Категорије: Истакнути чланци » Новајлијари
Број прегледа: 52646
Коментари на чланак: 4

Транзистори Део 2. Проводници, изолатори и полуводичи

 

Почетак чланка: Историја транзистора, Транзистори: сврха, уређај и принципи рада

Проводници, изолатори и полуводичиУ електротехници се користе разни материјали. Електрична својства супстанци одређују се бројем електрона у спољној валентној орбити. Што је мање електрона у овој орбити, слабији су с нуклеусом, лакше могу путовати.

Под утицајем температурних колебања, електрони се одвајају од атома и крећу се у међуратомском простору. Такви електрони се називају слободни и стварају електричну струју у проводницима. Да ли постоји велики интератомски простор, има ли простора за слободне електроне да путују унутар материје?

Структура чврстих течности и течности делује непрекидно и густо, подсећа на структуру куглице од нити. У ствари, чак су и круте грађе сличне мрежама за риболов или одбојку. То се, наравно, не може разабрати на нивоу домаћинства, али тачним научним истраживањима је утврђено да су растојања између електрона и језгре атома много веће од њихових сопствених димензија.

Ако је величина атомског језгра представљена у облику лопте величине фудбалске лопте, онда ће електрони у овом моделу бити величине грашка, а сваки такав грашак се налази из "језгре" на удаљености од неколико стотина, па чак и хиљада метара. А између језгра и електрона је празнина - једноставно нема ништа! Ако замислимо удаљеност између атома материје на истој скали, димензије ће испасти фантастичне - десетине и стотине километара!

Добри су проводници електричне енергије метали. На пример, атоми злата и сребра имају само један електрон у спољној орбити, па су они најбољи проводници. Гвожђе такође води струју, али нешто горе.

Одржавајте струју још горе легуре високе отпорности. То су ницхроме, манганин, константан, фецхрал и други. Таква разноликост легура високе отпорности настаје из чињенице да су дизајниране за решавање различитих проблема: грејних елемената, затезних мерача, референтних отпорника за мерне инструменте и још много тога.

Да би се проценила способност материјала да води електричну енергију, концепт "Електрична проводљивост". Повратна вредност је отпорност. У механици, ови концепти одговарају специфичној гравитацији.


Изолаториза разлику од проводника, нису склони губитку електрона. У њима је веза електрона са језгром врло јака и скоро да нема слободних електрона. Тачније, али врло мало. Истовремено, у неким изолаторима их има више, а њихов квалитет изолације је, сходно томе, и лошији. Довољно је упоредити, на пример, керамику и папир. Стога се изолатори могу условно поделити на добре и лоше.

Појаву слободних набоја чак и у изолаторима изазивају топлотне вибрације електрона: под утицајем високе температуре, изолациона својства се погоршавају, неки се електрони ипак успевају одвојити од језгра.

Слично томе, отпорност идеалног проводника била би једнака нули. Али, срећом, нема таквог проводника: замислите како би изгледао Охмов закон ((И = У / Р) који има назив у номеналу нула !!! Збогом математика и електротехника.

И само при температури апсолутне нуле (-273,2 ° Ц) топлотне флуктуације потпуно престају, а најгори изолатор постаје довољно добар. Да бисте нумерички одредили „ово” је лоше - добро користите концепт отпорности. Ово је отпор коцке у Охмовима дужине ивице 1 цм, а димензија отпорности се добија у охма / цм. Специфична отпорност неких супстанци је приказана испод.Проводљивост је реципрочна отпорност, је мерна јединица Сиеменса, - 1См = 1 / Охм.

Имају добру проводљивост или малу отпорност: сребро 1,5 * 10 ^ (- 6), прочитајте како (један и по до десет до снаге минус шест), бакар 1,78 * 10 ^ (- 6), алуминијум 2,8 * 10 ^ (- 6). Проводљивост легура са високом отпорношћу је много лошија: константан 0,5 * 10 ^ (- 4), нихроме 1,1 * 10 ^ (- 4). Ове легуре се могу назвати лошим проводницима. Након свих ових сложених бројева, замените Охм / цм.

