Elektronika: Pusvadītāju struktūras. Diode.

Šajā rakstā pamēģināsim pavisam vienkāršā veidā apskatīt to, kas ir visas mūsdienu elektronikas pamatā – pusvadītājus. Nelietosim kvantu mehānikas jēdzienus, nedz arī formulas. Interesentiem ir iespēja kārtīgi izpētīt šo jautājumu daudzskaitlīgās interneta publikācijās.
Kas ir pusvadītājs? Par tādu pieņemts saukt vielu - elektriskās strāvas vadītāju, kuras vadītspēja mainās ārējo apstākļu (temperatūra, apgaismojums, radioaktivitāte u.c.) ietekmē.

Pusvadītāju rūpnieciskajā izgatavošanā galvenokārt lieto Mendeļejeva periodiskās sistēmas 4.grupas elementus silīciju (Si) un germāniju (Ge). Tam ir konkrēts iemesls – kristāliskā režģa īpatnības, kā arī minimāls t.s. „aizliegtās zonas” platums. Visplašāk rūpniecībā lieto Si, to arī šeit apskatīsim.

Attēlā vienkāršotā veidā parādīts Si kristāla griezums. Ar līnijām apzīmētas kovalentās saites starp atomiem, ar pelēkajiem aplīšiem - ārējā enerģētiskā līmeņa elektroni.
Lai iegūtu uzlabotas pusvadītāja spējas, silīcijam pievieno periodiskās sistēmas 3. grupas elementus boru (B), indiju (In), vai alumīniju (Al) un 5. grupas elementus antimonu (Sb), arsēnu (As), vai fosforu (P).
Ar 3. grupas elementu In leģēts Si kristāliskais režģis:

Tā kā elementam indijam ārējā enerģētiskā līmenī ir tikai 3 elektroni, trūkstošais elektrons tiek atrauts no kaimiņu Si atoma, atstājot tur caurumu. Pie tam In atomi uzlādējas negatīvi. Šādu pusvadītspēju sauc par caurumu pusvadītspēju un materiālu par p - tipa pusvadītāju.
Ar 5.grupas elementu Sb leģēts Si:

Antimonam ārējā enerģētiskā līmenī ir 5 elektroni, no tiem 1 paliek nepiesaistīts un brīvi pārvietojas. Sb atoms kļūst par pozitīvi lādētu jonu. Šādas pusvadītspējas tips – elektronu pusvadītspēja un materiālu sauc par n – tipa pusvadītāju.

Tagad ņemsim un saliksim kopā abu veidu pusvadītāju gabaliņus:

Izveidojas elektronikā tik pierastā pusvadītāju diode.
Starp p un n apgabaliem izveidojas aktīvs sprostslānis; elektroni no n apgabala difundē p apgabalā, kur rekombinējas ar pozitīvi lādētajiem caurumiem. „Dzīvība” sprostslānī notiek nepārtraukti.

Tagad pieslēgsim izveidotajai diodei strāvas avotu un slodzi:

Strāvas avota (+) pols caur p apgabalu izsūc elektronus no sprostslāņa, un (-) pols tos ievada papildus caur n apgabalu. Lādiņnesēji masīvā straumē plūst cauri diodei; sprostslānis ir praktiski izzudis.
Jāatceras, ka zinātnē un tehnikā pieņemtais strāvas plūšanas virziens ir pretējs elektronu kustības virzienam!
Par elektriskās strāvas virzienu pieņemts uzskatīt pozitīvi lādētu daļiņu - lādiņnesēju orientētās kustības virzienu. Ja pārvietojas negatīvi lādētas daļiņas, to virziens ir pretējs strāvas virzienam. Šīs lietas dažreiz tiek jauktas.

Apmainīsim strāvas avota polus vietām:

Notiek pretējs process: strāvas avota (+) pols izsūc nedaudzus elektronus no n apgabala, tai pašā laikā p apgabalā elektroni tiek iesūknēti. Pa rekombinācijas ķēdīti process aiziet līdz sprostslānim, un tā biezums strauji palielinās. Strāva ķēdē tikpat kā neplūst. Praksē novērojama pavisam neliela sproststrāva, kuru izraisa kaitīgie piemaisījumi pusvadītāja materiālā. Daudzos gadījumos to var ignorēt.

Izvadu no diodes p apgabala sauc par anodu, no n – par katodu. Principiālajās shēmās pusvadītāju diodes apzīmē ar burtiem VD un attēlo šādi:

Par diodu tipiem, lietošanu - nākamajā rakstā.

Vairāk informācijas pieejams šeit.
Īpašs paldies urbis par sadarbību.

Saistītie raksti

• ELFA maina nosaukumu uz Elfa Distrelec
• Slēdzis sienas lielumā
• Elektronika: Bipolārie tranzistori
• Elektronika: kondensatori
• Uzlādē akumulatoru bez vadiem!
• Elektronika: barošanas bloks
• Elektronika: pastāvīgie rezistori
• Elektronikas jaunumi Lasvegasas izstādē
• IBM iepazīstina ar zibatmiņas alternatīvu
• Ballistiskais tranzistors paātrinās mikroshēmu darbību
• Ar prātu vadīt lietas - tā vairs nav zinātniskā fantastika
• Automātiskais PC restartētājs
• Toshiba uzlādē akumulatorus vienā minūtē
• UPS? kas tas ir un kā izvēlēties
• Klusāks PC ar ventilatoru RPM kontrolieri

Komentāri

#1 johans.krabs @ 2007.01.27 22:13

nopietns raksts

#2 programmer WWW @ 2007.01.28 00:17

Manuprāt pareizi ir "diožu", nevis "diodu".
Edit: Un tā arī ir!

#3 dF @ 2007.01.28 01:14

heh kad kjersities pie logiskajam mikroshemam? :D
pieskaities labak pie pusvaditajiem uzreiz visus, diodes, tranzistorus, ... varikapus, stabilitronus utt :D

#4 daltonic @ 2007.01.28 04:32

bipolaarais tranzistors sleegumaa ar kopeeju emiteru ;)

ps. koma.lv

#5 urbis WWW @ 2007.01.28 07:58

#5 ir jau arī slēgumi ar kopēju bāzi un kopēju kolektoru ;) katram savas īpašības.

#6 samurajs WWW @ 2007.01.28 09:11

Nepacietīgajiem: būs ar laiku par visiem pusvadītāju izstrādājumiem- dažāda veida diodēm, tranzistoriem... arī noderīgas praktiskas shēmas. Lai to visu saprastu - teorijas minimums ir nepieciešams.

#7 rapid16 @ 2007.01.28 10:18

labi kad kaac beidzot raksta pa elektroniku re ku kaut kaac saits ar elektroniku saistiits www.elektroni.lv

#11 velko @ 2007.01.30 21:44

diode rakstīja:

DIODES sleedz pie mainjstraavas!

Tevi arī derētu pieslēgt...

#15 urbis WWW @ 2007.01.31 18:29

tikai mieru, puikas ;)
realitāte ir tāda, ka diodes slēdz gan līdzstrāvas, gan maiņstrāvas ķēdēs. šeit līdzstrāva tiek izmantota tādēļ, lai parādītu diodes pamat īpašības, kādas ir visām diodēm (tiasngriežu, zēnera, varikapiem, gaismemiterdiodēm, augstsprieguma, augstfrekvences u.t.t.).

#18 urbis WWW @ 2007.02.03 20:05

neaizmirsti par lietderības koeficientu ;)

#19 Bobie @ 2007.02.07 02:39

Tak nāciet uz elektronikas faķi, ja jums tā interesē!.. tur jūs dabūsiet!;)