17. Elektrický prúd v polovodičoch
17. Elektrický prúd v polovodičoch
- vlastné polovodiče – sú také, ktoré sa pri nízkych
teplotách správajú ako izolanty a pri vyšších sa v nich vytvárajú voľné častice s nábojom, čím sa stávajú vodivými
-
ohriatím vlastných polovodičov sa elektróny v atómoch rozkmitajú, uvoľnia sa a vzniknú voľné elektróny a diery – tieto vznikajú vždy v
pároch => generovanie páru voľných elektrónov – diera
- voľné elektróny sú nosičmi záporného
náboja a diery sú nosičmi kladného náboja ( diery – prázdne miesto v atóme po elektrónoch)
- páry voľných
elektrónov – diera sa môže aj rekombinovať => zanikajú (voľný elektrón obsadí dieru)
- ak takýto polovodič nie je v
elektrickom poli, pohyb elektrónov a dier je chaotický, ak ho vložíme do elektrického pola, voľné elektróny sa začnú
pohybovať proti smeru intenzity a diery v smere intenzity => vzniká elektrónový a dierový prúd a celkový
prúd vo vlastných vodičoch je tvorený ich súčtom
I = I e + I d
- ak sa na vedení
prúdu zúčastňujú len vlastné častice hovoríme o vlastnej vodivosti
- nevlastné polovodiče typu P
- do štvorväzbových atómov primiešame niekoľko atómov trojväzbového prvku => oproti vlastným atómom jeden elektrón chýba,
vzniká diera => diery prevládajú nad voľnými elektrónmi => pri zapojení do elektrického obvodu prevláda
dierový prúd nad elektrónovým
- polovodič typu P je polovodič s dierovou vodivosťou => elektrický prúd v takomto
polovodiči vytvára prevažne kladné častice – diery
- väčšinovým alebo majoritným nosičom náboja sú diery a menšinovým alebo
minoritným sú voľné elektróny
- nevlastné polovodiče typu N – do štvorväzbových atómov primiešame
niekoľko atómov pätväzbového prvku => oproti vlastným atómom jeden elektrón prevyšuje, vzniká voľný elektrón =>
voľné elektróny prevládajú nad dierami => pri zapojení takéhoto polovodiča do obvodu prevláda elektrónový elektrický prúd nad
dierovým
- polovodič typu N je polovodič s elektrónovou vodivosťou => elektrický prúd v
takomto polovodiči vytvára prevažne voľné elektróny
- majoritným nosičom sú voľné elektróny a minoritným sú
diery
Typu P Typu N
- množstvo voľných častíc s nábojom nezávisí od teploty, ale iba od množstva
prímesy
- polovodičová dióda – súčiastka, ktorá sa skladá z dvoch polovodičov z PN prechodom
- usmernenie prúdu – prepúšťa prúd len jedným smerom
vytvorené elektrické pole, ktoré zabráni
ďalšej difúzii náboja (vzniká rovnovážny stav) - PN prechod potom môžeme k zdroju pripojiť dvoma spôsobmi :
1) v priepustom smere – elektrické pole PN prechodu je zoslabené, elektrickým polom zdroja (PN sa
zúži) => obvodom prechádza priepustný prúd (priepustný)
2) v závernom smere – elektrické pole PN
prechodu je zosilnené, elektrickým polom zdroja (PN sa rozšíri) => obvodom prechádza len malý alebo žiadny
prúd (záverný)
Priepustný smer Záverný smer
- voltampérová charakteristika polovodičovej diódy
– graficky znázorňuje závislosť elektrického prúdu prechádzajúceho diódou od napätia na dióde
tranzistor – polovodičová súčiastka, ktorá obsahuje dva PN prechody (typ PNP alebo NPN)
- skladá sa z troch
častí – stredná – báza
- okrajové – emitor a kolektor
- môže byť zapojený so spoločnou
bázou alebo spoločným emitorom
- PN prechod medzi emitorom a bázou je zapojený v priepustnom smere => diery z emitora sa
dostávajú do bázy kde sú minoritné a difundujú až do kolektora => prúd prechádza aj medzi bázou a kolektorom ( je väčší, pretože
prechádzajúceho náboja je viac)
- používa sa v zosilňovačoch na zosilnenie prúdu a napätia
Zones.sk – Zóny pre každého študenta