از تماس بین دو نیم رسانا ، با ساز و کارهای رسانش مختلف حفرهای و
الکترونی ، شماری پدیدههای جالب مشاهده میشود. بسته به اینکه جریان
الکتریکی از نیم رسانای نوع p به نیم رسانای نوع n باشد یا در جهت مخالف ،
رسانندگی ناحیه تماس می تواند متفاوت باشد. مثلا اگر اکسید مس (Cu2O) را
با دی اکسید تیتانیم (TiO2) ، که دارای رسانش الکترونی است، در تماس قرار
می دهیم، در ولتاژ یکسان جریان از اکسید مس به سمت دی اکسید تیتانیم 10000
برابر جهت مخالف است.
اتصالهای p-n
برای یافتن دلایل پدیدههای عجیب ظاهر شده در اتصالات نیم رسانایی باید
فرآیندهایی را بررسی کنیم که در اتصالهای به اصطلاح p-n ، یعنی در مرز بین
نیم رساناهای نوع p و n رخ میدهند. در نیم رسانای الکترونی ، حاملهای
الکترونهای آزاد اکثریت دارند و تعداد آنها خیلی بیش از حفرهها است.
برعکس ، در نیم رسانای حفرهای تعداد حفرهها به مقدار زیادی از تعداد
آنها بیشتر است. وقتی که این دو ماده را در تماس با یکدیگر قرار میدهیم،
الکترونها از نیم رسانای n ، جایی که چگالی عددی آنها بیشتر است، در نیم
رسانای p جایی که کمتر هستند، پخش میشوند.
درست در همان طریقی که در تماس دو محلول ، اتمهای ماده محلول از محلول
غلیظ در محلول رقیق پخش میشوند. به همین دلیل ، حفرهها از نیم رسانای
حفرهای در نیم رسانای الکترونی پخش میشوند. در نتیجه ، لایه مرزی در هر
دو نیم رسانا از حاصلهای اکثریت تهی میشود، یعنی یک لایه به اصطلاح سدی
در مرز درست میشود که مقاومت آن از خود نیم رساناها خیلی بیشتر است. در
واقع مقاومت این لایه سدی است که مقاومت ، دو جسم در تماس را تعیین
میکند.
نیمرسانا.jpg
تعادل بین حاملهای بار نیم رسانایی
بطور طبیعی این پرسش مطرح میشود که چه موقع پخش حفرهها از نیم رسانای p
و الکترون از نیم رسانای n متوقف میشود؟ چون بارهای مثبت ، نیم رسانای
نوع را ترک می کنند. الکترون وارد آن میشوند، این نیم رسانا در ناحیه
مرزی بار کسب میکند. به همین ترتیب ، لایه مرزی نیم رسانای نوع بار کسب
میکند. زیرا حفرهها وارد آن میشوند و الکترونها آن را ترک میکنند. از
اینرو در نزدیکی مرز یک لایه الکتریکی دو گانه تشکیل میشود، که در آن جهت
میدان الکتریکی از نیم رسانای نوع n به طرف نیم رسانای نوع p است.
به عبارت دیگر ، این میدان با پخش الکترون و حفرهها مخالفت میکند. هرگاه
شدت این میدان به چنان مقداری برسد که اثر آن کشش الکترونهای آزاد و حفره
را به ناحیه “بیگانه“ خنثی کند، تعادل برقرار و پخش متوقف میگردد.
یکسو کنندههای معروف
اکسید مس و سلنیوم از یک سو کنندههایی هستند که کاربرد وسیعی دارند. این
یک سو کنندهها قبل از اینکه اندیشه فرآیندهای فیزیکی در آنها اتفاق
میافتد به روشنی فرمول بندی میشوند، از طریق تجربی گسترش داده شده است.
یکسو کننده اکسید مس یک تیغه مسی است که در دمای 1000 درجه سانتیگراد با
لایهای از اکسید مس (Cu2O) اندوخته شده است. این لایه در دمای حدود 600
درجه سانتیگراد با اکسیژن اشباع و بعد سریعا سر شده است. لایه مونوکسید مس
(CuO) درست شده روی سطح اکسید مس را با اسیدی شستشو می دهند و اکسید مس با
لایه ای از مس اندود می کنند.
