Физические основы работы лазерного принтера - реферат

KLAIPĖDOS UNIVERSITETAS

GAMTOS IR MATEMATIKŲ MOKSLŲ FAKULTETAS

FIZIKOS KATEDRA

Referatas

Lazeriniai spausdintuvai

( Лазерные принтеры )

Parengė: II kurso, If-1 gr. studentė

LIDIJA BELČIKOVA

Klaipėda, 2003

Содержание:

I История печатающих средств [1]

История развития лазерных принтеров [1]

II Физический механизм работы лазерного принтера [1] [ 2 ] [ 4 ]

Формирование изображения [1]

Принцип деяния [1] [ 4 ]

Цветная печать [1] [ 2 ]

Главные свойства Физические основы работы лазерного принтера - реферат лазерных принтеров [1]

III Физические процессы [1] [ 2 ] [ 3 ]

Разработка производства фоторецепторов [ 2 ] [ 3 ]

Процесс ксерографии [ 2 ] [ 7 ]

Виды коротронов [ 2 ]

Формирование изображения [ 2 ]

Проявление [ 2 ]

Перенос [ 2 ]

Отделение [ 2 ]

Закрепление [ 2 ]

Чистка [ 2 ]

Фотобарабан [ 1 ]

Лазер [ 3 ] [ 6 ]

IV Итоги

Перечень источников литературы

Приложение №1

Теория полупроводников [ 3 ] [ 5 ]

Фотоэлектрический эффект [ 3 ] [ 6 ]


Часть I

История развития [1]

Из истории печатающих устройств

История печати неразрывно связана с развитием письменности и языка, литературы, искусства, науки и Физические основы работы лазерного принтера - реферат техники. Давным-давно, когда ещё не было печатающих устройств, все документы, книжки и т. п. воспроизводились вручную. Для отображения инфы использовались камень, дерево, бронза, папирус и другие носители. Древние египетские папирусы относятся к XXV веку до н. э. В Египетской Александрийской библиотеке хранилось большущее число рукописей, написанных Физические основы работы лазерного принтера - реферат на папирусе. 1-ые греческие, римские и египетские книжки, написанные в IX веке до н. э., имели форму свитка. В старом Риме создание книжек получило ком­мерческий нрав: книжки переписывались специально обученными рабами.

В средние века в Европе переписыванием книжек занимались монахи. Пере­писчиков учили каллиграфии и умению декорировать книжку малеханькими рисунками. Создание Физические основы работы лазерного принтера - реферат книжки добивалось огромного труда и искусства. Писец посиживал, склонившись над листом, и гусиным пером старательно выводил строку за строкой заказанной ему книжки. За денек самый усидчивый и опытнейший писец мог переписать менее 10—15 страничек.

Большущее значение имело изобретение бумаги в Китае во II веке н. э. Но в Европе прямо Физические основы работы лазерного принтера - реферат до XII века в качестве материала для письма ис­пользовался пергамент, изготавливаемый из кожи животного. В VII веке в Европе даже появился указ, согласно которому все документы должны были исполняться лишь на пергаменте.

Своим рождением печатающие устройства должны изобретению в Китае в
начале XI века подвижных литер Физические основы работы лазерного принтера - реферат, которые изготавливались из глины и
дерева. После того как в XIV веке в Корее были сделаны железные
подвижные литеры, книгопечатание получило обширное распространение.

Настоящий переворот в книгопечатании произвел Иоганн Гутенберг, кото­рый изобрел ручной словолитный прибор — аппарат для отливки слов и печатный станок (около 1445 г.). Этот станок (рис. 1.1) в течение несколь­ких веков Физические основы работы лазерного принтера - реферат являлся в Европе единственным печатным аппаратом.


Pис. 1.1

Печатный станок Гутенберга

Исключительно в XVIII веке был построен железный пресс с усовершенство­ванным механизмом для прижима бумаги к форме, а в 1863 г. У. Буллоном (США) была сконструирована 1-ая ротационная печатная машина, печа­тающая на "нескончаемой" ленте. Спустя три года его соотечественником К. Шеллсом Физические основы работы лазерного принтера - реферат собрана 1-ая пишущая машинка, получившая заглавие "ремингтон". В Рф 1-ая уникальная полиграфическая машинка была предложена в 1870 г. М.И. Алисовым (рис. 1.2, а). А в 1889 г. Вагнер (США) сконструировал печатающую машинку с открытым шрифтом, т. е. при печати на таковой машинке был виден набираемый текст (рис. 1.2, б). Эта машинка и Физические основы работы лазерного принтера - реферат явилась макетом большинства современных электронных пишущих машинок.


Рис. 1.2. Пишущая машинка Алисова (а) и одна из первых пишущих машинок открытого типа (6)

1-ые модели принтеров практически явились модернизацией электриче­ских пишущих машинок. Дополненные портами ввода, дешифраторами цифрового кода, к примеру, ASCII и устройствами электромагниного управ ления для каждой Физические основы работы лазерного принтера - реферат кнопки, принтеры на базе пишущих машинок оказались очень комфортными (для собственного времени) устройствами и в 60-х и 70-х годах получили довольно обширное распространение. Принтер поддерживал единственный стандартный шрифт, "намертво" отштампованный на литерах рычажного типа, а редчайшие модели, использующие сменные поворотные головки, к примеру, типа "ромашка" (рис. 1.3) часто для смены шрифта добивались выполнения Физические основы работы лазерного принтера - реферат ряда сложных операций. Главным неудобством была "одноязычность" принтера.


Рис. 1.3

Механизм работы принтера типа "ромашка": 1 — бумага; 2 — электромагнит; 3 — молоточек;

4 — лепестковая головка ("ромашка");

5 — красящая лента

Но уже в те годы принтер превосходил по скорости печати и неуто­мимости всякую квалифицированную машинистку.

Потребительские характеристики принтера удалось резко повысить с возникнове­нием Физические основы работы лазерного принтера - реферат игловатых (матричных) устройств. В этих печатающих устройствах знаки для печати формируются в виде матрицы точек, которые наносятся на бумагу кончиками стержней, ударяющими по красящей ленте. Игольча­тые принтеры, в отличие от собственных предшественников, поддерживали разно­образные шрифты и алфавиты. С ноября 1982 г. компания IBM приступила к выпуску игловатых принтеров Физические основы работы лазерного принтера - реферат, обеспечивающих проигрывание точечных графических изображений.

Возникновение игловатых принтеров было большим шагом в развитии печа­тающих устройств. Но недочеты, присущие игловатым принтерам (высочайший шум, низкое качест­во и монохромность изображения и др.), вынуждали фирмы-изготовители находить новые способы печати компьютерной инфы. Потому велись разработки по созданию новых технологий печати.

Были сконструированы тепловые Физические основы работы лазерного принтера - реферат принтеры, механизм печати которых похож на механизм игловатых принтеров, но в качестве печатной головки в их употребляется матрица нагревательных частей и специаль­ная бумага, пропитанная термочувствительным красителем. Достоинством этих принтеров является малый уровень шума при работе, компактность, надежность и отсутствие большинства заправляемых материалов. К сожале­нию, принтеры, использующие технологию термопереноса Физические основы работы лазерного принтера - реферат, не получили широкого распространения. Скорость печати и качество оставались низкой, а бумага — дорогостоящей.

Более успешной оказалась разработка технологии струйной печати. За 15 лет разрешающая способность струйных принтеров возросла практически в 20 раз

Сначала 80-х годов появились 1-ые лазерные принтеры. Посреди совре­менной компьютерной периферии чуть ли найдется устройство, вобравшее в себя больше Физические основы работы лазерного принтера - реферат технологических достижений, ежели лазерный принтер. Сво­им заглавием эти принтеры должны входящему в их состав небольшому лазеру (мощностью менее нескольких сот милливатт). Лазер, дающий очень узенький направленный пучок монохромного излучения, употребляется как тончайшее перо, которым на фотобарабане рисуется данное изобра­жение.

