Відповіді:
Отвори - це простір, де міг би бути електрон, але в даний час його немає. Як і будь-яка діра в макроскопічному світі, ви не можете перемістити її; це відсутність. Все, що ви можете зробити - це заповнити отвір, що створює нове отвір десь в іншому місці. Ми можемо певним чином моделювати це як уявну частинку, яка тече в протилежному напрямку від електронів (і, отже, в тому ж напрямку, що і струм), але фактичної частинки, що рухається в цьому напрямку, немає. Як і більшість моделей, це зручна вигадка, яка полегшує математику.
Приємний спосіб подумати про це - уявити похилий пандус з канавкою, повною мармуру вниз по схилу пандуса. Коли ви виймаєте нижній мармур, стек за всіма зрушеннями вниз, а вгорі стопки з’являється отвір.
Хоча це правда, що в кристалах, що механізмом переносу заряду є електрони, діри є більш ніж просто концептуальною заповнювачем. Усі рівняння працюють так само добре, як і дірки для електронів, ви можете робити обчислення та визначати ефективну масу дірок та рухливість отворів (що в Si приблизно на 2,5X повільніше, ніж у електронів). Тож не слід сприймати той факт, що вони не є такими ж, як, що вони не мають реальних наслідків.
Подобається це:
A BCDEFG
^ here is a hole between two letters
Тепер дивіться, як це "рухається":
AB CDEFG (Actually, B moved left)
ABC DEFG (C moved left)
ABCD EFG
ABCDE FG
ABCDEF G
Дірки насправді не рухаються, але так виглядає. Коли електрон робить рух, одна дірка закривається, а інша відкривається неподалік.
Щоразу, коли літера рухається одним пробілом ліворуч, отвір також рухається одним пробілом праворуч. Ми можемо розглядати цю ситуацію як рух літер вліво, або як рух дірок вправо. Це рівнозначно.
Зауважте, що в електроніці струм, як правило, описується як потік позитивних зарядів, від вузла при більш позитивному напрузі до вузла при більш негативній напрузі. Це називається умовним струмом . Але реальний струм насправді складається з електронів, які переходять від негативного до позитивного. Цей переворот не має значення, оскільки струм - це лише математична абстракція. Усі рівняння, що описують поведінку пристрою, працюють добре.
Вчені довільно присвоювали «позитивні» та «негативні» мітки зарядам задовго до того, як була відома структура атома. Тож лише пізніше з'ясувалося, що заряди, які насправді рухаються через провідники, є тими, що були позначені "негативними".
Напівпровідники, діоди та транзистори
ЕЛЕКТРОНИ ТА КОЛИ
Давайте придумаємо ряд копійок, викладених у рядку, торкаючись поперек столу. Перемістіть правий кінець копійки на одну ширину копійки праворуч, залишивши проміжок. Потім продовжуйте рухати копійку ліворуч від проміжку в простір. По мірі продовження всі копійки перемістилися праворуч, а проміжок перемістився через стіл вліво. Тепер зображте копійки як електрони, і ви можете бачити, як електрони, що рухаються в один бік через напівпровідник, викликають переміщення отворів у зворотному напрямку.
Щоб розтягнути аналогію, ми могли б використовувати невеликі купи копійок, тому багато потрібно рухатись правою стороною, перш ніж отвір рухається ліворуч. Або у нас може бути кілька копійок і багато місця, щоб отвори легко пересувалися, коли рідкісні копійки переміщуються через широкі прогалини. Ці два випадки моделюють дві форми легованого кремнію, додано багато електронів, і у нас є N-тип, багато дірок (видалено електрони), і у нас P-тип. Види досягаються змішуванням (допінгом) Кремнію з невеликою кількістю інших металів.
Коли електрони мають боротися через атоми напівпровідника, його опір відносно високий. Ранні напівпровідники використовували германій, але, крім особливих випадків, сьогодні кремній є універсальним вибором.
Мідний провід можна візуалізувати як такий, що має великі палі електронів пенні, всі зближуються, тому струм - це рух кількох копійок у вершинах паль, жодних отворів не утворюється. При такій кількості доступних для струму питомий опір, як ми знаємо, низький.
ДІОД
Найпоширеніший напівпровідниковий діод (є й інші спеціалізовані типи) має стик між N-типом та P-типом. Якщо на діод подається напруга, позитивна на кінець N типу і негативна на інший, всі електрони підтягуються до позитивного кінця, залишаючи отвори на негативному кінці. Маючи в середині майже ніяких електронів, майже не може протікати струм. Діод "зворотно зміщений"
Коли напруга подається іншим способом, негативним до кінця N типу та позитивним для типу P, електрони притягуються до середини і можуть перехрещуватися, щоб скасувати дірки типу P і витікати в з'єднувальний провід. З іншого боку, негативна напруга, кінець, електрони відштовхуються в середину діода, замінюючись тими, що заливаються з дроту, тому загальний струм може легко протікати: діод пересувається вперед.