زمانی که این تیغه به باتری وصل می شو.د، جریانی که از تیغه مس به باتر ی
می گذرد، مقدارش خیلی زیاد است. یعنی مقاومت صفحه خیلی کم است. اگر قطب
های باتری را عوض کنیم. یعنی بگذاریم جریان تیغه مسی به طرف اکسید مس عبور
کند، جریان هزاران مرتبه ضعیفتر می شود، زیرا در این راستا مقاومت صفحه
هزاران برابر است از اینرو تیغه همان دو قطبی یکسو کننده الکتریکی است که
جریان را از یک جهت عبور میدهد و از طرف دیگر تقریبا عبور نمیدهد.
یکسو کننده سلنیوم نیز همان خواص را دارد. یکسو کننده سلنیوم عبارت از یک
لایه سلنیوم است که به تیغه آهنی پوشیده شده از نیکل وصل شده است. لایه
سلنیوم را الکترود دومی ساخته شده از آلیاژ بیسموت ـ قلع ـ کادمیوم
پوشانده است. پس از گرم کردن دراز مدت و گذراندن جریان ، چنین دستگاهی نیز
خاصیت رسانش یک طرفه کسب می کند. در یکسو کنندههای سلنیوم لایه سومی در
مرز سلنیوم (نیم رسانای نوع p) و سلنید کادمیم که در ضمن پروراندن تیغهها
ظاهر میشود، تشکیل میگردد و رسانندگی نیم رسانای نوع n را دارد.
کاربردهای یکسو کنندههای نیم رسانا
امروزه یک سو کنندههای نیم رسانا شناخته شده از ژرمانیوم ، سیلیسیم و نیم
رساناهای دیگر در صنعت (بویژه در مهندسی رادیو) کاربرد زیادی یافتهاند.
طبیعت رسانش ژرمانیوم با داخل کردن اتمهای ناخالص از بعضی از عناصر
میتواند تغییر کند. مثلا اگر روی سطح ژرمانیوم که رسانش الکترونی دارد
تکه کوچکی از ایندیم را ذوب کنیم، لایه سطحی نازکی که درون آن اتمهای
ایندیم پخش شدهاند. بصورت رسانش حفرهای در میآید و در جسم ژرمانیوم
اتصال p-n درست میشود، که دارای خاصیت یکسو کنندگی (رسانش یک طرفه) است.
نیم رساناهای با اتصال p-n را در تقویت کنندههای نیم رسانایی
ترانزیستورها بکار میبرند که جای تقویت کننده های سه قطبی را گرفتهاند.
از جهات مختلف ، این عناصر نسبت به لامپهای الکترونی خلا مزایای زیادی
دارند. زیرا اندازه شان خیلی کوچک است، عمر مفید طولانی دارند و نسبت به
لامپهای الکترونی انرژی کمتری مصرف میکنند.
دستگاههای اندازه گیری دیجیتالی مقادیر اندازه گیری شده را به صورت رقم یا
ارقام روی صفحه نمایش (Display) نشان میدهند و معمولا واحد کمیت اندازه
گیری شده مانند ولت ، آمپر ، میلی آمپر ، درجه سانتیگراد و غیره را نیز به
طریق مناسبی نمایش میدهند. از جمله دستگاههای اندازه گیری میتوان به ولت
متر ، وات متر ، Cosφ متر ، فرکانس متر ، دورشمارها ، حرارت سنج و آوومتر
اشاره نمود.
مزیت دستگاههای دیجیتالی
دستگاههای اندازه گیری دیجیتالی به دلیل نداشتن قطعات متحرک ، از طول عمر
بسیار بالایی (در صورت بکار بردن صحیح آنها) برخوردار هستند و به عوامل
فیزیکی همچون لرزش ، درصد رطوبت ، میزان تمیزی هوا و ... حساس نیستند. ضمن
آن که با پیشرفت تکنولوژی الکترونیک دستگاههای ساخته شده امروزی بسیار
دقیقتر هستند.
علاوه بر این بعضی از این دستگاهها را میتوان به کامپیوتر وصل کرد، بطوری
که کامپیوتر مقدار کمیتی که روی صفحه نمایش دستگاه نشان داده میشود را
نمایش میدهد و اگر در صورت نیاز آن را در فواصل زمانی معینی تنظیم کنیم،
کامپیوتر میتواند ضمن نشان دادن مقدار کمیت ، آن را ثبت کند.
از دیگر مزایای اندازه گیری یک کمیت توسط سیستم دیجیتالی این است که وقتی
مقدار این کمیت به کامپیوتر منتقل میگردد، کامپیوتر میتواند در مورد
مقدار این کمیت تصمیم گیری لازم را اتخاذ نماید. مثلا اگر مقدار آن کمتر
از حدی است که قبلا تنظیم شده است، کامپیوتر میتواند فرمان خاصی را برای
این منظور صادر نماید.