Короткая история развития лазерного принтера [1]

Толчком Физические основы работы лазерного принтера - реферат к созданию первых лазерных принтеров послужило возникновение новейшей технологии, разработанной компанией Canon. Спецами этой компании, специализирующейся на разработке копировальной техники, был сотворен механизм печати LBP-CX. Компания Hewlett-Packard в сотрудничестве с Canon приступила к разработке контроллеров, обеспечивающих совмести­мость механизма печати с компьютерными системами PC и UNIX. Принтер HP Физические основы работы лазерного принтера - реферат LaserJet в первый раз был представлен сначала 1980-х годов. Сначало конкурируя с лепестковыми и матричными принтерами, лазерный принтер стремительно захватил популярность в мире. Другие компании-разработчики копировальной техники скоро последовали примеру компании Canon и приступили к исследованиям в области сотворения лазерных принте­ров. Toshiba, Ricoh и некие Физические основы работы лазерного принтера - реферат другие, наименее известные компании, тоже были вовлечены в этот процесс. Но успехи компании Canon в области сотворения скоростных устройств печати и сотрудничество с Hewlett-Packard позволили им достигнуть поставленной цели. В итоге на рынке лазерных принтеров модель LaserJet прямо до 1987-88 годов занимала до­минирующее положение. Последующей вехой в истории Физические основы работы лазерного принтера - реферат развития лазерного принтера явилось исполь­зование устройств печати с большей разрешающей способностью под управлением контроллеров, обеспечивающих высшую степень совместимо­сти устройств.

Другим принципиальным событием явилось возникновение цветных лазерных принтеров. Конторы XEROX и Hewlett-Packard (дальше сокращенно именуемая HP) пред­ставили новое поколение принтеров, которые использовали язык описания страничек PostScript Физические основы работы лазерного принтера - реферат Level 2, поддерживающий цветное представление изобра­жения и позволяющий повысить как производительность печати, так и точность цветопередачи. Язык принтера PCL 6 также поддерживает расши­ренные цветовые способности представления изображений для принтеров серии HP Color LaserJet .

Часть II

Принцип деяния [1] [2] [4]

Формирование изображения [1]

Лазерные принтеры сформировывают изображение методом позиционирования точек на бумаге (растровый способ). Сначало страничка Физические основы работы лазерного принтера - реферат формируется в памяти принтера и только потом передается в механизм печати. Растровое представление знаков и графических образов делается под управле­нием контроллера принтера. Каждый образ формируется методом соответст­вующего расположения точек в ячейках сетки либо матрицы, как на шахмат­ной доске (рис. 2.1).

Растровая разработка в значимой степени отличается от векторной Физические основы работы лазерного принтера - реферат, применяемой в перьевых графопостроителях. При использовании векторной технологии изображение формируется методом построения линий из одной точки в другую.

Рис. 2.1

Растровый способ формирования вида

Принцип деяния [1] [4]

Лазерные принтеры, получившие наибольшее распространение, употребляют технологию фотокопирования, именуемую еще электрофотографической, которая заключается в четком позиционировании точки на страничке по­средством конфигурации электронного заряда на Физические основы работы лазерного принтера - реферат специальной пленке из фотопроводяшего полупроводника. Схожая разработка печати применя­ется в ксероксах. Принтеры компаний HP и QMS, к примеру, употребляют меха­низм печати ксероксов компании Canon.

Важным конструктивным элементом лазерного принтера является крутящийся фотобарабан, при помощи которого делается перенос изо­бражения на бумагу. Фотобарабан представляет собой Физические основы работы лазерного принтера - реферат железный ци­линдр, покрытый узкой пленкой из фотопроводящего полупроводника (обычно оксид цинка). По поверхности барабана умеренно распределяет­ся статический заряд. При помощи узкой проволоки либо сетки, именуемой коронирующим проводом. На этот провод подается высочайшее напряжение, вызывающее появление вокруг него светящейся ионизированной облас­ти, именуемой короной.

Отклоняющее

Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует узкий Физические основы работы лазерного принтера - реферат световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Этот луч, попадая на фотобарабан, засвечивает на нем простые площадки (точки), и в итоге фотоэлектрического эффекта в этих точках меняется электронный заряд.

Отклоняющее зеркало


Рис. 2.2

Многофункциональная схема лазерного принтера

эффекта в этих точках меняется электронный заряд. Для неких типов принтеров потенциал поверхности барабана уменьша­ется от Физические основы работы лазерного принтера - реферат -900 до -200 В. Таким макаром, на фотобарабане появляется копия изображения в виде потенциального рельефа.

На последующем рабочем шаге при помощи другого барабана, именуемого девелопером (developer), на фотобарабан наносится тонер — мелкая красящая пыль. Под действием статического заряда маленькие частички тонера просто притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся Физические основы работы лазерного принтера - реферат экспо­зиции, и сформировывают на нем изображение (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Создание копии изображения на фотобарабане

Лист бумаги из подающего лотка при помощи системы валиков перемещает­ся к барабану. Потом листу сообщается статический заряд, противополож­ный по знаку заряду засвеченных точек на барабане. При соприкосновении бумаги с барабаном частицы тонера с барабана переносятся (притягива­ются Физические основы работы лазерного принтера - реферат) на бумагу.

Рис. 2.4. Обобщенная схема работы лазерного принтера

Для фиксации тонера на бумаге листу вновь сообщается заряд и он пропус­кается меж 2-мя роликами, нагревающими его до температуры около 180°—200°С (если вы хоть раз ставили пирог со сладостной внутренностью в духовку, то понимаете, как тяжело поделить пропеченные составляющие Физические основы работы лазерного принтера - реферат). После собст­венно процесса печати барабан на сто процентов разряжается, очищается от при­липших частиц тонера и готов для нового цикла печати. Описанная после­довательность действий происходит очень стремительно и обеспечивает высочайшее качество печати.

В светодиодном принтере для засвечивания барабана заместо лазерного луча, управляемого при помощи системы зеркал, употребляется недвижная свето Физические основы работы лазерного принтера - реферат­диодная строчка (линейка), состоящая из 2500 светодиодов, которой форми­руется не любая точка изображения, а целая строчка (рис. 2.5). На этом принципе, к примеру, работают лазерные принтеры конторы OKI.

Рис. 2.5

Формирование изображения при помощи LED-технологии

Цветная печать [1] [2]

При печати на цветном лазерном принтере употребляются две технологии.

В согласовании с Физические основы работы лазерного принтера - реферат первой, обширно применяемой до недавнешнего времени, на фотобарабане


поочередно для каждого отдельного цвета (Cyan, Magenta, Yellow, Black) формировалось соответственное изображение, и лист печа­тался за четыре прохода, что, естественно,

Рис. 2.6 Универсальная тестовая таблица

сказывалось на скорости и каче­стве печати. В современных моделях (к примеру, HP Color LaserJet 5) в итоге 4 поочередных Физические основы работы лазерного принтера - реферат прогонов на фотобарабан наносится тонер каждого из 4 цветов. Потом при соприкосновении бумаги с барабаном на нее переносятся все четыре краски сразу, образуя нужные сочетания цветов на отпечатке. В итоге достигается более ровненькая передача цвето­вых цветов, практически такая же, как при печати на цветных принтерах с тер­мопереносом красителя Физические основы работы лазерного принтера - реферат.

Соответственно в цветных лазерных принтерах употребляются четыре ёмко­сти для тонеров. Принтеры этого класса оборудованы огромным объемом памяти, микропроцессором и, обычно, своим винчестером. На винчестере содержатся различные шрифты и специ­альные программки, которые управляют работой, держут под контролем состояние и улучшают производительность принтера. Цветные лазерные принтеры имеют достаточно большие габариты Физические основы работы лазерного принтера - реферат и огромную массу.

