Įvadas
Straipsnyje nagrinėjama puslaidininkių elektrinio laidumo priklausomybė nuo elektrinio lauko stiprio, apibrėžiant pagrindines sąvokas, struktūrą, laidumo tipus ir praktinius pritaikymus. Aptariami tokie elementai kaip diodai, termistoriai ir tranzistoriai, taip pat PN sandūros veikimas.
Elektros Srovė Puslaidininkiuose
Elektros srovė - tai kryptingas elektringų dalelių judėjimas. Srovė teka tol, kol išsilygina sujungtų kūnų potencialai, o tada išnyksta elektrinis laukas jungiančiuose laidininkuose ir krūvių judėjimas nutrūksta. Norint gauti nenutrūkstamą srovę, reikia nuolatos papildyti vieno kūno krūvį, palaikyti aukštesnį jo potencialą ir taip sukurti laidininke nuolatinį potencialų skirtumą bei elektrinį lauką. Tai gali atlikti srovės šaltinis, sudarantis pastovią įtampą. Elektros srovė teka grandine iš šaltinio teigiamo poliaus į neigiamą, o elektronai juda priešinga kryptimi.
Srovės Stiprumas ir Varža
Srovės stiprumas laidininke (I) išreiškiamas pratekėjusio elektros krūvio (q) ir laiko (t) santykiu: I=q/t, matuojamas amperais (A). Srovės stiprumo priklausomybės nuo įtampos grafikas vadinamas laidininko voltamperine charakteristika.
Varža yra medžiagos savybė priešintis elektros srovei. Laidininko varža yra tiesiog proporcinga jo ilgiui ir atvirkščiai proporcinga skerspjūvio plotui: R=ģl/S, kur ģ yra specifinė varža. Kuo didesnė varža, tuo mažesnis laidumas, ir atvirkščiai.
Grandinės Dalys ir Energijos Tvermės Dėsnis
Elektros grandinę sudaro išorinė ir vidinė dalys. Išorinė grandinės dalis vartoja elektros energiją, o vidinėje dalyje kitų rūšių energija virsta elektros energija. Pašalinės jėgos elektros srovės šaltinyje apibūdinamos elektrovaros jėga (EVJ).
Taip pat skaitykite: Varžos priklausomybė nuo temperatūros puslaidininkiuose
Puslaidininkiai: Apibrėžimas ir Sandara
Puslaidininkiai - tai medžiagos, kurių elektrinis laidumas yra tarpinis tarp laidininkų ir izoliatorių. Jų laidumas priklauso nuo priemaišų ir išorinių sąlygų, tokių kaip šviesa, temperatūra ir slėgis. Tipiniai puslaidininkiai yra silicis (Si), germanis (Ge) ir selenas (Se).
Krūvininkai Puslaidininkiuose
Srovę puslaidininkiuose sukelia dviejų tipų krūvininkai: elektronai ir skylės. Elektronai yra neigiamo krūvio dalelės, o skylės - tai teigiamo krūvio nešėjai, atsirandantys, kai elektronas palieka savo vietą kristalinėje gardelėje.
Laidumo Tipai: Savaiminis, Elektroninis ir Skylinis
Savaiminis laidumas būdingas gryniesiems puslaidininkiams, kuriuose elektronų ir skylių koncentracijos yra vienodos. Elektroninis laidumas (n tipo) atsiranda, kai į puslaidininkį įterpiamos donorinės priemaišos, kurios atiduoda papildomus elektronus. Skylinis laidumas (p tipo) atsiranda, kai įterpiamos akceptorinės priemaišos, kurios priima elektronus, sukurdamos skylutes.
Donorinis ir Akceptorinis Laidumas
Donorinės priemaišos (pvz., fosforas Si kristale) atiduoda elektronus, padidindamos elektronų koncentraciją ir sukurdamos n tipo puslaidininkį. Akceptorinės priemaišos (pvz., boras Si kristale) priima elektronus, sudarydamos skylutes ir sukurdamos p tipo puslaidininkį.
PN Sandūra
PN sandūra susidaro, kai sujungiamos dvi skirtingo tipo (p ir n) puslaidininkinės medžiagos. Šioje sandūroje susidaro potencialų barjeras, kuris lemia nevienodą srovės tekėjimą priklausomai nuo įtampos poliarumo.