Надаље, полуводичи се могу разликовати као посебна група: германијум 60 Охм / цм, силицијум 5000 Охм / цм, селен 100 000 Охм / цм. Отпорност ове групе је већа од лоших проводника, али мања од лоших изолатора, да не спомињемо добре. Вероватно, са истим успехом, полуводичи би могли бити названи полуизолатори.

Након тако кратког упознавања са структуром и својствима атома, требало би размотрити како атоми међусобно делују, како атоми међусобно делују, како се од њих праве молекули из којих се састоје разне супстанце. Да бисте то учинили, поново ћете морати да се сетите електрона у спољној орбити атома. На крају, они учествују у везивању атома у молекулама и одређују физичка и хемијска својства материје.


Како се атоми праве од атома

Било који атом је у стабилном стању ако у његовој спољној орбити има 8 електрона. Не тражи да узме електроне из суседних атома, али се не одрекне својих. Да бисте то проверили, довољно је у периодичној табели да погледате инертне гасове: неон, аргон, криптон, ксенон. Сваки од њих има 8 електрона у спољној орбити, што објашњава неспремност ових гасова да ступе у било какве везе (хемијске реакције) са другим атомима, да граде молекуле хемијских супстанци.

Ситуација је сасвим другачија за оне атоме који у својој спољној орбити немају 8 драгоцених електрона. Такви се атоми радије сједињују са другима како би надопунили своју спољну орбиту са до 8 електрона и пронашли мирно стабилно стање.

На пример, добро познати молекул воде Х2О. Састоји се од два атома водоника и једног атома кисеоника, као што је приказано на слици. 1.

Како се ствара молекул воде

Цртање 1. Како се ствара молекул воде.

У горњем делу слике су два атома водоника и један атом кисеоника одвојено. Постоји 6 електрона у спољној орбити кисеоника, а два електрона на два атома водоника су у близини. Кисеонику све док не би драгоценом броју 8 недостајала само два електрона у спољној орбити, које ће он добити додавањем два атома водоника у себе.

Сваком атому водоника недостаје 7 електрона у његовој спољној орбити за потпуну срећу. Први атом водоника у својој спољној орбити добија 6 електрона из кисеоника, а други електрон из свог близанца - други атом водоника. Сада постоји 8 електрона у његовој спољној орбити, заједно са њеним електроном. Други атом водоника такође довршава своју спољну орбиту до негованог броја 8. Овај поступак је приказан у доњем делу слике. 1.

На слици 2 Приказан је поступак комбиновања атома натријума и хлора. Резултат је натријум-хлорид, који се продаје у продавницама под називом сол.

Процес комбиновања атома натријума и хлора

Цртање 2. Процес комбиновања атома натријума и хлора

И овде сваки од учесника прима недостајући број електрона од другог: хлор причвршћује један натријум електрон на сопствених седам електрона, док атоме натријума даје. Оба атома у спољној орбити имају 8 електрона и ту се постиже потпуни слагање и просперитет.


Валенсија атома

Атоми са 6 или 7 електрона у својој спољној орбити имају тенденцију да вежу 1 или 2 електрона за себе. О таквим атомима кажу да су један или двовалентни. Али ако је у спољној орбити атома 1, 2 или 3 електрона, онда такав атом тежи да их ода. У овом случају, атом се сматра једним, два или тровалентним.

Ако су у спољној орбити атома 4 електрона, онда се такав атом воли комбиновати са истим оним, који такође има 4 електрона. Тако се комбинирају атоми германија и силицијума који се користе у производњи транзистора. У овом случају, атоми се називају тетравалентни. (Атоми германијума или силицијума се могу комбиновати са другим елементима, на пример, кисеоником или водоником, али ова једињења нису интересантна у плану наше приче.)