Разработка процесса цветной лазерной печати очень сложна, потому и цены на цветные лазерные принтеры еще очень высоки.

Главные свойства лазерных принтеров [1]

Лазерный принтер является сложным оптико-механическим устройством, которое, независимо от конструктивного выполнения, характеризуется боль­шим количеством разных характеристик. С потреби­тельской точки зрения все характеристики Физические основы работы лазерного принтера - реферат можно разбить на группы, опреде­ляющие:

Часть III

Физические процессы [1] [2] [3]

В базе работы, как копировального аппарата, так и лазерного принтера лежит процесс сухой ксерографии[1] (лат. xeros - сухой и graphos - писать). В свою очередь он базируется на электростатической фото Физические основы работы лазерного принтера - реферат.

В базе электростатической фото лежит способность неких полупроводников уменьшать свое удельное сопротивление под действием света. Такие полупроводники именуются фотопроводниками и употребляются для производства фоторецепторов.

Главные свойства фотопроводников перечислены ниже:

1. Спектральная чувствительность - охарактеризовывает способность фотопроводника реагировать на излучение разных длин волн. Ни один фотопроводник не может идиентично реагировать на разные Физические основы работы лазерного принтера - реферат длины волн. Некие типы фоторецепторов слабо реагируют на голубой цвет, который вообщем не воспроизводится на копии, некие слабо реагируют на желтоватый цвет. В эталоне фотопроводник должен идиентично отлично передавать все цвета, но обычно этого не происходит.

2. Фотоэлектрическая чувствительность (скорость формирования изображения) - это величина, характеризующая скорость уменьшения заряда на Физические основы работы лазерного принтера - реферат фоторецепторе при освещении его светом данной интенсивности. Чем меньше остаточная величина заряда на фоторецепторе после его экспонирования, тем выше качество копии. Данная величина может зависеть от материала, срока эксплуатации и состояния проводника.

3. Скорость темновой утечки - величина, характеризующая, как стремительно фотопроводник теряет заряд в мгле. Это связано с тем, что Физические основы работы лазерного принтера - реферат полупроводник, из которого сделан фоторецептор, хотя и приобретает в мгле характеристики диэлектрика, но все таки не может хранить заряд так длительно, как это могут делать диэлектрики.

4. Вялость материала - это явление, возникающее при неоднократном и нередком экспонировании фоторецептора. Вялость материала может появляться и при засветке солнечным светом (юзер вынул картридж и Физические основы работы лазерного принтера - реферат оставил его на солнце барабаном ввысь). Вялость материала приводит к повышению скорости темновой утечки заряда, а в неких случаях напротив к сохранению заряда на поверхности после экспонирования.

5. Устойчивость к наружным воздействиям - эта черта определяет способность фотопроводника сохранять свои характеристики как можно подольше при механическом контакте с бумагой. Бумага Физические основы работы лазерного принтера - реферат, при правильном использовании аппарата, является более принципиальным фактором естественного износа фоторецептора. Потому шероховатая бумага, некорректно купированная и т.д. уменьшает срок службы фоторецептора. Хотя сама бумага фактически не контактирует с фоторецептором, но жесткие волокна бумаги могут попадать под ракельный ножик. Не считая того, срок его службы уменьшают разные Физические основы работы лазерного принтера - реферат хим вещества, которые могут попасть на него с бумаги либо с другого источника, также механические повреждения.

6. Кристаллизация - процесс преобразования атомов фотопроводника из бесформенной структуры в упорядоченную, кристаллическую. При всем этом фотопроводник теряет свои характеристики. Таковой процесс нельзя приостановить, но можно замедлить при правильном воззвании с проводником.

7. Исходный потенциал - это потенциал Физические основы работы лазерного принтера - реферат на поверхности фоторецептора, при котором накапливаемый заряд равен заряду, утекающему в подложку. Обычно фоторецептор заряжают до потенциала ниже исходного, чтоб избежать его повреждения.

8. Остаточный потенциал - потенциал, который остается на освещенных участках фоторецептора после экспонирования. При экспонировании фоторецептор стремительно теряет заряд до определенной величины, потом скорость утекания заряда существенно Физические основы работы лазерного принтера - реферат понижается. Высочайший остаточный потенциал содействует притягиванию частиц тонера на освещенные участки, что приводит к фону на копии.

Эти свойства фотопроводника кропотливо анализируются при выборе его в качестве фоторецептора для копировального аппарата или принтера.

Разработка Производства ФОТОРЕЦЕПТОРОВ [2] [3]

Фоторецепторы обычно наносятся на дюралевый полый цилиндр. В качестве фоторецептора служил или селен Физические основы работы лазерного принтера - реферат и его соединения, или органические соединения (подложка).

Органический фоторецептор двухслойный. 1-ый слой - слой, в каком осуществляется перенос заряда, под ним - слой в каком генерируется заряд. За ним идет узкий слой оксидной пленки, который предутверждает утекание заряда в подложку. Подложка - последний дюралевый слой.

Селеновый фоторецептор состоит из "ловушечного слоя", представляющего из Физические основы работы лазерного принтера - реферат себя естественную оксидную пленку. Этот слой уменьшает скорость темновой утечки заряда. За ним идет фотопроводящий слой, дюралевая оксидная пленка и подложка.

Существует два вида фоторецепторов: ленточные и цилиндрические. 1-ые обычно употребляются в аппаратах с очень высочайшей скоростью, так как позволяют обеспечивать более высшую скорость экспонирования.

ПРОЦЕСС КСЕРОГРАФИИ [2] [7]

Рис Физические основы работы лазерного принтера - реферат.3.1 процесс ксерографии Зарядка [2]

Зарядка фоторецептора - это процесс нанесения равномерного заряда определенной величины на поверхность фоторецептора. Зарядка делается коротроном. Существует несколько их видов, которые мы разглядим ниже.

Для зарядки на коротрон подается высочайший потенциал при помощи высоковольтного блока. Меж коротроном и фоторецептором появляется разность потенциалов в несколько киловольт, что приводит к ударной ионизации Физические основы работы лазерного принтера - реферат воздуха (коронный разряд) и ионы скапливаются на поверхности фоторецептора. Часть электронов с заземленной подложки стекает на землю, при всем этом в материале подложки, поблизости границы с фотопроводником появляется лишний заряд, обратный заряду на поверхности фоторецептора. Экран коротрона заземляют, чтоб разность потенциалов меж фоторецептором и коронной проволокой не уменьшалась Физические основы работы лазерного принтера - реферат, так как эта разность должна превосходить пороговое напряжение короны (напряжение, ниже которого не появляется коронный разряд).

Виды коротронов [2]

Обыденный коротрон представляет собой узкую проволоку из устойчивого к окислению материала, натянутую на железном экране. При загрязнении либо окислении проволоки происходит ухудшение свойства копии. При загрязнении экрана может быть проскакивание искры меж Физические основы работы лазерного принтера - реферат экраном и коротроном, что приводит к необратимому выгоранию фоторецептора.

Скоротрон - зарядное устройство, позволяющее получить более равномерный заряд поверхности фоторецептора. В нем не считая проволоки употребляется сетка, на которую также подается напряжение.

Дикоротрон - позволяет еще больше точно регулировать величину заряда. Он состоит из 2-ух активных частей: коронода и экрана. На Физические основы работы лазерного принтера - реферат коронод подается переменное напряжение порядка 5-6 кВ, а на экран - неизменное 1-3 кВ. При всем этом положительные ионы передвигаются от коронода к экрану, а отрицательные - к фоторецептору.

Коротрон служит источником соответствующего аромата озона, исходящего от копировального аппарата во время работы. Необходимо подчеркнуть, что при использовании добротных фильтров и их Физические основы работы лазерного принтера - реферат своевременной подмене запах не чувствуется. В текущее время фирмы-произвотели перебегают на безозоновую технологию.