طرز کار آوومتر دیجیتالی
قسمت اصلی یک آوومتر دیجیتالی ، ولت متر DC است. این قسمت همانند آوومتر
عقربهای (آنالوگ) است، چنان که میدانید قسمت اصلی آن گالوانومتر
دآرسونوال میباشد. اساس کار یک ولت متر DC دیجیتالی بر مبنای مقایسه است.
یعنی ولتاژ اعمال شده به ولت متر ، با یک ولتاژ مرجع (معمولا 100 میلی ولت
و در بعضی از آوومترها در رنج AC یک ولت) مقایسه میشود و نتیجه مقایسه به
کمک مدارات الکترونیکی و دیجیتالی به صورت ارقام که مبین مقدار ولتاژ DC
اعمالی به ولت متر است، روی صفحه نمایش آن ظاهر میگردد.
امروزه اکثر این دستگاهها دارای رنج اتوماتیک (Auto Range) هستند. رنج
اتوماتیک به این صورت است که بعد از اعمال ولتاژ DC به ولت متر ، ولت متر
ابتدا بطور اتوماتیک رنج اول را انتخاب میکند. چنانچه ولتاژ مورد اندازه
گیری در این رنج بود، مقدار آن را نشان میدهد. چنانچه مقدار ولتاژ مورد
اندازه گیری در این رنج نبود، ولت متر به صورت اتوماتیک یک رنج بالاتر را
انتخاب میکند، تا این که مقدار ولتاژ مورد اندازه گیری ، در رنج مورد
انتخاب دستگاه باشد.
بسته به مقدار جریان اثرهای آن به میزان متفاوت بروز می کنند. بنابر این
برای اندازه گیری جریان می توان از هر یک از اثرهای شیمیای ، گرمایی یا
مغناطیسی آن استفاده کرد وسایلی که برای اندازه گیری جریان به کار می
روند، گالوانومتر نامیده می شود.
گالوانومتر ساده:
ساده ترین نوع گالوانومتر با استفاده از اثر گرمایی جریان ساخته شده است.
این گالوانومتر دارای دو سیم نازک است که یکی از سیم ها در دو انتهایش
ثابتند. و جریان گذرنده از آن اندازه گیری می شود. سیم نازک و محکم دوم
دور محور عقربه پیچیده شده است. وسط سیم کشیده اول را به فنر کشیده ای وصل
می کنند که سر دیگرش به بدنه گالوانومتر متصل است.
بر اثر جریان ، سیم اول گرم و دراز می شود. رشته سیم که توسط فنر کشیده می
شود عقربه گالوانومتر را به اندازه زاویه معینی می چرخاند که بستگی به
دراز شدن سیم یعنی شدت جریان الکتریکی دارد. صفحه گالوانومتر برای جریان
بر حسب آمپر ، میلی آمپر مدرج می شود. در این صورت گالوانومتر آمپرسنج یا
میلی آمپر سنج نامیده می شود.
آمپرسنج برای اندازه گیری جریان:
برای اندازه گیری جریان گالوانومتر یا آمپرسنج باید طوری اتصال داده شود
که جریان کل مدار بتواند از آن عبور کند. برای این منظور باید در نقطه ای
مدار را قطع و دو انتهایش را به قطب آمپر سنج وصل کرد. به عبارت دیگر
آمپرسنج را باید به طوری متوالی در مدار قرار داد. چون جریان حالت ثابت را
اندازه می گیریم. اینکه وسیله را به کدام قسمت از مدار وصل کنیم اهمیتی
ندارد در صورتیکه در جریانهای متغییر چنین نیست.
ولت سنج برای اندازه گیری ولتاژ:
با استفاده از گالوانومتر نه فقط جریان بلکه ولتاژ را نیز می توان اندازه
گرفت. زیرا بنابر قانون اهم این کمیت ها متناسبند. اگر دو کمیت با یکدیگر
متناسب باشند با وسیله ای که به طور مناسب مندرج شده باشد می توان هر دو
کمیت را اندازه گرفت. مثلاً تاکسی متر که فاصله طی شده را اندازه می گیرد،
می توان برحسب کیلومتر مدرج کرد. ولی چون کرایه با فاصله متناسب است،
درجات شمارنده را بطور مستقیم به پول پرداختی مدرج می کنند. به طوری که
مستقیماً کرایه را نشان می دهد.