На слици 3 приказан је атом германијума или силицијума који се жели комбиновати са истим атомом. Мали црни кругови су сопствени електрони атома, а светли кругови означавају места на којима падају електрони из четири атома - суседи.

Атом германијум (силицијум)

Цртање 3. Атом германијума (силицијум).


Кристална структура полуводича

Атоми германијума и силицијума у ​​периодичној табели су у истој групи као и угљеник (хемијска формула дијаманта Ц су једноставно велики кристали угљеника добијени под одређеним условима), па, када се комбинују, формирају кристалну структуру сличну дијаманту. Формирање такве структуре приказано је, у поједностављеном, наравно облику на слици 4.

Цртање 4.

У средини коцке је атом германијума, а у угловима се налазе још 4 атома. Атом приказан у средини коцке, валентни електрони су везани за најближе комшије. Заузврат, угљени атоми дају своје валентне електроне атому смештеном у средини коцке и његовим суседима - атомима који нису приказани на слици. Тако је спољна орбита допуњена до осам електрона. Наравно, у кристалној решетки не постоји коцка, она је само приказана на слици, тако да је међусобно, волуметрично распоређивање атома јасно.

Али да би се што више поједноставила прича о полуводичима, кристална решетка се може приказати у облику равног шематског цртежа, упркос чињеници да су интератомске везе ипак лоциране у простору. Такав склоп је приказан на слици. 5.

Немачка равне кристалне решетке

Цртање 5. Кристална решетка германија у равном облику.

У таквом кристалу сви електрони су чврсто везани за атоме својим валентним везама, па, по свему судећи, овде једноставно нема слободних електрона. Испада да је испред нас изолатор, јер у њему нема слободних електрона. Али, у ствари, то није тако.


Унутрашња проводљивост

Чињеница је да се под утицајем температуре неки електрони ипак успевају одвојити од атома и извесно се време ослободе везе са језгром. Због тога постоји мала количина слободних електрона у кристалу германијума, због чега је могуће проводити електричну струју. Колико слободних електрона постоји у кристалу германијума у ​​нормалним условима?

Не постоји више од два таква слободна електрона на 10 ^ 10 (десет милијарди) атома, па је германијум лош проводник или, како се уобичајено каже, полуводич. Треба напоменути да само један грам германијума садржи 10 ^ 22 (десет хиљада милијарди милијарди) атома, што вам омогућава да "добијете" око две хиљаде милијарди слободних електрона. Чини се да је довољно за пролазак велике електричне струје. Да би се позабавили овим питањем, довољно је да се сетимо која је струја од 1 А.

Струја од 1 А одговара проласку кроз проводник у једној секунди електричног набоја од 1 Кулона, или 6 * 10 ^ 18 (шест милијарди милијарди) електрона у секунди. У складу с тим, две хиљаде милијарди слободних електрона, чак и разбацани преко огромног кристала, мало је вероватно да ће осигурати пролазак високих струја. Иако, због топлотног кретања, у Немачкој постоји мала проводљивост. Ово је такозвана својствена проводљивост.


Електронска и рупна проводљивост

Како температура расте, додатна енергија се преноси електронима, њихове топлотне вибрације постају све енергичније, због чега се неки електрони успевају одвојити од својих атома.Ови електрони постају слободни и, у недостатку спољног електричног поља, врше хаотичне покрете и крећу се у слободном простору.

Атоми који су изгубили електроне не могу вршити случајне покрете, већ само благо осцилирају у односу на свој нормалан положај у кристалној решетки. Такви атоми, који су изгубили електроне, називају се позитивни јони. Можемо претпоставити да се уместо електрона исцеђених из њихових атома добијају слободни простори који се обично називају рупама.