Формирование изображения [2]

После зарядки на фоторецептор подается изображение, которое в копировальных аппаратах освещается массивным источником света и проецируется через систему зеркал. Для роста и уменьшения изображения служит объектив с изменяемым фокусным расстоянием. Скорость барабана должна Физические основы работы лазерного принтера - реферат быть согласована. Изображение со стекла экспонирования освещается лампой и через систему зеркал проецируется на фоторецептор. Те места на фоторецепторе, на которые падает свет, теряют собственный потенциал. Таким макаром, на фоторецепторе остается набросок оригинала в виде заряженных участков.

Экспонирование [2]

На шаге экспонирования на поверхности фоторецептора выходит скрытое электростатическое изображение. Разглядим этот Физические основы работы лазерного принтера - реферат процесс более тщательно.

До начала экспонирования поверхностный заряд фоторецептора удерживается на месте за счет взаимодействия с зарядом обратного знака, находящегося на границе заземленной подложки и фоторецептора.

До попадания света на фотопроводящий слой количество свободных носителей зарядов в нем не много, а удельное сопротивление - велико. Практически электроны в фотопроводнике после зарядки Физические основы работы лазерного принтера - реферат смещаются из сбалансированного положения, но они еще находятся в собственных молекулах. Такое смещение положительных и отрицательных зарядов в молекуле именуется поляризацией.

Разглядим облегченную модель процесса, который происходит при освещении фоторецептора. Будем считать, что фоторецептор заряжен положительным зарядом.

При попадании света на фотопроводник в нем происходит генерация свободных Физические основы работы лазерного принтера - реферат носителей заряда. Электрон той молекулы, которая размещена поближе к поверхности слоя перемещается по направлению к положительном иону на поверхности. Это перемещение нейтрализует часть положительных ионов на поверхности. В то же время молекула в верхнем слое остается положительно заряженной. Отсутствие электронов в молекуле именуют "дыркой". Тип проводимости, при котором основными Физические основы работы лазерного принтера - реферат носителем заряда являются дырки, именуют дырочной. При дырочной проводимости происходит перемещение электронов из 1-го атома в примыкающий. Результатом этого является перемещение положительных зарядов - дырок - в направлении, обратном движению электронов.

После попадания света на фоторецептор электростатическое поле на поверхности фотопроводника меняется. Оно действует уже не меж зарядом на поверхности фоторецептора Физические основы работы лазерного принтера - реферат и подложкой, а межу "верхней" молекулой и подложкой.

Электроны, находящиеся снизу от "верхней" молекулы, немедля реагируют на положительный заряд и начинают передвигаться к "верхней" молекуле, чтоб нейтрализовать часть появившегося заряда. Миграция электронов приводит к тому, что положительный заряд от "верхней" молекулы перебегает к молекуле из последующего, "второго" слоя молекул фотопроводника.

При Физические основы работы лазерного принтера - реферат всем этом электростатическое поле появляется меж молекулой "второго" слоя и подложкой. Дырка соответственно перемещается от "верхней" молекулы к молекуле из "второго" слоя. Процесс повторяется до того времени, пока дырка не перейдет к молекуле фотопроводника, наиблежайшего к подложке. В данном случае электроны передвигаются от подложки к фотопроводнику, чтоб нейтрализовать Физические основы работы лазерного принтера - реферат положительный заряд.

Проявление [1]

Проявление - это процесс формирования изображения на фоторецепторе тонером.

Тонер представляет собой мелкодисперсный порошок, частички которого состоят из полимера либо резины и красящего вещества (для темного тонера обычно употребляется сажа).

Вероятны два варианта проявления - однокомпонентное и двухкомпонентное. Разглядим сначала двухкомпонентный метод.

Двухкомпонентный метод употребляется исключительно в Физические основы работы лазерного принтера - реферат случае отрицательной зарядки фоторецептора.

Тонер из бункера через особое дозирующее устройство подается в бункер с носителем. Носитель (девелопер) представляет собой частички магнитного материала, покрытого полимером.

Прилипание тонера к носителю происходит за счет трибоэлектризации (электризации трением). В процессе трения частички тонера и носителя получают разные заряды и тонер умеренно покрывает Физические основы работы лазерного принтера - реферат носитель.

Носитель в свою очередь прилипает к магнитному валу, который представляет собой полый вал с неизменными магнитами снутри. Вал, покрытый носителем с тонером заходит в конкретный контакт с фоторецептором, в итоге чего частички тонера, имеющие заряд, обратный заряду фоторецептора притягиваются к его заряженным участкам.

Незапятнанный носитель с остатками Физические основы работы лазерного принтера - реферат тонера вновь попадает в бункер. Носитель вновь смешивается с тонером и попадает на магнитный вал. Сам носитель не расходуется в процессе проявки. Но в итоге трения носитель теряет полимерный слой, что приводит к его неспособности притягивать тонер. Не считая того, таковой носитель может вызывать механическое повреждение фоторецептора.

Для того Физические основы работы лазерного принтера - реферат, чтоб тонер не переносился на слабозаряженные участки фоторецептора на магнитный вал подается напряжение смещения порядка 100-500 В, символ которого совпадает со знаком заряда на фоторецепторе. Из-за этого сила притяжения тонера к валу возрастает, и тонер не переносится на слабозаряженные участки. Регулируя величину напряжения смещения можно регулировать насыщенность копии, к примеру для сотворения Физические основы работы лазерного принтера - реферат неплохой копии с отвратительного оригинала. Современные аппараты обычно сами довольно отлично регулируют качество копии, фактически не требуя вмешательства оператора.

Однокомпонентное проявление обычно употребляется в аппаратах малого класса и лазерных принтерах. В данном случае требуется тонер другого состава. Естественно таковой тонер стоит дороже. Однокомпонентное проявление не предугадывает Физические основы работы лазерного принтера - реферат наличия носителя. В данном случае тонер делается из смести частиц магнитного материала, полимера и красителя.

Из бункера тонер попадает на магнитный вал. Над валом, на выходе из бункера размещается заряжающее лезвие (ракель), которое делает две функции:

1. Регулирует количество тонера на валу

2. Заряжает частички тонера

Трение частиц тонера о лезвие приводит к зарядке Физические основы работы лазерного принтера - реферат тонера знаком, обратным знаку заряда фоторецептора.

Перенос тонера с вала на фоторецептор осуществляется при помощи напряжения смещения, прикладываемого к магнитному валу. В этом случае напряжение смещения представляет собой переменное напряжение с неизменной составляющей, которая по знаку соответствует знаку заряда фоторецептора. Во время периода, со знаком, обратным знаку заряда фоторецептора Физические основы работы лазерного принтера - реферат тонер переносится на фоторецептор, во время периода, со знаком, подходящим знаку заряда фоторецептора тонер с фоновых участков ворачивается на магнитный вал.

Регулировка свойства копий происходит за счет конфигурации неизменной составляющей.

Следует увидеть, что в двухкомпонентной системе проявления еще труднее достигнуть равномерной заливки черным цветом. Это связано с тем Физические основы работы лазерного принтера - реферат, что носитель не успевает принять довольно тонера. Эта неувязка решается внедрением 2-ух либо 3-х валов, крутящихся в различные стороны. Но такая конструкция наращивает цена аппарата.

Рис.3.2 фото тонера, существенно увеличенные.

Перенос [2]

Процесс переноса - процесс, при котором тонер переносится на бумагу.

Бумага проходит меж коротроном переноса и фоторецептором, на котором находится Физические основы работы лазерного принтера - реферат тонерный набросок. Коротрон переноса докладывает бумаге заряд, соответственный заряду фоторецептора. В подложке фоторецептора существует заряд, по знаку обратный заряду бумаги. Из-за этого бумага притягивается к фоторецептору.