به همین ترتیب صفحه گالوانومتر را می توان طوری مدرج کرد که بتواند بطور
مستقیم هم جریان برحسب آمپر عبور کرده از وسیله و هم ولتاژ دو سر آن را
برحسب ولت اندازه بگیرد. بنابر این گالوانومتری که برای جریان مدرج می شود
آمپرسنج ، در حالی که وسیله ای که برای ولتاژ مدرج می شود و لت سنج نام
دارد.
دستگاه ها ی مرکب:
در حالت کلی اگر جریان I از گالوانومتر عبور کند، باید بین قطب های ورودی
و خروجی آن ولتاژ معین U وجود داشته باشد. فرض کنید که مقاومت داخلی
گالوانومتر یعنی مقاومت قسمت هایی از آن که جریان از آنها عبور می کند، R
باشد (برای گالوانومتر ها با مغناطیس دائمی R مجموع تاب و سیم های رابط
است، در حالی که برای گالوانومترهای با سیم افروزشی R مجموع مقاومت سیم
گرم شده و رابط هاست).
بنابر قانون اهم U=IR می باشد. پس برای یک گالوانومتر معین ، هر مقدار از
جریان با مقدار معینی از ولتاژ در دو سر قطب های آن متناظر است. بنابر این
جای قرار گرفتن عقربه می تواند هم جریان و هم ولتاژ را نشان دهد. یعنی
دستگاه را می توان هم به عنوان آمپرسنج و هم به عنوان ولت سنج مدرج کرد.
چگونگی قراردادن ولت سنج در مدار:
با استفاده از یک ولت سنج مدرج می توان اختلاف پتاسیل الکتریکی بین هر دو
نقطه از مدار را اندازه گرفت. مثلا اگر اختلاف پتاسیل دو سر یک لامپ رشته
ای را که از چشمه جریانی تغذیه می کند بخواهید اندازه گیری کنید. باید دو
سر ولت سنج را به دو سر لامپ ببندید. به عبارتی ولت سنج جهت سنجش اختلاف
پتاسیل (ولتاژ) دو نقطه از مدار یا یک عنصری از مدار بصورت موازی در مداز
گذاشته می شود.
به عبارتی ولتاژ گذرنده از ولت سنج همان ولتاژ تمامی قسمت هایی از مدار
است که آرایش موازی با ولت سنج دارد. در صورتیکه در مورد آمپر سنج
قرارگیری در مدار بصورت متوالی است. و با اندازه گیری جریان گذرنده از یک
تکه از مدار جریان کل مدار را می دهد، که باید با جریان المان مداری
اندازه گیری شده ، برابر باشد.
مقاومت درونی ولت سنج:
ولت سنج را به جزئی از مدار که ولتاژ دو سر آن باید اندازه گیری شود به
طور موازی می بندند. و از این رو جریان معینی ازمدار اصلی از آن می گذرد.
پس ازاینکه ولت سنج وصل شد، جریان و ولتاژ درمدار اصلی قدری تغییر می کند.
به طوری که حالا مداری متفاوت از رساناها داریم، که شامل رساناهای قبلی و
ولت سنج است. مثلا با اتصال ولت سنج با مقاومت Rv به طوری موازی با لامپی
که مقاومتش Rb است مقاومت کل مدار بصورت
(R= Rb/(1+Rb/Rv خواهد بود. هر چه مقاومت ولت سنج در مقایسه با مقاومت
لامپ بزرگتر باشد، اختلاف بین مقاومت ولت سنج باید تا حد امکان بزرگ
اختیار شود. برای این منظور یک مقاومت اضافی را که ممکن است مقاومتش به
چند هزار اهم برسد، گاهی به طور متوالی به قسمت اندازه گیر ولت سنج می
بندند.
مقاومت درونی آمپرسنج:
برخلاف ولت سنج، آمپرسنج همیشه در مدار به طور متوالی بسته می شود اگر
مقاومت آمپرسنج Ra و مقاومت مدار Rc باشد، مقاومت کل مدار با آمپرسنج
برابر می شود با :
(R=Rc(1+Ra/Rc
بنابر این در صورتیکه مقاومت وسیله در مقایسه با مقاومت مدار کوچک باشد بر
طبق رابطه اخیر وسیله مقاومت کل مدار را زیاد تغییر نمی دهند. بنابر این
مقاومت آمپرسنج ها را خیلی کوچک انتخاب می کنند (چنددهم یاچندصدم اهم).
تبلیغات 
مطالب و نظرات 
نظرات()
![[i]](http://payeganltd.com/pubimages/g.gif)
![[i]](http://payeganltd.com/pubimages/b.gif)
