Elektronika - vodiče a polovodiče

Ostatní Elektronika - vodiče a polovodiče

Rozdelenie materiálov podľa vodivosti

  1. Vodiče
  2. Nevodiče
  3. Polovodiče
  4. Supravodiče
  5. Magnetické materiály

Všeobecný pásmový model

pásmový model

Čím viac elektrónov je vo vodivostnom pásme, tým je materiál vodivejší.

Vodivé materiály

  • Sú to materiály, ktoré majú prevažnú väčšinu elektrónov voľných.
  • Nemajú zakázané pásmo.
  • Vodivostné a valenčné pásmo sa navzájom prekrývajú.

Nevodivé materiály

  • Sú to materiály, ktoré majú prevažnú väčšinu elektrónov viazaných.
  • Zakázané pásmo je väčšie ako 1eV [elektrón volt]

Polovodičové materiály

  • Sú to materiály, ktoré sa môžu správať ako vodiče aj nevodiče a to záleží od podmienok okolia
  • Zakázané pásmo je menšie ako 1eV[elektrón volt]
  • Správajú sa ako vodič keď: -je teplota okolia vyššia ako 0K [Kelvin], alebo dodávame materiálu akúkoľvek energiu(tepelnú, svetelnú)
  • Správajú sa ako nevodič keď: -je teplota okolia rovná 0K (Kelvin) a nedodávame žiadnu energiu

Supravodiče

  • Sú to materiály, ktoré pri určitej kritickej teplote Tk a kritickej magnetickej indukcií Bk strácajú elektrický odpor a ich vodivosť narastá do nekonečna

Magnetické materiály

  • Sú to materiály, v ktorých sa magnetické momenty elektrónov (ktoré vznikajú pri obehu elektrónov okolo jadra v atóme) navzájom sčítavajú
  • Sčítané magnetické momenty vytvárajú určité oblasti ktoré nazývame DOMÉNY
Magnetické materiály

Magnetické materiály

Sčítavanie momentov

Sčítavanie momentov

Polovodiče

Vodivosť typu:

  1. Vlastná
    1. Typu P (dierová)
    2. Typu N (elektrónová)
  2. Nevlastná
    1. Typu P (Dierová)
    2. Typu N (elektrónová)
  • elektrón - reálna častica (záporný náboj)
  • diera-fiktívna častica (kladný náboj)
  • diera je prázdne miesto s kladným potenciálom, ktoré vznikne po tom čo elektrón opustí toto miesto, a další elektrón opustí svoje miesto aby túto dieru zavrel a tým vytvorí novú dieru na mieste kde bol a tak to ide dokola
  • polovodičové súčiastky: diódy, tranzistory, tyristory využívajú pri svojej činnosti fyzikálne vlastnosti polovodičových materiálov
  • polovodiče sú kryštalické látky, v ktorých atómy sa k sebe viažu kovalentnou väzbou Si/Ge/Se [kremík/germá­nium/selén]

Vlastná vodivosť Typu N

  • je zabezpečená elektrónmi ktoré patria vlastnému materiálu
  • materiál je celý zložený len z jedného prvku napríklad kremíku a tak niesu žiadne elektróny navyše ani žiadne nechýbajú
  • funguje na princípe jedného elektrónu navyše

Vlastná vodivosť Typu P

  • funguje na princípe jednej diery navyše ktorú sa elektróny pokúšajú uzavrieť a tým vytvárajú nové diery na svojom starom mieste
  • vzhľadom nato že vlastná vodivosť polovodičov je malá v praxi sa nevyužíva, preto sa využíva nevlastná vodivosť polovodičov ktorá je zabezpečená prímesami

Nevlastná vodivosť Typu N

  • je spôsobená prímesou ktorá má viac elektrónov ako základ materiálu
  • napríklad ak máme materiál kremík 4-mocný a pridáme do neho ako prímes antimón 5-mocný tak toľko koľko atómov antimónu pridáme toľko voľných elektrónov získame a tie vytvoria novú energetickú hladinu (Donorovu hladinu)