Для того чтоб тонер переносился на бумагу, сила притяжения меж ней и тонером должна быть больше чем сила притяжения меж тонером и Физические основы работы лазерного принтера - реферат фоторецептором. Не весь тонер переносится на бумагу. Потому его остатки удаляются в процессе чистки фоторецептора.

Для улучшения свойства изображения и уменьшения расхода тонера в неких аппаратах осуществляется подготовительный перенос, в процессе которого ослабляется заряд фоторецептора. Для этого или фоторецептор за ранее освещается, или на коротрон переноса Физические основы работы лазерного принтера - реферат подается переменное напряжение.

Отделение [2]

Отделение бумаги от фоторецептора осуществляется как механическим, так и электронным методом.

В первом случае употребляются или пальцы отделения, находящиеся в конкретной близости к фоторецептору, или отделяющие ремешки, устанавливаемые с 1-го края фоторецептора. Кромка бумаги скользит по ремешку и потом просто отделяется от фоторецептора.

Во 2-м случае употребляется Физические основы работы лазерного принтера - реферат коротрон отделения, обычно использующийся вместе с механическими средствами. Для отделения бумаги от фоторецептора на коротрон отделения подается переменное напряжение. Он генерирует положительные и отрицательный ионы. Часть из их ослабляют силу притяжения бумаги к фоторецептору, а часть - обеспечивают прилипание тонера к бумаге.

Закрепление [2]

После переноса копия уже фактически Физические основы работы лазерного принтера - реферат готова. Но изображение, приобретенное на бумаге может быть стерто практическим хоть каким механическим воздействием (к примеру, легким трением). Естественно такая копия не применима для практического использования. Для роста сцепления тонера с бумагой употребляется механизм закрепления.

Существует несколько методов закрепления. Более всераспространенный - это термомеханический метод, при котором копия подвергается нагреву и механическому Физические основы работы лазерного принтера - реферат прижиму.

Механизм закрепления носит заглавие фьюзер (печка). Механизм состоит из нагреваемого тефлонового вала, с кварцевой лампой снутри, и резинового прижимающего вала. Время от времени заместо тефлонового вала устанавливается особый глиняний термоэлемент, который отделяется от бумаги термопленкой. Такие копиры имеют наименьший срок прогрева и наименьшее энергопотребление, но и прогуливается термопленка Физические основы работы лазерного принтера - реферат существенно наименьшее количество копий и разрушить ее существенно легче при неверном извлечении бумаги.

В части аппаратов предусмотрена смазка нагреваемого вала силиконовой смазкой. Это дает возможность избежать прилипания тонера к валику. Не считая того, может употребляться особое полотенце, для удаления остатков тонера либо другой грязищи, прилипшей к валу Физические основы работы лазерного принтера - реферат. Для отделения бумаги от вала используются пальцы отделения.

Чистка [2]

Чистка - это процесс удаления остатков тонера с фоторецептора после переноса на бумагу.

Конкретно перед чисткой может употребляться предочистка при помощи засветки фоторецептора либо коротрона предочистки, который генерирует положительные и отрицательные ионы.

Оставшиеся частички тонера удаляются при помощи ракельного ножика, находящегося в Физические основы работы лазерного принтера - реферат конкретном контакте с фоторецептором. Ракель делается и точно позиционируется относительно фоторецептора, для того, чтоб не разрушить его. Отработанный тонер попадает в бункер отработки. Повторное его внедрение не рекомендуется, так как тонер слипается и загрязняется.

Вероятное также удаление тонера мягенькой щеткой, снутри которой устанавливается система вакуумной откачки.

Завершающий шаг чистки Физические основы работы лазерного принтера - реферат - это удаление остаточного заряда, которое осуществляется при помощи или источника света, или коротрона, символ напряжения которого противоположен знаку заряда фоторецептора.

Рис.3.3 Общая схема процесса копированияю

Принцип деяния лазерного принтера несколько отличается от механизмов работы копировального аппарата. Источником света тут служит лазер, который уменьшает потенциал в определенных участках фоторецептора. При Физические основы работы лазерного принтера - реферат всем этом фоновые участки фоторецептора остаются заряженными. Тонер заряжается обратным зарядом. При контакте тонер притягивается подложкой в участки с низким потенциалом, пробитые лазером.

Лазерная засветка осуществляется последующим методом: Лазерная пушка светит на зеркало, которое крутится с высочайшей скоростью. Отраженный луч через систему зеркал и призму попадает на барабан и за Физические основы работы лазерного принтера - реферат счет поворота зеркала выбивает заряды по всей длине барабана. Потом происходит поворот барабана на один шаг (этот шаг измеряется в толиках дюйма и конкретно он определяет разрешение принтера по вертикали) и вычерчивается новенькая линия. В неких принтерах не считая поворота барабана употребляется поворот зеркала по вертикали, которое позволяет Физические основы работы лазерного принтера - реферат на одном шаге поворота барабана вычертить два ряда точек. А именно 1-ые принтеры с разрешением 1200 dpi использовали конкретно этот принцип.

Скорость вращения зеркала очень высока. Она составляет порядка 7-15 тыс. об./мин. Для того, чтоб прирастить скорость печати не увеличивая скорость зеркала его делают в виде многогранной призмы.

Рис.3.4

Лучи Физические основы работы лазерного принтера - реферат темного и красноватого цвета соответствуют разным положениям зеркала. В момент А зеркало повернуто под одним углом (красноватое положение зеркала). В последующий момент времени, соответственный частоте лазера зеркало поворачивается и занимает темное положение. Отраженный луч попадает уже в другую точку фоторецептора. Естественно в действительности есть еще дополнительные зеркала, призмы и световоды отвечающие Физические основы работы лазерного принтера - реферат за фокусировку и изменение направления луча.

Рис.3.5 Лазерная разработка печати (Laser - лазер Light Beam - лазерный луч Polygon Mirror - отражающая призма Focusing Lens - фокусировочная линза Mirror - зеркало Toner - тонер Rotating Drum - фоторецептор)

Лазерные принтеры не считая механической части содержат в себе довольно суровую электронику. А именно на Физические основы работы лазерного принтера - реферат принтерах устанавливается память огромного объема, для того, чтоб не загружать компьютер и хранить задания в памяти. На части принтеров инсталлируются винчестеры. Электрическая внутренность принтера также содержит разные языки описания данных (Adobe PostScript, PCL и т. д.). Эти языки снова же созданы для того, чтоб забрать часть работы у компьютера и передать принтеру Физические основы работы лазерного принтера - реферат.

Разглядим физический принцип деяния отдельных компонент лазерного принтера.

ФОТОБАРАБАН [1]

Как уже писалось выше, важным конструктивным элементом лазерного принтера является вра­щающийся фотобарабан, при помощи которого делается перенос изображения на бумагу. Фотобарабан представляет собой железный ци­линдр, покрытый узкой пленкой из фотопроводящего полупроводника (обычно оксид цинка). По поверхности барабана Физические основы работы лазерного принтера - реферат умеренно распределяет­ся статический заряд. При помощи узкой проволоки либо сетки, именуемой коронирующим[2] проводом. О теории полупроводников можно прочесть п приложении № 1.

ЛАЗЕР [3] [6]

Лазер [3] квантовый генератор, источник массивного оптического излучения. Излучение лишней энергии возбужденных атомов вынуждается наружным воздействием.

