Điện tử cơ bản - Dải năng lượng
Ở thể khí, sự sắp xếp của các phân tử không gần nhau. Trong chất lỏng, sự sắp xếp phân tử là vừa phải. Nhưng, trong chất rắn, các phân tử được sắp xếp chặt chẽ đến mức các electron trong nguyên tử của phân tử có xu hướng di chuyển vào các obitan của các nguyên tử lân cận. Do đó các obitan electron trùng nhau khi các nguyên tử xích lại gần nhau.
Do sự xen kẽ của các nguyên tử trong chất rắn, thay vì các mức năng lượng đơn lẻ, sẽ có các dải mức năng lượng được hình thành. Tập hợp các mức năng lượng này, được đóng gói chặt chẽ được gọi làEnergy bands.
Ban nhạc Valance
Các êlectron chuyển động trong nguyên tử theo những mức năng lượng nhất định nhưng năng lượng của êlectron ở lớp vỏ trong cùng cao hơn các êlectron ở lớp ngoài cùng. Các điện tử có mặt ở lớp vỏ ngoài cùng được gọi làValance Electrons.
Các electron hóa trị này, chứa một loạt các mức năng lượng, tạo thành một dải năng lượng được gọi là Dải Hóa trị. Cácvalence bandlà dải có năng lượng chiếm cao nhất .
Băng dẫn
Các electron hóa trị liên kết lỏng lẻo với hạt nhân đến mức ngay cả ở nhiệt độ phòng, một số electron hóa trị rời khỏi vùng là tự do. Chúng được gọi làfree electrons khi chúng có xu hướng di chuyển về phía các nguyên tử lân cận.
Các electron tự do này là những electron dẫn dòng điện trong một vật dẫn và do đó được gọi là Conduction Electrons. Dải chứa các điện tử dẫn được gọi làConduction Band. Vùng dẫn là vùng có năng lượng chiếm dụng thấp nhất .
Khoảng cách bị cấm
Khoảng cách giữa vùng hóa trị và vùng dẫn được gọi là forbidden energy gap. Như tên của nó, ban nhạc này là cấm không có năng lượng. Do đó không có electron nào ở trong vùng này. Các điện tử hóa trị, trong khi đi đến vùng dẫn, đi qua vùng này.
Khoảng trống năng lượng cấm nếu lớn hơn, nghĩa là các electron vùng hóa trị liên kết chặt chẽ với hạt nhân. Bây giờ, để đẩy các electron ra khỏi vùng hóa trị, cần phải có một số năng lượng bên ngoài, sẽ bằng khoảng năng lượng bị cấm.
Hình dưới đây cho thấy vùng hóa trị, vùng dẫn và khe cấm.
Tùy thuộc vào kích thước của khe hở cấm, chất cách điện, chất bán dẫn và chất dẫn điện được hình thành.
Chất cách điện
Chất cách điện là những vật liệu mà trong đó sự dẫn điện không thể diễn ra, do khe hở cấm lớn. Ví dụ: Gỗ, Cao su. Cấu trúc của các dải năng lượng trong Chất cách điện như hình sau.
Nét đặc trưng
Sau đây là các đặc điểm của Chất cách điện.
Khoảng cách năng lượng Cấm là rất lớn.
Các electron vùng hóa trị liên kết chặt chẽ với nguyên tử.
Giá trị của khoảng trống năng lượng bị cấm đối với chất cách điện sẽ là 10eV.
Đối với một số chất cách điện, khi nhiệt độ tăng lên, chúng có thể dẫn điện.
Điện trở suất của chất cách điện sẽ theo thứ tự là 107 ohm-mét.
Chất bán dẫn
Chất bán dẫn là những vật liệu như vậy trong đó khoảng trống năng lượng bị cấm là nhỏ và sự dẫn truyền xảy ra nếu một số năng lượng bên ngoài được áp dụng. Ví dụ: Silicon, Germanium. Hình dưới đây mô tả cấu trúc của các dải năng lượng trong chất bán dẫn.
Nét đặc trưng
Sau đây là các đặc điểm của Chất bán dẫn.
Khoảng cách năng lượng Cấm là rất nhỏ.
Khoảng cách cấm đối với Ge là 0,7eV trong khi đối với Si là 1,1eV.
Chất bán dẫn thực sự không phải là chất cách điện, cũng không phải là chất dẫn điện tốt.
Khi nhiệt độ tăng, độ dẫn điện của chất bán dẫn tăng.
Độ dẫn điện của chất bán dẫn sẽ theo thứ tự 102 mho-mét.
Dây dẫn
Chất dẫn điện là những vật liệu trong đó khoảng trống năng lượng bị cấm biến mất khi vùng hóa trị và vùng dẫn trở nên rất gần nhau và chúng chồng lên nhau. Ví dụ: Đồng, Nhôm. Hình sau mô tả cấu trúc các dải năng lượng trong vật dẫn.
Nét đặc trưng
Sau đây là các đặc điểm của dây dẫn.
Không tồn tại khe hở cấm trong dây dẫn.
Vùng diềm và vùng dẫn bị chồng lên nhau.
Các điện tử tự do có sẵn để dẫn truyền rất nhiều.
Một sự tăng nhẹ của điện áp, làm tăng độ dẫn điện.
Không có khái niệm về sự hình thành lỗ trống, vì dòng electron liên tục góp phần tạo ra dòng điện.
Điều khoản quan trọng
Cần phải thảo luận một vài điều khoản quan trọng ở đây trước khi chúng ta chuyển sang các chương tiếp theo.
Hiện hành
Nó chỉ đơn giản là dòng chảy của các electron. Một dòng liên tục của các electron hoặc các hạt mang điện, có thể được gọi là Dòng điện. Nó được chỉ ra bởiI hoặc là i. Nó được đo bằngAmperes. Đây có thể là dòng điện xoay chiều AC hoặc dòng điện một chiều DC.
Vôn
Đó là sự khác biệt tiềm năng. Khi có sự chênh lệch về hiệu điện thế giữa hai điểm, được cho là có hiệu điện thế, đo giữa hai điểm đó. Nó được chỉ ra bởiV. Nó được đo bằngVolts.
Sức cản
Đó là tính chất chống lại dòng electron. Việc sở hữu tài sản này có thể được gọi là điện trở suất. Điều này sẽ được thảo luận chi tiết sau.
Định luật Ohm
Với các thuật ngữ được thảo luận ở trên, chúng ta có một luật tiêu chuẩn, rất quan trọng đối với hoạt động của tất cả các thành phần điện tử, được gọi là Định luật Ohm. Điều này cho biết mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp trong một dây dẫn lý tưởng.
According to Ohm’s law, the potential difference across an ideal conductor is proportional to the current through it.
$$ V \: \ alpha \: \: I $$
Một vật dẫn lý tưởng không có điện trở. Nhưng trong thực tế, mọi dây dẫn đều có một số điện trở trong đó. Khi điện trở tăng, điện thế giảm cũng tăng và do đó điện áp tăng.
Vì thế the voltage is directly proportional to the resistance it offers.
$$ V \: \ alpha \: \: R $$
$$ V = IR $$
Nhưng current is inversely proportional to the resistance.
$$ V \: \ alpha \: \: I \: \ alpha \: \: \ frac {1} {R} $$
$$ I = V / R $$
Do đó, trong thực tế, định luật Ôm có thể được phát biểu là -
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.
Luật này hữu ích trong việc xác định giá trị của các tham số chưa biết trong số ba tham số giúp phân tích mạch.