Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Kuidas põhjustada metalloide elektrivoolu juhtimiseks
- Dopantide tutvustamine räni ja germaaniumiga
- Germaaniumi ja räni erinevus
Kui mõtleme elektroonilistele seadmetele, mõtleme sageli sellele, kui kiiresti need seadmed töötavad või kui kaua saame seadet enne aku laadimist kasutada. Enamik inimesi ei mõtle sellele, mis on nende elektrooniliste seadmete komponendid. Ehkki igal seadmel on erinev ehitus, on neil kõigil üks ühine joon - elektroonilised vooluringid komponentidega, mis sisaldavad keemilisi elemente räni ja germaanium.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Räni ja germaanium on kaks keemilist elementi, mida nimetatakse metalloidideks. Nii räni kui ka germaaniumi saab kombineerida teiste elementidega, mida nimetatakse dopantideks, et luua tahkis-elektroonilisi seadmeid, nagu dioodid, transistorid ja fotoelemendid. Ränidioksiidi ja germaaniumdioodi peamine erinevus on dioodi sisselülitamiseks vajalik pinge (või "nihkes edasi"). Ränidioodidel on ettepoole kallutatud 0,7 volti, germaaniumdioodidel aga ainult 0,3 volti.
Kuidas põhjustada metalloide elektrivoolu juhtimiseks
Germaanium ja räni on keemilised elemendid, mida nimetatakse metalloidideks. Mõlemad elemendid on rabedad ja metallilise läikega. Igal neist elementidest on väline elektronkest, mis sisaldab nelja elektroni; see räni ja germaaniumi omadus muudab kummagi elemendi kõige puhtamal kujul raskeks elektrijuhiks. Üks võimalus metalloidi elektrivoolu vabaks juhtimiseks on selle kuumutamine. Soojuse lisamine põhjustab metalloidis olevate vabade elektronide kiirema liikumise ja vabama liikumise, võimaldades rakendatud elektrivoolul voolata, kui metalloidi pinge erinevus on juhtivusriba hüppamiseks piisav.
Dopantide tutvustamine räni ja germaaniumiga
Teine võimalus germaaniumi ja räni elektriliste omaduste muutmiseks on keemiliste elementide kasutuselevõtmine, mida nimetatakse dopantideks. Elemente, nagu boor, fosfor või arseen, võib leida perioodilisustabelist räni ja germaaniumi lähedal. Kui lisandid viiakse metalloidi, annab see lisandid metalloidi välisele elektronkestale lisaelektroni või jätab metalloidi ühe oma elektronidest.
Dioodi praktilises näites leotatakse räni tükk kahe erineva abiainega, näiteks boori ühel küljel ja arseeni teisel küljel. Punkti, kus booriga legeeritud külg kohtub arseeni legeeritud küljega, nimetatakse P-N ristmikuks. Ränidioodi puhul nimetatakse booriga legeeritud külge “P-tüüpi räniks”, kuna boori sisseviimine jätab räni elektronist või avab elektroni “augu”. Teisel pool nimetatakse arseeniga legeeritud räni “N”. -tüüpi räni ”, kuna see lisab elektroni, mis muudab dioodi pingele rakendamisel elektrivoolu hõlpsamaks.
Kuna diood toimib elektrivoolu voolavuse ühesuunalise klapina, peab dioodi kahele poolele olema rakendatud pinge erinevus ja see tuleb rakendada õigetes piirkondades. Praktiliselt tähendab see, et P-tüüpi materjalile suunduvale juhtmele tuleb rakendada jõuallika positiivset poolust, samas kui dioodi jaoks elektri juhtimiseks tuleb negatiivne poolus kanda N-tüüpi materjalile. Kui dioodile rakendatakse toidet õigesti ja diood juhib elektrivoolu, siis öeldakse, et diood on ettepoole kallutatud. Kui toiteallika negatiivsed ja positiivsed poolused rakendatakse dioodi vastaspolaarsusega materjalidele - positiivne poolus N-tüüpi materjalile ja negatiivne poolus P-tüüpi materjalile -, ei juhiks diood elektrivoolu, seda olukorda nimetatakse vastupidine eelarvamus.
Germaaniumi ja räni erinevus
Germaaniumi ja räni dioodide peamine erinevus on pinge, mille juures elektrivool hakkab dioodil vabalt voolama. Germaaniumdiood hakkab tavaliselt elektrivoolu juhtima, kui dioodile korralikult rakendatud pinge ulatub 0,3 voltini. Ränidioodid vajavad voolu juhtimiseks rohkem pinget; ränidioodis ettepoole suunatud nihke olukorra loomiseks kulub 0,7 volti.