Лазер отличается от обыденных источников света (к примеру, лампы с вольфрамовой Физические основы работы лазерного принтера - реферат нитью) 2-мя необходимыми качествами излучения. Во-1-х, оно когерентно, т.е. пики и провалы всех его волн возникают согласованно, и эта согласованность остается постоянной в течение довольно долгого времени. Все обыденные источники света эмиттируют некогерентное излучение, в каком нет согласованности меж пиками и провалами разных волн. В некогерентном процессе световые волны Физические основы работы лазерного принтера - реферат излучаются независимо друг от друга, энергия излучаемого пучка рассеивается по месту и стремительно убывает по мере удаления от источника. При когерентном излучении волны испускаются не беспорядочно и могут усиливать друг дружку. Лучи лазерного пучка практически параллельны меж собой, потому он расползается некординально даже на огромных расстояниях от Физические основы работы лазерного принтера - реферат излучателя. Так, лазерный пучок поперечником 30 см направили на Луну, и он образовал на ее поверхности световое пятно поперечником всего 3 км (до Луны около 386 000 км; на таком расстоянии свет от обыденного источника отдал бы пятно поперечником 402 000 км). 2-ая особенность лазерного излучения – монохроматичность, т.е. одноцветность; это означает, что от определенного лазера исходят Физические основы работы лазерного принтера - реферат волны одной и той же длины. В свете практически всех имеющихся источников обычно находятся все длины волн видимого диапазона и соответственно все цвета, потому таковой свет нам кажется белоснежным. Только немногие классические источники (к примеру, лампы низкого давления, заполненные разреженными парами натрия) светят практически монохроматично, но их Физические основы работы лазерного принтера - реферат излучение некогерентно и малоинтенсивно.

Чтоб сделать лазер – источник когерентного света нужно:

1) рабочее вещество с инверсной населенностью. Только тогда можно получить усиление света за счет принужденных переходов.

2) рабочее вещество следует поместить меж зеркалами, которые производят оборотную связь.

3) усиление, даваемое рабочим веществом, а означает, число возбужденных атомов либо молекул в рабочем веществе должно Физические основы работы лазерного принтера - реферат быть больше порогового значения, зависящего от коэффициента отражения полупрозрачного зеркала.

Принцип деяния. Свет – особенная форма передвигающейся материи. Он соткан из отдельных сгустков, называемых квантами. Атомы хоть какого вещества, излучая (либо поглощая) свет, испускают (либо захватывают) только цельные кванты; в таких процессах (если нет каких-либо особенных Физические основы работы лазерного принтера - реферат критерий) атомы не ведут взаимодействие с толиками квантов. Длина волны (стало быть, цвет) излучения определяется энергией его кванта. Атомы, однообразные по собственной природе, источают либо поглощают кванты только определенной длины волны. Это наглядно проявляется в свечении газоразрядных ламп с однородным заполнением (к примеру, неоном), которые употребляются в декоративной иллюминации и рекламе. Когда Физические основы работы лазерного принтера - реферат атом испускает квант света, он расходует энергию; поглощая квант света, атом приобретает дополнительную энергию. Так как энергия переносится к атому и от него порционно, то и сам атом может пребывать только в одном из дискретных энергетических состояний – или в главном (с малой энергией), или в каком-то Физические основы работы лазерного принтера - реферат из возбужденных. Атом, находящийся в главном состоянии, при поглощении кванта света перебегает в возбужденное состояние; при излучении кванта света все происходит напротив. Чем больше квантов поблизости атомов, тем больше и тех атомов, которые совершают подобные переходы – с увеличением либо снижением энергии. (Свет своим присутствием вынуждает атомы участвовать в энергетических Физические основы работы лазерного принтера - реферат переходах, потому такие процессы именуют принужденными – принужденное поглощение и принужденное излучение.) При принужденном поглощении число квантов миниатюризируется и интенсивность света убывает, а энергия атомов растет. Если некое огромное количество атомов, попав в освещение, вынужденно испускает суммарно больше, чем вынужденно поглощает, то появляется лазерный эффект – усиление света принужденным излучением Физические основы работы лазерного принтера - реферат (данного огромного количества атомов). Лазерная генерация может появиться исключительно в том огромном количестве наночастиц, где возбужденных атомов больше, чем невозбужденных. Как следует, такое огромное количество нужно заблаговременно приготовить, т.е. за ранее накачать в него дополнительную энергию, черпая ее от какого-нибудь наружного источника; эта операция так и именуется – накачка. Типы Физические основы работы лазерного принтера - реферат лазеров различаются в главном по видам накачки. Накачкой могут служить: электрическое излучение с длиной волны, отличающейся от лазерной; электронный ток; пучок релятивистских (очень стремительных) электронов; электронный разряд; хим реакция в применимой для генерации среде. Рис. 3.6 и 3.7 объясняют действие рубинового лазера. Посеребренные торцы цилиндрического стержня из искусственного рубина служат Физические основы работы лазерного принтера - реферат зеркалами (рис. 3.6).

Рис. 3.6. РУБИНОВЫЙ ЛАЗЕР – улучшенная схема конструкции Т.Меймана (1960). Главные его элементы – цилиндрический рубиновый стержень с плоскими посеребренными торцами, кожух остывания (его не было в устройстве Меймана) и газоразрядная лампа накачки. 1 – посеребренный торец стержня (глухое зеркало); 2 – рубиновый стержень; 3 – охлаждающая жидкость; 4 – газоразрядная лампа накачки; 5 – кожух (трубка) остывания; 6 – слабо Физические основы работы лазерного принтера - реферат посеребренный торец стержня (полупрозрачное зеркало).

Одно из их покрыто наименее плотным слоем серебра, потому оно полупрозрачно и через него излучается лазерный свет. Рубин – кристалл, состоящий из окиси алюминия с примесями окиси хрома. Атомы алюминия и кислорода не играют определяющей роли в лазерной генерации; главные энерго переходы реализуются в хроме. При возбуждении атомы Физические основы работы лазерного принтера - реферат хрома перебегают из основного состояния на один из 2-ух уровней возбуждения, обозначенных F1 и F2 (рис. 3.7).

Рис. 3.7. ДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРА начинается с возбуждения атомов хрома и их переходов на энерго уровни F1 и F2. Потом каждый возбужденный атом спонтанно (самопроизвольно, т.е. невынужденно) испускает квант (нелазерного излучения) и, утратив Физические основы работы лазерного принтера - реферат часть собственной энергии, перебегает на метастабильный уровень E. Дальше, под воздействием вынуждающего кванта с лазерной длиной волны (такие кванты есть в излучении лампы накачки) атом испускает очередной таковой же квант, согласованный по фазе с вынуждающим, и перебегает на собственный основной энергетический уровень.

Они достаточно широки, и атомы хрома Физические основы работы лазерного принтера - реферат возбуждаются многими длинами волн света накачки. Но вследствие непостоянности они одномоментно покидают уровни F и перебегают на более малый уровень E; при этих переходах излучения не происходит, а высвобождаемая энергия передается кристаллической решетке окиси алюминия, где и рассеивается в форме теплопотерь. Но с уровня E атом хрома испускает Физические основы работы лазерного принтера - реферат вынужденно и перебегает вследствие этого на основной уровень. Кванты, эмиттированные атомами хрома, неоднократно отражаются меж посеребренными зеркалами рубинового стержня и по пути вынуждают многие возбужденные атомы испускать такие же кванты; процесс наращивается лавинообразно и завершается импульсом лазерного света. Полупрозрачное зеркало должно отлично отражать лазерное излучение, чтоб обеспечить нужную интенсивность его Физические основы работы лазерного принтера - реферат вынуждающей толики, но сразу и побольше пропускать его на выход; обычно его коэффициент отражения – ок. 80%. При самопроизвольном излучении атом хрома пребывает на возбужденном уровне E менее 10-7 с, а при принужденном – в 10 тыщ раз подольше (10-3 с). Потому у лазерного света довольно времени, чтоб вызвать принужденное излучение большущего числа возбужденных атомов Физические основы работы лазерного принтера - реферат активной среды.

Лазерное излучение реализовано в почти всех активных средах – жестких телах, жидкостях и газах

Типы лазеров :

- твердотельные лазеры с оптической накачкой ;

- газовые лазеры ;

- хим лазеры ;

- полупроводниковые лазеры;

- лазеры на красителях.

В лазерном принтере употребляется полупроводниковый лазер.

