТ -
1. ЕЛЕКТРОНСКИ ЕЛЕМЕНТИ
Електрониката е гранка на науката и техниката која се развила од елек-
тротехниката. Областа од електрониката што се занимава со проучување на
појавата на течење електрична струја низ вакуум, гас и цврсти тела и елементите
што работат на тие појави е наречена електронски елементи. Електронските
елементи влегуваат во состав на градбата на електронските склопови за вршење
некоја електронска функција. Електронските елементи се нарекуваат активни
елементи, бидејќи имаат способност за претворање на електричната енергија од
еден во друг облик. Во состав на електронските склопови влегуваат и
отпорниците, кондензаторите и калемите. Тие се наречени пасивни елементи,
бидејќи на нив се создава само пад на напон и тие го одредуваат односот меѓу
напонот и струјата низ нив. Пасивните елементи уште се нарекуваат и линеарни
елементи, бидејќи постои линеарна зависност меѓу напонот и струјата низ нив.
Активните елементи се нарекуваат и нелинеарни елементи, бидејќи зависноста
меѓу напонот на краевите од елементот и струјата што тече низ него претставува
нелинеарна функција.
1.1 Активни елементи
Активните елементи, главно, се извори на напон и струја чија вредност
може да се управува. Во активните елементи спаѓаат: вакуумските и со гас
полнетите електронски цевки и полупроводничките елементи. Кај цевките,
носители на струјата се електроните што се движат во вакуум или во гас. Кај
полупроводничките елементи, електроните и празнините се носители на струја и
тие се движат низ цврстото тело. Во ова поглавје ќе се запознаеме со начинот на
работа на одделните типови активни елементи и со нивните основни
карактеристики.
1.2 Електронска балистика
Електронската балистика се занимава со проучување на движењето на
наелектризираните честици во електрично и магнетно поле. Терминот е изведен
по аналогија, бидејќи патеките на наелектризираните честици во
електростатичките полиња се слични со патеките на предметите во гравитационо
поле.
Електронот е елементарна честица со маса и електричен полнеж:
C
e
kg
m
19
31
10
6
,
1
10
1
,
9
Течењето на електричната струја, всушност, е насочено движење на
електрони. Основните големини на електронот ги одредуваат основните особини
на електронските елементи. Електронот има мала маса, односно мала инерција, и
тој може да постигне голема брзина. Затоа електронските елементи работат со
многу големи брзини, од редот на стотици милиони промени во една секунда, а и
повеќе. Електронот е носител на мало количество електричен полнеж, поради што
низ електронските елементи може да тече многу мала струја што може прецизно
да се регулира. Затоа електронските елементи работат со мала потрошувачка на
енергија, а при нивната работа се постигнува голема точност. Ова се основните
особини, а наедно и основни предности на електронските системи над другите
технички системи, како што се механичките, хидрауличните или пневматичките
системи, наменети за мерење, контрола и обработка на сигналите во техниката.
5
Кога електронот, кој има маса m и полнеж q, се наоѓа во електрично поле,
тогаш врз него дејствува сила F што е пропорционална на интензитетот на
електричното поле E:
E
q
F
(1.2)
Тука F и E се векторски големини. Под влијание на оваа сила доаѓа до
забрзување, кочење или отклонување на електронот. Според I закон на Њутн, ако
на тело со маса m дејствува сила F, тогаш телото има забрзување а, односно
брзина v и тие се поврзани со следната релација:
dt
v
d
m
a
m
F
(1.3)
Од законот за зачувување на енергијата, ако електронот што има почетна
брзина нула е пренесен од една точка до друга, меѓу кои постои потенцијалната
разлика V
A
, тој ќе добие брзина v дадена со релацијата:
)
/
(
10
93
,
5
5
s
m
V
v
A
(1.4)
Ако потенцијалната разлика V
A
е поголема од З kV брзината на
електронот, според равенката (1.4), ќе порасне над 1/10 од брзината на светлината
во вакуум. Во тој случај, равенката (1.4) не дава точни резултати и мора да се
извршат корекции согласно со законите на релативистичката теорија.
На сл.1.1 се прикажани две паралелни електроди А и В поставени на
меѓусебно растојание d, меѓу кои е приклучен напон од батеријата V
A
. Во
просторот меѓу електродите постои електростатско поле E со насока од В кон А.
Интензитетот на полето во просторот меѓу електродите е константен и изнесува:
d
V
E
A
(1.5)
Сл.1.1 Движење на електрон помеѓу две паралелни електроди меѓу кои постои
електростатско поле E
На електронот q, што се наоѓа на површината од електродата А, дејствува
силата F во насока на електродата B. Под влијание на оваа сила, електронот се
движи кон електродата B, која е на повисок потенцијал во однос на електродата
А. Со други зборови, позитивно наелектризираната електрода го привлекува
електронот што е носител на негативен електричен полнеж. Брзината со која
електронот удира на електродата В се одредува од претходната релација (1.4).
На сл.1.2.а се прикажани две паралелни плочки А и В на меѓусебно
растојание d. Плочката B е на негативен потенцијал V
d
во однос на плочката А.
Еден електрон ја напушта плочката А со брзина v
o
во насока на В. Ако плочката А
се земе за референтна и има потенцијал нула, тогаш плочката B е на потенцијал
V=-V
d
. Потенцијалот меѓу плочките опаѓа линеарно т.е. V(x)=-Ex. Вкупната
енергија на електронот W е константна во секој миг и претставува збир од
7
прикажана како шрафирана површина и ќе се врати на електродата А.
Сл.1.3.а. Движење на електрон во систем од три електроди; б. Потенцијал; в. Потенцијална
енергетска бариера
Меѓутоа, ако широчината на енергетската потенцијална бариера што треба
да ја совлада електронот е мала, може да дојде до квантномеханички тунелски
ефект, т.е. електронот да помине низ потенцијалната енергетска бариера и
поаѓајќи од електродата А, да ја помине електродата B и да заврши на електродата
С. Иако според класичната физика, електронот нема доволна енергија да ја
помине бариерата, постои одредена мала веројатност, електронот да помине низ
бариерата и овој ефект се нарекува "тунелски ефект". Оваа појава е објаснета во
квантната механика, каде што се зема дека материјалните честици имаат својство
на бранови, а електромагнетните бранови имаат својство на честици. На тој
начин, електронот што има одредена маса m, при негово движење со брзина v,
може да се опише со помош на материјални бранови чија бранова должина
изнесува:
mv
h
(1.7)
Тука
)
(
10
6,62
h
-34
Js
и се нарекува Планкова константа. Кога овие
бранови ќе наидат на тесна потенцијална енергетска бариера, постои одредена
веројатност тие да тунелираат низ бариерата, односно електронот да помине низ
неа.
Ако електрон се движи со брзина v во простор каде што постои магнетно
поле со магнетска индукција В, на него ќе дејствува сила Р, според релацијата:
B
v
q
F
(1.8)
Тука
B
v
е векторски производ меѓу брзината на електронот v и
магнетската индукција В. При векторски производ помеѓу два вектора се добива
нов вектор чијшто правец е нормален на рамнината во која лежат двата вектора, а
насоката е определена со правилото на десна завртка, при што првиот вектор се
движи до вториот по најблискиот пат. Ова е илустрирано на сл.1.4.
Електронот ќе се движи во круг ако брзината на електронот v зафаќа агол
од 90° со насоката на магнетното поле. Радиусот на кругот r по кој се движи
електронот е:
