Temel Elektronik - Enerji Bantları
Gaz halindeki maddelerde moleküllerin dizilişi birbirine yakın değildir. Sıvılarda moleküler düzenleme orta düzeydedir. Ancak katılarda moleküller o kadar yakın düzenlenmiştir ki moleküllerin atomlarındaki elektronlar, komşu atomların yörüngelerine girme eğilimindedir. Dolayısıyla atomlar bir araya geldiğinde elektron orbitalleri üst üste biner.
Katılarda atomların birbirine karışması nedeniyle, tek enerji seviyeleri yerine, oluşan enerji seviyeleri bantları olacaktır. Sıkı bir şekilde paketlenmiş olan bu enerji seviyelerine,Energy bands.
Valance Band
Elektronlar atomlarda belirli enerji seviyelerinde hareket eder, ancak en içteki kabuktaki elektronların enerjisi en dıştaki kabuk elektronlarından daha yüksektir. En dıştaki kabukta bulunan elektronlaraValance Electrons.
Bir dizi enerji seviyesi içeren bu valans elektronları, Değerlik Bandı olarak adlandırılan bir enerji bandı oluşturur. valence bandolduğu en yüksek işgal enerjiye sahip bant .
İletim bandı
Değerlik elektronları çekirdeğe o kadar gevşek bir şekilde bağlanır ki, oda sıcaklığında bile, değerlik elektronlarının çok azı bandı serbest bırakır. Bunlar şöyle adlandırılırfree electrons komşu atomlara doğru hareket etme eğiliminde oldukları için.
Bu serbest elektronlar, akımı bir iletkende ileten elektronlardır ve bu nedenle Conduction Electrons. İletim elektronlarını içeren bant olarak adlandırılırConduction Band. İletim bandı, işgal edilen en düşük enerjiye sahip banttır .
Yasak boşluk
Değerlik bandı ile iletim bandı arasındaki boşluğa forbidden energy gap. Adından da anlaşılacağı gibi, bu grup enerjisiz yasak olanıdır. Dolayısıyla bu bantta elektron kalmaz. Valans elektronları iletim bandına giderken buradan geçer.
Yasak enerji aralığı daha büyükse, değerlik bandı elektronlarının çekirdeğe sıkıca bağlı olduğu anlamına gelir. Şimdi, elektronları değerlik bandının dışına itmek için, yasaklanmış enerji boşluğuna eşit olacak bir miktar dış enerji gereklidir.
Aşağıdaki şekil değerlik bandını, iletim bandını ve yasaklanmış aralığı göstermektedir.
Yasaklanmış boşluğun boyutuna bağlı olarak İzolatörler, Yarı İletkenler ve İletkenler oluşturulur.
İzolatörler
İzolatörler, büyük yasak boşluk nedeniyle iletimin gerçekleşemeyeceği malzemelerdir. Örnekler: Ahşap, Kauçuk. İzolatörlerdeki enerji bantlarının yapısı aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.
Özellikler
İzolatörlerin özellikleri aşağıdadır.
Yasak enerji açığı çok büyük.
Değerlik bandı elektronları atomlara sıkıca bağlıdır.
Bir yalıtkan için yasak enerji boşluğunun değeri 10eV olacaktır.
Bazı izolatörler için sıcaklık arttıkça bir miktar iletkenlik gösterebilirler.
Bir izolatörün direnci 107 ohm-metre düzeninde olacaktır.
Yarı iletkenler
Yarı iletkenler, yasak enerji boşluğunun küçük olduğu ve bir miktar dış enerji uygulandığında iletimin gerçekleştiği malzemelerdir. Örnekler: Silikon, Germanyum. Aşağıdaki şekil yarı iletkenlerdeki enerji bantlarının yapısını göstermektedir.
Özellikler
Aşağıdakiler, Yarı İletkenlerin özellikleridir.
Yasak enerji açığı çok küçük.
Ge için yasak boşluk 0.7eV iken Si için 1.1eV'dir.
Yarıiletken aslında ne bir yalıtkan ne de iyi bir iletkendir.
Sıcaklık arttıkça, bir yarı iletkenin iletkenliği artar.
Bir yarı iletkenin iletkenliği 102 mho-metre mertebesinde olacaktır.
İletkenler
İletkenler, değerlik bandı ve iletim bandı örtüşecek kadar yakınlaştıkça yasak enerji boşluğunun ortadan kalktığı malzemelerdir. Örnekler: Bakır, Alüminyum. Aşağıdaki şekil iletkenlerdeki enerji bantlarının yapısını göstermektedir.
Özellikler
Aşağıdakiler, İletkenlerin özellikleridir.
Bir iletkende yasak boşluk yoktur.
Valans bandı ve iletim bandı örtüşüyor.
İletim için mevcut olan serbest elektronlar çoktur.
Gerilimde hafif bir artış, iletimi artırır.
Sürekli bir elektron akışı akıma katkıda bulunduğundan, delik oluşumu kavramı yoktur.
Önemli Terimler
Sonraki bölümlere geçmeden önce burada birkaç önemli terimi tartışmamız gerekiyor.
Güncel
Bu basitçe elektronların akışıdır. Sürekli bir elektron veya yüklü parçacık akışı, Akım olarak adlandırılabilir. İle gösterilirI veya i. ÖlçülürAmperes. Bu alternatif akım AC veya doğru akım DC olabilir.
Voltaj
Potansiyel fark budur. İki nokta arasında potansiyellerde bir fark oluştuğunda, bu iki nokta arasında ölçülen bir voltaj farkı olduğu söylenir. İle gösterilirV. ÖlçülürVolts.
Direnç
Elektron akışına karşı çıkma özelliğidir. Bu özelliğe sahip olma, direnç olarak adlandırılabilir. Bu daha sonra ayrıntılı olarak tartışılacaktır.
Ohm Yasası
Yukarıda tartışılan terimlerle, Ohm Yasası olarak adlandırılan tüm elektronik bileşenlerin davranışı için çok önemli olan standart bir yasaya sahibiz. Bu, ideal bir iletkendeki akım ve gerilim arasındaki ilişkiyi belirtir.
According to Ohm’s law, the potential difference across an ideal conductor is proportional to the current through it.
$$ V \: \ alpha \: \: I $$
İdeal bir iletkenin direnci yoktur. Ancak pratikte her iletkenin içinde bir direnci vardır. Direnç arttıkça, potansiyel düşüş de artar ve dolayısıyla voltaj artar.
Bu nedenle the voltage is directly proportional to the resistance it offers.
$$ V \: \ alpha \: \: R $$
$$ V = IR $$
Fakat current is inversely proportional to the resistance.
$$ V \: \ alpha \: \: I \: \ alpha \: \: \ frac {1} {R} $$
$$ I = V / R $$
Dolayısıyla pratikte bir Ohm kanunu şu şekilde ifade edilebilir:
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.
Bu yasa, bir devreyi analiz etmeye yardımcı olan üçü arasında bilinmeyen parametrelerin değerlerinin belirlenmesinde yardımcı olur.