Полупроводниковые лазеры. Если через полупроводниковую структуру типа транзисторной пропускать электронный ток, то Физические основы работы лазерного принтера - реферат можно достигнуть лазерного эффекта. Габариты и выходная мощность полупроводниковых лазеров малы, но их КПД высок. Такие лазеры делают в главном на арсениде либо алюмоарсениде галлия; используют их приемущественно в системах связи.

Под воздействием света (в лазерных принтерах источником частотного когерентного излучения является лазер) освещенные участки слоя полупроводника на фотобарабане уменьшают Физические основы работы лазерного принтера - реферат электропроводность и разность потенциалов меж наружной и внутренней поверхностями слоя также миниатюризируется. На неосвещенных участках слоя уменьшение зарядов не происходит. Понятно, что количество стекающего заряда пропорционально падающему свету. Таким макаром, при экспонировании на слое полупроводника появляется скрытое электростатическое изображение.

IV часть

Итоги

В текущее время лазерные принтеры равномерно преобразуются Физические основы работы лазерного принтера - реферат из дорогих аппаратов, доступных только довольно большим и средним фирмам в аппараты для качественной и скоростной печати дома и в малом кабинете.

Преимуществами цифровой печати являются:

1. Более высочайшее качество печати.

2. Маленький расход тонера.

3. Возможность использования цифрового аппарата в качестве копира и принтера сразу, в неких моделях можно Физические основы работы лазерного принтера - реферат также воспользоваться им как сканнером.

4. Более четкая передача цветов и полутонов.

Плюсы печати:

· высочайшая скорость печати (от 4 до 40 и выше страничек за минуту)

· скорость печати не находится в зависимости от разрешения

· высочайшее качество печати (400 dpi лазерного цветного принтера сравнима с 1400 dpi струйного)

· низкая себестоимость копии (на втором месте после матричных Физические основы работы лазерного принтера - реферат принтеров)

· бесшумность

Недочеты:

· высочайшая стоимость аппарата

· высочайшее потребление электроэнергии

· очень высочайшая стоимость цветных аппаратов


Перечень литературы:

- «Лазерные принтеры. Взор на принтер изнутри. Разработка лазерной печати» О. Колесниченко, М. Шарыгин, И. Шишигин, «BHV – Санкт – Петербург», Санкт – Петербург 1997 г.

- http://www.ixbt.com

- http://www.krugosvet.ru

- http://www.pctechguide.com/

- «Физика 10» Г.Я. Мякишев Физические основы работы лазерного принтера - реферат, Б.Б. Буховцев, «Просвещение», Москва 1990 г.

- www.referat.ru

- http://microlux.bsolution.net/


Приложение № 1.

ТЕОРИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ [3] [5]

Действие электрических ламп основано на управлении током электронов, идущих от нагреваемого электрода (катода) к собирающему электроду (аноду). Катод греется отдельным нагревательным элементом. Для работы такового устройства требуется существенное количество электроэнергии.

В полупроводниках не надо Физические основы работы лазерного принтера - реферат подводить энергию к нагревателю, чтоб получить свободные электроны, а собирающие электроды могут работать при очень низких напряжениях.

Сопротивление полупроводников можно контролируемо изменять. Это осуществляется методом легирования полупроводника другими хим элементами. Более того, выбирая тот либо другой материал для легирования, можно задавать подходящий вид носителей электронного заряда (положительные Физические основы работы лазерного принтера - реферат либо отрицательные). Поясним эту идея.

Все хим элементы, встречающиеся в природе, можно расположить в поочередный ряд по числу положительных зарядов, начиная с водорода, имеющего один положительный заряд в ядре атома (заряд 1-го протона), и кончая ураном с 92 протонами. Положительный заряд ядра компенсируется оболочками окружающих его электронов. Электроны внутренних оболочек Физические основы работы лазерного принтера - реферат достаточно крепко связаны с ядром. Электроны же внешней оболочки связаны слабее; в качестве валентных электронов они могут участвовать в хим процессах, а в качестве электронов проводимости – переносить электронный заряд (электронный ток в металлах есть поток электронов). В таких металлах, как медь, электроны наружных оболочек фактически свободны и под воздействием очень слабенького Физические основы работы лазерного принтера - реферат электронного поля способны переносить колоссальные токи. Наружные электроны в диэлектриках связаны крепко, потому диэлектрики фактически не проводят электричества. Полупроводники – это промежный случай. Согласно базовому постулату физики, именуемому уравнением Больцмана, число N частиц с энергией дается формулой

,

где A – константа, характеризующая материал, k – неизменная Больцмана (8,6Ч10–5 эВ/К Физические основы работы лазерного принтера - реферат), а T – абсолютная температура в кельвинах (К). Отсюда видно, что чем прочнее связь и ниже температура, тем меньше освобождается электронов. Если в кремний, который четырехвалентен, ввести фосфор, сурьму либо мышьяк, каждый атом которых имеет, 5 валентных электронов, то один электрон легирующей примеси будет излишним. Этот лишний электрон связан слабо Физические основы работы лазерного принтера - реферат и просто может действовать как электрон проводимости. Если же в кремний ввести бор, галлий либо алюминий, каждый атом которых имеет три валентных электрона, то для образования всех связей будет недоставать 1-го электрона. В данном случае перенос тока определяется электрическими вакансиями, либо «дырками». По сути электроны под воздействием электронного поля перескакивают от Физические основы работы лазерного принтера - реферат одной свободной связи к другой, что можно рассматривать как перемещение дырок в обратном направлении. Электронный ток при всем этом ориентирован так же, как и в случае электронов, но по величине он меньше (у электрических «дырок» обратный символ заряда и наименьшая подвижность). В согласовании с законом np = N Физические основы работы лазерного принтера - реферат 2 можно произвольно изменять число электронов n либо дырок p в единице объема полупроводника, задавая необходимое число лишних доноров либо акцепторов электронов. Полупроводники, в каких электронов больше, чем дырок, именуются полупроводниками n-типа, а полупроводники, в каких больше дырок, – полупроводниками p-типа. Те носители, которых больше, именуются основными носителями, а Физические основы работы лазерного принтера - реферат которых меньше – неосновными. Граница, отделяющая в кристалле область p-типа от области n-типа, именуется p-n-переходом.

Обычный представитель полупроводников:

Рис. 1. Электрические ОБОЛОЧКИ атома кремния, обычного полупроводникового материала. В образовании хим связей и в процессе проводимости могут участвовать только четыре электрона наружной оболочки (черные кружки), именуемые валентными электронами. 10 внутренних Физические основы работы лазерного принтера - реферат электронов (светлые кружки) в таких процессах не принимают роли.

Рис. 2.

Полупроводник n - типа

Рис. 3.

Полупроводник р - типа

Полупроводники в главном употребляются не в чистом виде, как система.

p-n -переход.

В соединенных совместно кусках полупроводников n и p-типа наиблежайшие к границе электроны будут перебегать из n-области в p-область, а наиблежайшие Физические основы работы лазерного принтера - реферат дырки – навстречу им, из p-области в n-область. Сам переход будет образован из положительно заряженных доноров, потерявших свои электроны, на n-стороне, и из негативно заряженных

Рис. 4. p-n-переход.

акцепторов, потерявших свои дырки, на p-стороне. При всем этом переход уподобляется заряженному конденсатору, на Физические основы работы лазерного принтера - реферат обкладках которого есть некое напряжение. Перетекание электронов и дырок через переход прекращается, как заряженные ионы создадут на нем напряжение, равное и обратное контактному потенциалу (напряжению), обусловленному различием знака лишнего заряда в полупроводнике. Если на переход подать соответственное наружное напряжение, то ионизуются (теряют свои электроны и дырки) дополнительные доноры и акцепторы Физические основы работы лазерного принтера - реферат, при этом в таком количестве, что переход только что поддерживает приложенное напряжение.