З'єднання з діодом називаються "анодом", який є позитивним кінцем, коли діод зміщений вперед, і "катодом", який є негативним кінцем. Я пам’ятаю це за аналогією з тими ж умовами для клапанів, яким потрібна висока позитивна напруга (HT для «Високого напруження» - тримайте пальці) на аноді, щоб струм протікав. Гарною мнемонічністю для полярності прямого зміщеного діода може бути PPNN: "Позитивний, P-тип, N-тип, негативний".
Диод варактора використовує той факт, що дві розділені області заряду, позитивна і негативна, утворюють сирий конденсатор. Так, спеціально розроблені діоди зроблені для того, щоб це використати при зворотній зміщенні. Прикладена напруга розтягує заряди в сторони, утворюючи "виснажувальний шар" між контактами. Підвищення прикладеної зворотної напруги робить цей шар товщішим, тому зменшується ємність, і навпаки. Варакторні діоди зазвичай використовуються в налаштованих контурах для зміни частоти, замінюючи лопатеві конденсатори, які використовувались у дні клапанів.
БІПОЛАРНИЙ ТРАНЗИСТОР
Біполярний транзистор - це той, чия робота залежить як від електронів, так і від дірок. Він складається з двох діодів спиною до спини, що ділиться загальним центральним шаром. Один із зовнішніх клем - колектор C, а другий - випромінювач E. Центральним з'єднанням є база B, і він є частиною як діодів CB, так і BE. Отже, у нас є тришаровий сендвіч. При звичайному використанні діод між C і B є зворотним зміщенням, тому без наявності діода BE та його ефекту не протікатиме струм, оскільки всі електрони підтягуються до одного кінця секції CB, а отвори до інший кінець, як у діоді, за прикладеною напругою.
Діод BE пересувається вперед, тому може протікати струм і встановлюється зовнішній ланцюг, щоб обмежити це досить невеликим значенням, але все ще багато дірок і електронів, що протікають через Базу та Випромінювач.
Тепер розумний шматочок. Загальний зв'язок діодів CB і BE на Базі дуже тонкий, тому потоп електронів і дірок у частині BE замінює ті, які зворотне напруга колектора відійшло, і струм тепер може текти, хоча цей діод CB у в зворотному напрямку, а потім по прямому зміщеному переході BE до випромінювача і назовні у зовнішню ланцюг.
Я думаю, що очевидно, що ви не можете зробити транзистор, спаявши два діоди спиною назад, дія вимагає інтимного обміну тонким шаром всередині Кремнію.
Струм колектора залежить від течії базового струму, а транзистор сконструйований так, що малий струм у діоді BE відкриває шлях до набагато більшого струму в CB-переході. Таким чином, ми маємо посилення струму. Використовуючи перепади напруги на зовнішніх резисторах, це можна перетворити на посилення напруги.
Ці транзистори називаються "біполярними", оскільки вони ефективно мають два переходи.
Я ретельно уникав згадувати тип матеріалу в діодах CB і BE, ідеї однакові для обох, і ми можемо мати NPN або PNP як можливі шари. Стрілка в символі, яка показує напрямок звичайного колекторного струму (протилежний потоку електронів), вказує в напрямку негативної сторони прикладеної напруги СЕ, тому струм "виходить з Р і в N на випромінювач ".
ПОЛЕ ЕФЕКТИВНИЙ ТРАНЗІСТОР, або FET
Існує безліч різних конструкцій FET, і це дуже спрощений погляд на їх основний принцип.
Це «однополярні» транзистори, хоча термін не використовується часто, оскільки їх робота залежить лише від електронів та електричних полів, а не дірок.
Тут ми маємо єдиний блок легованого кремнію, «канал», з грудками протилежного типу з боків, або як оточуюче кільце. Таким чином, у нас є лише один діодний перехід, який називається воротами G, між грудками або кільцем і каналом. Канал діє як резистор, струм, що протікає, хоча з одного кінця, джерела S, з іншого стоку D. З'єднання між воротами і каналом є зворотним зміщенням, тому струм не тече, але є електричне поле, яке задається тягне заряди, електрони або дірки до сторін каналу, залишаючи менш доступними для струму SD. Таким чином, у нас струм SD контролюється напругою на затворі.
Зауважте, що це пристрій з контролем напруги, практично жоден струм не надходить у ворота чи виходить із них. Подумайте про закон Ома: Опір = Вольт / Ампер, і ми бачимо, що дуже низький струм означає дуже високий опір, тому FET, як кажуть, має дуже високий вхідний опір - його головна перевага перед Бі-Полярною, де, за навпаки, для передачі струму через базу потрібна невелика напруга, надаючи їй низький вхідний опір