Taip pat skaitykite: Temperatūros įtaka elektriniam laidumui
Laidžioji ir Užtvarinė Kryptis
Kai p puslaidininkis prijungiamas prie teigiamo poliaus, o n puslaidininkis - prie neigiamo, sandūra veikia laidžiąja kryptimi, ir srovė teka lengvai. Pakeitus poliškumą, sandūra veikia užtvarine kryptimi, ir srovė yra labai maža.
Voltamperinės Charakteristikos Grafikas
Voltamperinė charakteristika parodo srovės priklausomybę nuo įtampos PN sandūroje. Laidžiąja kryptimi srovė eksponentiškai didėja su įtampa, o užtvarine kryptimi srovė yra labai maža, kol pasiekiama pramušimo įtampa.
Puslaidininkiniai Įtaisai
Puslaidininkiniai diodai, termistoriai ir tranzistoriai yra pagrindiniai elektronikos komponentai, naudojami įvairiose srityse.
Puslaidininkinis Diodas
Puslaidininkinis diodas yra įtaisas, kuris praleidžia srovę tik viena kryptimi. Jis naudojamas lygintuvuose, detektoriuose ir kitose grandinėse. Diodą sudaro stiklinis arba metalinis balionas, iš kurio išsiurbtas oras. Iš dviejų elektrodų - katodo - yra elektronų šaltinis: jis įkaitinamas leidžiant srovę iš nedidelės įtampos. Tarp katodo ir anodo jungiama valdomoji įtampa, vadinama anodo įtampa. Kol katodas šaltas, srovės tarp katodo ir anodo nėra. Bet įjungus katodo kaitinimą atsiranda srovė, nes anodas traukia išspinduliuotus elektronus, o katodas juos stumia.
Termistorius
Termistorius yra rezistorius, kurio varža priklauso nuo temperatūros. Jis naudojamas temperatūros matavimui ir kontrolei. Puslaidininkiniai prietaisai, kurių veikimas pagrįstas jų varžos kitimu kintant temperatūrai, vadinami termistoriais arba termorezistoriais. Termistorius sudarytas iš korpuso, puslaidininkinio elemento ir kontaktinių laidų. Paprasta konstrukcija, mažas, svarbiausias automatikos įtaisų elementas. Termistoriai matuoja temperatūros skirtumus milijonosios laipsnio dalies tikslumu.
Taip pat skaitykite: Tirpalų laidumo priklausomybė
Fotorezistorius
Fotorezistorius yra rezistorius, kurio varža priklauso nuo apšvietimo intensyvumo. Jis naudojamas šviesos jutikliuose ir automatikos sistemose. Puslaidininkinio elektronai gali išsilaisvinti ir gavę energijos iš šviesos spindulių. Vad. fotorezistoriais. Fotorezistorių sudaro: skaidri dielektriko plokštė, iš vienos pusės padengta plonu puslaidininkio sluoksniu. Šis sluoksnis skiria srovei laidžius elektrodus. Apšvietus puslaidininkį, jame padaugėja krūvininkų, sumažėja varža ir grandine ima tekėti apie tai signalizuojanti srovė.
Tranzistorius
Tranzistorius yra trijų gnybtų puslaidininkinis įtaisas, naudojamas srovei stiprinti arba perjungti. Yra įvairių tipų tranzistorių, įskaitant bipolinius tranzistorius (BJT) ir lauko tranzistorius (FET).
Elektrinio Laidumo Priklausomybė Nuo Temperatūros
Kylant temperatūrai, laidininkų savitoji elektrinė varža didėja, o puslaidininkių - mažėja. Metaliniame laidininke, kylant temperatūrai, didėja laisvųjų elektronų chaotiško judėjimo greitis, intensyvėja atomų virpesiai, dažnėja elektronų susidūrimai su atomais. Dėl to mažėja elektronų dreifo greitis ir srovės stiprumas, o tai tolygu laidininko varžos didėjimui. Anglyje, elektrolituose ir puslaidininkiuose, kylant temperatūrai, daugėja laisvų elektringų dalelių vienetiniame tūryje, todėl jų varža mažėja.
Gunno Reiškinys
Gunno reiškinys - tai savaiminis mikrobangų dažnio elektros srovės virpesių atsiradimas puslaidininkiuose, kurių srovės priklausomybė nuo elektrinio lauko stiprio turi neigiamojo diferencialinio laidumo sritį. Ši sritis atsiranda dėl krūvininkų dreifo greičio mažėjimo didėjant elektrinio lauko stipriui, kai elektrinio lauko reikšmė viršija tam tikrą slenkstinę reikšmę.
tags: #puslaidininkiu #elektrinio #laidzio #priklausomybe #nuo #elektrinio