Ценность перехода в том, что он позволяет управлять потоком электронов либо дырок, т.е. током. Возьмем обычный случай, когда p-сторона очень легирована, а n-сторона легирована существенно слабее. Если на переход подать такое напряжение, при котором p Физические основы работы лазерного принтера - реферат-сторона положительна, а n-сторона отрицательна, то наружное напряжение скомпенсирует внутреннее, т. е. снизит внутренний барьер перехода и тем сделает вероятным перетекание огромных количеств главных носителей (дырок) через барьер. Так, подавая маленькое напряжение в «прямом» направлении, можно управлять большенными токами. Если поменять символ наружного напряжения на оборотный (так, чтоб Физические основы работы лазерного принтера - реферат p-сторона была отрицательна, а n-сторона – положительна), то оно еще более повысит внутренний барьер и на сто процентов перекроет поток главных носителей. (Правда, маленькому количеству неосновных носителей будет легче перетекать через барьер.) Если равномерно увеличивать «обратное» напряжение, то в конце концов произойдет электронный пробой, и переход возможно Физические основы работы лазерного принтера - реферат окажется покоробленным из-за перегрева. Фактическое пробивное напряжение находится в зависимости от вида и степени легирования слабо легированной стороны перехода. В устройствах разной конструкции пробивное напряжение может изменяться от 1 до 15 000 В.

Таким макаром, одиночный p-n-переход может служить выпрямителем, пропускающим ток в одном направлении и не пропускающим Физические основы работы лазерного принтера - реферат в обратном. В прямом направлении вероятны очень огромные токи при напряжении наименее 1 В; в оборотном же направлении при напряжениях ниже пробивного вероятны только токи порядка пикоампера (10–12А). Массивные выпрямители могут работать при токах порядка 5000 А, тогда как в устройствах для управления сигнальными токами токи обычно не превосходят нескольких миллиампер.

Пример использования Физические основы работы лазерного принтера - реферат p-n-перехода – транзистор.

Рис. 5. ТРАНЗИСТОР С p-n-ПЕРЕХОДОМ типа npn. Показаны эмиттер, коллектор и база. Толщина p-слоя си

льно увеличена. Транзисторы такового типа используются в качестве усилителей.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ [3] [6]

Явление испускания электронов веществом под действием света. Было открыто в 1887 Г.Герцем, обнаружившим, что искровой разряд Физические основы работы лазерного принтера - реферат в воздушном промежутке легче появляется при наличии вблизи другого искрового разряда. Герц экспериментально показал, что это связано с уф-излучением второго разряда. В 1889 Дж.Томсон и Ф.Ленард установили, что при освещении поверхности металла в откачанном сосуде она испускает электроны. Продолжая эти исследования, Ленард показал в 1902, что число электронов, вылетающих в 1 с Физические основы работы лазерного принтера - реферат с поверхности металла, пропорционально интенсивности света, тогда как их энергия зависит только от световой длины волны, т.е. цвета. Оба эти факта противоречили выводам теории Максвелла о механизме испускания и поглощения света. Согласно этой теории, интенсивность света служит мерой его энергии и, естественно, должна оказывать влияние на энергию испускаемых Физические основы работы лазерного принтера - реферат электронов В 1905 А.Эйнштейн, основываясь на более ранешней работе М.Планка, посвященной термическому излучению, выдвинул догадку, согласно которой поведение света в определенных отношениях сходно с поведением облака частиц, энергия каждой из которых пропорциональна частоте света. Позже эти частички были названы фотонами. Их энергия (квант энергии, согласно Физические основы работы лазерного принтера - реферат Планку и Эйнштейну) дается формулой Е = hn, где h – универсальная неизменная, в первый раз введенная Планком и нареченная его именованием, а n – частота света. Эта догадка отлично разъясняет результаты опытов Ленарда: если каждый фотон в итоге столкновения выбивает один электрон, то более насыщенному свету данной частоты соответствует большее число фотонов и Физические основы работы лазерного принтера - реферат таковой свет будет выбивать больше электронов; но энергия каждого их их остается прежней.

Эйнштейн высказал предположение, что электроны, выходя с поверхности металла, теряют определенную энергию W, именуемую работой выхода. Не считая того, большая часть электронов передает часть собственной энергии окружающим электронам. Таким макаром, наибольшая энергия фотоэлектрона, выбиваемого фотоном данной частоты Физические основы работы лазерного принтера - реферат, описывается выражением Емакс = hn – W, где W – величина, зависящая от природы металла и состояния его поверхности. Этот закон получил надежное экспериментальное доказательство, в особенности в опытах Р.Милликена в 1916. За работы в области фотоэффекта Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия по физике за 1922.

При определенных критериях фотоэффект вероятен Физические основы работы лазерного принтера - реферат в газах и атомных ядрах, из которых фотоны с довольно высочайшей энергией могут выбивать протоны и рождать мезоны. Фотоэлектрические характеристики поверхности металла обширно употребляются для управления электронным током средством светового пучка, при проигрывании звука со звуковой дорожки кинопленки, также в бессчетных устройствах контроля, счета и сортировки. Фотоэлементы находят Физические основы работы лазерного принтера - реферат применение также в светотехнике.

При облучении полупроводников светом в их можно возбудить проводимость. Фототок с энергией h большей либо равной ширине нелегальной зоны Wo переводит электроны из валентной зоны в зону проводимости. Образующаяся при всем этом пара электрон-дырка является свободной и участвует в разработке проводимости. На рисунке показана Физические основы работы лазерного принтера - реферат схема образования фотоносителей в своем, донорном и акцепторном полупроводниках. Таким макаром, если h < Wo - для собственных полупроводников, h < Wп - для примесных полупроводников, то возникают дополнительные носители тока и проводимость увеличивается. Эта дополнительная проводимость именуется фотопроводимостью. Основная проводимость, обусловленная термическим возбуждением носителей тока именуется темновой проводимостью . Из приведенных формул можно найти наименьшую частоту Физические основы работы лазерного принтера - реферат о либо наивысшую длину волны о , при которой свет возбуждает фотопроводимость

о = c h / Wo и о = c h / Wп .

Операция проявления укрытого изображения заключается в том, что на экспонированную поверхность осаждают мелкие частички красителя, несущие заряд, обратный по знаку заряду изображения. Участки слоя, подвергшиеся наименьшему свету, притягивают Физические основы работы лазерного принтера - реферат большее количество порошка. Очень засвеченные участки порошок не притягивают. При таком методе[4] проявления выходит положительное изображение.


[1] Ксерографический процесс был придуман южноамериканским инженером Честером Карлсоном в 1938 г. В ноябре 1940 г. он получил патент на свое изобретение. В 1947 г. южноамериканская компания "Халоид Компани" купила данное изобретение для разработки первого Физические основы работы лазерного принтера - реферат копировального аппарата, который и был произведен в 1950 г. В последствии эта компания пару раз преобразовывалась и в текущее время мы знаем ее под заглавием Xerox.

[2] Коронирующий разряд - это газовый разряд, наблюдаемый в близи заострённых участков проводника, несущего большой электронный заряд. При таковой большой напряжённости поля ионизация средством электрического удара Физические основы работы лазерного принтера - реферат происходит при атмосферном давлении .

[3] Лазер - слово «лазер» составлено из первых букв британских слов, входящих в выражение «Light amplification by stimulated emission of radiation», что в переводе значит «усиление света принужденным излучением». 1-ый лазер на кристалле рубина был сотворен южноамериканским физиком Т. Мейманом в 1960 г.

[4] Способ - этот метод получения изображений был назван Физические основы работы лазерного принтера - реферат ксерографией, потому что “ксерокс” по-гречески значит “сухой”, т. е. сухое проявление. Разные модификации этого способа широкого используются в множительной технике.



fizicheskie-polya-cheloveka.html
fizicheskie-prilozheniya-proizvodnoj.html
fizicheskie-processi-pri-deformirovanii-gruntov-referat.html