Генерално, број електрона и рупа је исти, тако да рупа може да ухвати електрон који се налази у близини. Као резултат тога, атом из позитивног јона поново постаје неутралан. Процес комбиновања електрона са рупама назива се рекомбинацијом.

Истом фреквенцијом се електрони одвајају од атома, па је у просеку број електрона и рупа за одређени полупроводник једнак, константан је и зависи од спољних услова, посебно температуре.

Ако се напон примени на полуводички кристал, тада ће бити наређено кретање електрона, кроз кристал ће тећи струја због његове електронске и рупне проводљивости. Та се проводљивост назива унутрашњом, већ је споменута мало виша.

Али чисти полуводичи са електронском и рупном проводљивошћу нису погодни за производњу диода, транзистора и других детаља, јер је основа ових уређаја п-н (читај „пе-ен“) спој.

Да би се добио такав прелаз потребне су две врсте полуводича, две врсте проводљивости (п - позитивна - позитивна, рупа) и (н - негативна - негативна, електронска). Ове врсте полуводича се добијају допингом, додавањем нечистоћа чистим кристалима германијума или силицијума.

Иако је количина нечистоће врло мала, њихово присуство у великој мери мења својства полуводича, омогућава вам добијање полуводича различите проводљивости. О овоме ће бити речи у следећем делу чланка.

Борис Аладискин, хттпс://ру.елецтрохомепро.цом

Погледајте и на електрохомепро.цом:

  • Транзистори Део 3. Од чега се праве транзистори
  • Транзистори: сврха, уређај и принципи рада
  • Како вода проводи струју
  • Где струја струји?
  • Магнетна резонанца (МРИ) - принцип рада

  •  
     
    Коментари:

    # 1 написао: | [цитат]

     
     

    Сваком атому водоника недостаје 7 електрона у својој спољној орбити за потпуну срећу ....... и тако даље ...... АЛИ !!!! водоник у првој орбити не може имати више од 2 електрона .. тако да сањате о 8 .... превише је)

     
    Коментари:

    # 2 написао: | [цитат]

     
     

    На слици 1 је приказано да највјероватније атом кисеоника веже два атома водоника и има 8 електрона у орбити, док код водоника остаје један електрон. И.е. кисеоник је примао оно што је желео, а водоник је постао само део кисеоника, још у сновима желећи да за себе комплетира 1 електрон за комплетан сет. (Узимајући у обзир претходни говорник)
    Иако у тексту пише да су сви узели потребно и да су сви задовољни, уопште мир, пријатељство, жвакаће гуме.
    Можете ли некако исправити неслагање објашњавањем онога што се још увек догађа.
    Такође пуно хвала, пише се лако, жвакати и стављати у уста.

     
    Коментари:

    # 3 написао: Игор | [цитат]

     
     

    Иване, замисли 3Д модел: рецимо атом водоника = округла јањећа говедина у условима безважности, онда је електрон луда мува која насумично лети око ње. Према томе, атом кисеоника са седам мува. Као резултат хаотичног случајног кретања мува (електрона) ствара се турбулентни вртлог (орбита) који ће летети ако пожар започне.

     
    Коментари:

    # 4 је написао / ла: Павел | [цитат]

     
     

    Најближи по својствима идеалним проводиоцима на нормалној температури су чисти метали, при чему је сребро највише проводљиво.Међутим, сребро се због ниске механичке чврстоће и релативно високих трошкова користи изузетно ретко (за производњу успостављања и ломљења контаката при малим струјама).

    Најраширенији материјал за жице је црвени бакар који је по електричној проводљивости само мало лошији од сребра. Алуминијум је мало инфериоран у односу на бакар по електричној проводљивости. Гвожђе и челик значајно су лошији у електричној проводљивости у односу на бакар и зато се користе само за елементе великог пресека електричних уређаја. На пример, челичне шине се користе у електрифицираним возилима као повратне жице. Понекад се гвожђа жице користе као проводни елементи у мање критичним електричним конструкцијама.