Nevlastná vodivosť Typu P

  • Vzniká vtedy ak do kremíku pridáme prímes, ktorá je menej ako 4-mocná (kremík je 4-mocný) napríklad indium 3-mocné a tak tam bude chýbať elektrón a vytvorí sa diera (akceptor)
  • Koľko atómov india do kremíku primiešame toľko dier vytvoríme

Spojením polovodiča Typu P a Typu N získame PN priechod (polovodičovú diódu)

Polovodičová Dióda

  • má špeciálne vlastnosti a vyznačuje sa tým, že jedným smerom prúd I prepúšťa a druhým smerom prúd I neprepúšťa (funguje ako ventil)

Záverný smer P-N

  • Vplyvom elektrostatického poľa sa všetky diery premiestnia k mínus pólu a vplyvom elektrostatického poľa sa všetky elektróny premiestnia k plus pólu= vznikne potenciálová bariéra -prúd I netečie

Priepustný smer P-N

Prospustný směr PN
  • vplyvom elektrostatického poľa budú kladné diery priťahované smerom vpravo ku katóde a vplyvom elektrostatického poľa budú záporné elektróny priťahované smerom vľavo ku anóde-priechodom tečie prúd I
  • ak priložíme na diódu A+ a K- a napätie pomaly zvyšujeme, diódou netečie (tečie veľmi malý) prúd
  • pri prahovom napätí (Up) nastáva prudký zlom a, dióda sa stáva vodivá-tečie ňou pracovný prúd
  • ak priložíme na A- a K+ a napätie pomaly zvyšujeme diódou prúd netečie, pri napätí (Urm) dochádza k prudkému zlomu a dióda sa stáva vodivou (tečie ňou skratový prúd) prerazí sa

Značenie polovodičových diód

  1. písmeno
    • G-germánium
    • K-kremík
  2. písmeno
    • A-všeobecné použitie
    • B-varikap
    • E-tunelová dióda
    • P-foto dióda
    • Y-usmerňovacia dióda
    • Z-zenerova dióda

Parametre polovodičových diód (čo treba vedieť pri nákupe)
- If-veľkosť priepustného prúdu
- If(AV)-stredná hodnota priepustného prúdu
- Uf-priepustné napätie
- Urm-opakovateľné záverné napätie
- Ft-hraničná prenosová frekvencia
- a teplotu PN priechodu

Zenerova dióda

  • Prevádzkuje sa v závernom smere: A-, K+ (anóda -, katóda +)
  • Používa sa na stabilizáciu napätia (v elektronických obvodoch a na stabilizáciu napätie v sieťových zdrojoch)
  • Ked napätie pomaly zvyšujeme prúd netečie, pri Uz napätí dochádza v PN priechode k tzv. nedeštruktívnemu prierazu a zenerovou diódou tečie pracovný prúd

dochádza k stabilizačnému javu- prúd aj napätie kolíše medzi určitými hodnotami

Bipolárne tranzistory -I

  • Polovodičová súčiastka s dvoma PN priechodmi sa na tzv. tranzistorovom jave zúčastňujú dva druhy voľných nosičov náboja: -elektróny a diery

Tranzistory podľa usporiadanie delíme na PNp a NPN


 

  Aktivity (1)

Článek pro vás napsal sugarmen
Avatar
Autor

Jak se ti líbí článek?
Celkem (3 hlasů) :
55555


 



 

 

Komentáře

Avatar
28tomino
Člen
Avatar
28tomino:

celkom slušne spracovane, až na Vlastná vodivosť Typu N
materiál je celý zložený len z jedného prvku napríklad kremíku a tak niesu žiadne elektróny navyše ani žiadne nechýbajú
funguje na princípe jedného elektrónu navyše
ako je to myslene ?

