基本的な電子機器-エネルギーバンド

気体物質では、分子の配置は厳密ではありません。液体では、分子配列は中程度です。しかし、固体では、分子が非常に密接に配置されているため、分子の原子内の電子は隣接する原子の軌道に移動する傾向があります。したがって、原子が集まると電子軌道が重なります。

固体内の原子の混合により、単一のエネルギーレベルではなく、エネルギーレベルのバンドが形成されます。密集しているこれらのエネルギーレベルのセットは、次のように呼ばれます。Energy bands

価電子帯

電子は特定のエネルギーレベルで原子内を移動しますが、最も内側のシェルの電子のエネルギーは最も外側のシェルの電子よりも高くなります。最外殻に存在する電子は、Valance Electrons

一連のエネルギー準位を含むこれらの価電子は、価電子帯と呼ばれるエネルギー帯を形成します。ザ・valence bandされるバンドは最高占有エネルギーを有します

伝導帯

価電子は原子核に非常に緩く付着しているため、室温でも、価電子のほとんどがバンドを離れて自由になることはありません。これらはとして呼ばれますfree electrons それらは隣接する原子に向かって移動する傾向があるためです。

これらの自由電子は、導体に電流を流すものであるため、 Conduction Electrons。伝導電子を含むバンドは、Conduction Band。伝導帯は、占有エネルギーが最も低い帯です。

禁じられたギャップ

価電子帯と伝導帯の間のギャップは、 forbidden energy gap。名前が示すように、このバンドはエネルギーのない禁じられたバンドです。したがって、この帯域に電子は留まりません。価電子は伝導帯に行きながら、これを通過します。

禁止されているエネルギーギャップが大きい場合は、価電子帯の電子が原子核にしっかりと結合していることを意味します。ここで、電子を価電子帯から押し出すために、禁止されたエネルギーギャップに等しい外部エネルギーが必要になります。

次の図は、価電子帯、伝導帯、および禁止ギャップを示しています。

禁止されているギャップのサイズに応じて、絶縁体、半導体、および導体が形成されます。

がいし

絶縁体は、大きな禁止ギャップのために伝導が起こらないような材料です。例:木材、ゴム。碍子のエネルギーバンドの構造は次の図のようになります。

特徴

がいしの特徴は次のとおりです。

  • 禁じられたエネルギーギャップは非常に大きいです。

  • 価電子帯の電子は原子にしっかりと結合しています。

  • 絶縁体の禁止エネルギーギャップの値は10eVになります。

  • 一部の絶縁体では、温度が上昇すると、伝導を示す場合があります。

  • 絶縁体の抵抗率は107オームメートルのオーダーになります。

半導体

半導体は、禁止されているエネルギーギャップが小さく、外部エネルギーが加えられると伝導が起こるような材料です。例:シリコン、ゲルマニウム。次の図は、半導体のエネルギーバンドの構造を示しています。

特徴

半導体の特徴は以下のとおりです。

  • 禁じられたエネルギーギャップは非常に小さいです。

  • Geの禁止ギャップは0.7eVですが、Siの禁止ギャップは1.1eVです。

  • 半導体は実際には絶縁体でも、優れた導体でもありません。

  • 温度が上昇すると、半導体の導電率が増加します。

  • 半導体の抵抗率は102mho-meterのオーダーになります。

指揮者

導体は、価電子帯と伝導帯が非常に接近して重なり合うと、禁止されているエネルギーギャップがなくなるような材料です。例:銅、アルミニウム。次の図は、導体のエネルギーバンドの構造を示しています。

特徴

コンダクターの特徴は次のとおりです。

  • 導体には禁止されたギャップはありません。

  • 価電子帯と伝導帯が重なっています。

  • 伝導に利用できる自由電子はたくさんあります。

  • 電圧がわずかに上昇すると、導通が増加します。

  • 電子の連続的な流れが電流に寄与するため、正孔形成の概念はありません。

重要な用語

次の章に進む前に、ここでいくつかの重要な用語について説明する必要があります。

電流

それは単に電子の流れです。電子または荷電粒子の連続的な流れは、電流と呼ばれることがあります。それはによって示されますI または i。それはで測定されますAmperes。これは、交流ACまたは直流DCにすることができます。

電圧

それは電位差です。2点間で電位差が発生した場合、2点間で測定した電圧差があると言われます。それはによって示されますV。それはで測定されますVolts

抵抗

それは電子の流れに対抗する性質です。この特性の所有は、抵抗率と呼ぶことができます。これについては、後で詳しく説明します。

オームの法則

上記の用語で、オームの法則と呼ばれる、すべての電子部品の動作にとって非常に重要な標準法則があります。これは、理想的な導体の電流と電圧の関係を示しています。

According to Ohm’s law, the potential difference across an ideal conductor is proportional to the current through it.

$$ V \:\ alpha \:\:I $$

理想的な導体には抵抗がありません。しかし実際には、すべての導体にはある程度の抵抗があります。抵抗が増加すると、電位降下も増加するため、電圧が増加します。

したがって、 the voltage is directly proportional to the resistance it offers

$$ V \:\ alpha \:\:R $$

$$ V = IR $$

しかし current is inversely proportional to the resistance

$$ V \:\ alpha \:\:I \:\ alpha \:\:\ frac {1} {R} $$

$$ I = V / R $$

したがって、実際には、オームの法則は次のように表すことができます。

According to Ohm’s law, the current flowing through a conductor is proportional to the potential difference across it, and is inversely proportional to the resistance it offers.

この法則は、回路の分析に役立つ3つのパラメータの中から未知のパラメータの値を決定するのに役立ちます。