 
Odpovědět 15.2.2014 8:53
Avatar
mkub
Redaktor
Avatar
Odpovídá na 28tomino
mkub:

vlastna vodivost sa asi mysli tym, ze sa od atomu odtrhne elektron a tym vznikne volny elekton a na mieste po elektrone vznikne kladne nabita diera

 
Odpovědět  +1 15.2.2014 9:43
Avatar
TomBen
Redaktor
Avatar
Odpovídá na 28tomino
TomBen:

Materiály se jednoduše liší tím, jestli v nich náboj nese elektron navíc (N) nebo elektron chybějící (P). Když chybí, tak se vlastně náboj přesouvá tím, že se jiný elektron snaží zaplnit volné místo.

Editováno 15.2.2014 10:26
Odpovědět 15.2.2014 10:26
Za posledních 200 miliónů let se nic zvláštního nestalo, akorát dinosauři vymřeli a opice se naučily programovat.
Avatar
Rosemary
Člen
Avatar
Rosemary:

Fajn článek, hodí se ;)

 
Odpovědět 15.2.2014 11:04
Avatar
cmaja
Člen
Avatar
cmaja:

V článku máš uvedené hodnoty zakázaného pásu, ale nemáš uvedené při jaké je to teplotě, protože zakázaný pás je závislý na teplotě. Většinou se šířka zakázaného pásu uvádí při teplotě 0K a v takovém případě jsou uvedené hodnoty špatné. Polovodič při teplotě 0K má zakázaný pás od 0,1eV do 2 eV (např. křemík má 1,12eV). Izolanty (nevodiče) jsou od 3eV.

Dále máš uvedeno, že vodivé materiály nemají zakázaný pás, což není pravda, protože monovalentní kovy (např. rubidium) mají velmi úzký zakázaný pás cca 0,1eV (samozřejmě mluvíme o teplotě 0K).

Pokud materiály dělíme opravdu jenom podle vodivosti, tak jsou jen tři základní škatulky: vodiče, izolanty (nevodiče), polovodiče. Supravodič je jen speciální případ vodiče.

Odpovědět  +2 15.2.2014 18:04
"Jen dvě věci jsou nekonečné - vesmír a lidská hloupost. Tím prvním si ovšem nejsem tak jist" ALBERT EINSTEIN
Avatar
sugarmen
Redaktor
Avatar
Odpovídá na cmaja
sugarmen:

jasne že vodič má malý zakázaný pásmo ale pro zjednodušení sem to napsal takhle, chtel sem to vysvetlit tak aby tomu pochopili i ti co o tom nic neví.
A teplotu sem mohl taký uvést ale nechtel sem to zbytečne komlikovat. 8|

 
Odpovědět 16.2.2014 10:29
Avatar
cmaja
Člen
Avatar
cmaja:

Úmysl chápu, článek je dobrý. Jen jsem chtěl upozornit na malé drobnosti. Myslím, že na středních školách se to takhle zjednodušeně vysvětluje, ale na vysoké škole by tohle vysvětlení neuspělo (hlavně na oboru mikroelektroniky).

Odpovědět  +1 16.2.2014 17:38
"Jen dvě věci jsou nekonečné - vesmír a lidská hloupost. Tím prvním si ovšem nejsem tak jist" ALBERT EINSTEIN
Avatar
Martin.mak
Člen
Avatar
Martin.mak:

Tak u nás v Elektronice by s tímhle neprošel. A to studuji odbornou střední školu, kde bereme vše zjednodušeně.. Má tam dost nepřesností a některý věci jsou příliš zjednodušený (takže je nepochopí ani člověk co o tom nic neví). :)

 
Odpovědět 8.6.2014 13:44
Děláme co je v našich silách, aby byly zdejší diskuze co nejkvalitnější. Proto do nich také mohou přispívat pouze registrovaní členové. Pro zapojení do diskuze se přihlas. Pokud ještě nemáš účet, zaregistruj se, je to zdarma.

Zobrazeno 8 zpráv z 8.