Risposte:
I buchi sono spazi in cui un elettrone potrebbe essere, ma attualmente non lo è. Come ogni buco nel mondo macroscopico, non puoi muoverne uno; è un'assenza. Tutto quello che puoi fare è riempire il buco, che crea un nuovo buco altrove. Possiamo in qualche modo modellarlo come una particella immaginaria che scorre nella direzione opposta rispetto agli elettroni (e quindi nella stessa direzione della corrente), ma non c'è alcuna particella reale che si muove in quella direzione. Come la maggior parte dei modelli, è una finzione conveniente che semplifica la matematica.
Un bel modo di pensare a questo è immaginare una rampa inclinata con un solco pieno di marmi lungo il pendio della rampa. Quando rimuovi il marmo inferiore, la pila dietro tutto si sposta verso il basso e un buco appare nella parte superiore della pila.
Mentre è vero che nei cristalli il meccanismo di trasporto della carica sono elettroni, i buchi sono più di un semplice segnaposto concettuale. Tutte le equazioni funzionano altrettanto bene con i buchi che per gli elettroni, puoi fare i calcoli e determinare la massa effettiva dei buchi e la mobilità dei buchi (che in Si è circa ~ 2,5 volte più lenta degli elettroni). Quindi non dovresti prendere il fatto che non sono reali allo stesso modo in cui non hanno effetti reali.
Come questo:
A BCDEFG
^ here is a hole between two letters
Ora guardalo "sposta":
AB CDEFG (Actually, B moved left)
ABC DEFG (C moved left)
ABCD EFG
ABCDE FG
ABCDEF G
I buchi in realtà non si muovono, ma sembra così. Quando un elettrone fa una mossa, un buco si chiude e un altro si apre nelle vicinanze.
Ogni volta che una lettera sposta uno spazio a sinistra, anche un buco sposta uno spazio a destra. Possiamo considerare questa situazione come un movimento di lettere verso sinistra o come un movimento di buchi verso destra. È equivalente.
Si noti che in elettronica, la corrente è generalmente descritta come un flusso di cariche positive, da un nodo a una tensione più positiva verso un nodo a una tensione più negativa. Questo si chiama corrente convenzionale . Ma la vera corrente è in realtà costituita da elettroni che vanno dal negativo al positivo. Questa inversione non ha importanza perché la corrente è solo un'astrazione matematica. Tutte le equazioni che descrivono il comportamento del dispositivo funzionano bene.
Gli scienziati hanno arbitrariamente assegnato etichette "positive" e "negative" alle cariche, molto prima che la struttura dell'atomo fosse conosciuta. Quindi solo successivamente è emerso che le cariche che si muovono effettivamente attraverso i conduttori sono quelle che sono state etichettate come "negative".
SEMICONDUTTORI, DIODI E TRANSISTORI
ELETTRONICI E FORI
Pensiamo a una fila di penny disposti in fila, toccanti, su un tavolo. Sposta l'estremità della mano destra di un centesimo di larghezza verso destra, lasciando uno spazio. Quindi continua a spostare il penny a sinistra dello spazio nello spazio. Mentre procedi, tutti i penny si sono spostati a destra e il divario si è spostato sul tavolo a sinistra. Ora immagina i penny come elettroni e puoi vedere come gli elettroni che si muovono in una direzione attraverso un semiconduttore fanno sì che i fori si muovano nella direzione opposta.
Per allungare l'analogia, potremmo usare piccole pile di penny, quindi molto deve muoversi proprio prima che un buco si muova a sinistra. Oppure potremmo avere pochi penny e molto spazio in modo che i buchi si spostino facilmente mentre i penny sparsi vengono spostati attraverso le ampie lacune. Questi due casi modellano le due forme di silicio drogato, molti elettroni aggiunti e abbiamo un tipo N, molti buchi (gli elettroni rimossi) e un tipo P. I tipi si ottengono miscelando (doping) il silicio con piccole quantità di altri metalli.
Con gli elettroni che devono combattere attraverso gli atomi di un semiconduttore, la sua resistività è relativamente alta. I primi semiconduttori utilizzavano il germanio, ma, ad eccezione di casi speciali, oggigiorno il silicio è la scelta universale.
Il filo di rame può essere visualizzato come avere grandi pile di elettroni al penny, tutti vicini tra loro, quindi una corrente è il movimento dei pochi penny in cima alle pile, nessun buco viene prodotto affatto. Con così tanti disponibili per la corrente, la resistività, come sappiamo, è bassa.
DIODO
Il diodo a semiconduttore più comune (ci sono altri tipi specializzati) ha una giunzione tra tipo N e tipo P. Se viene applicata una tensione al diodo, positiva all'estremità di tipo N e negativa all'altra, gli elettroni vengono tutti tirati verso l'estremità positiva, lasciando dei fori all'estremità negativa. Con quasi nessun elettrone nel mezzo, quasi nessuna corrente può fluire. Il diodo è "biassoso inverso"
Quando la tensione viene applicata nell'altro modo, negativa all'estremità di tipo N e positiva al tipo P, gli elettroni vengono attratti verso il centro e possono incrociarsi per cancellare i buchi nel tipo P e defluire nel filo di collegamento. Dall'altro, la tensione negativa, l'estremità, gli elettroni vengono respinti nel mezzo del diodo, per essere sostituiti da quelli che si inondano dal filo, quindi nel complesso una corrente può fluire facilmente: il diodo viene biassato in avanti.
Le connessioni a un diodo sono chiamate "Anodo", che è l'estremità positiva quando il diodo è biassato in avanti, e il "Catodo" che è l'estremità negativa. Ricordo questi per analogia con gli stessi termini per le valvole, che hanno bisogno di un'alta tensione positiva (HT per "Alta tensione" - tieni le dita lontane) sull'anodo affinché la corrente scorra. Un buon mnemonico per la polarità di un diodo biassed in avanti potrebbe essere PPNN: "Positivo, tipo P, tipo N, negativo".
Un diodo varactor sfrutta il fatto che due aree di carica separate, positiva e negativa, formano un condensatore grezzo. Quindi, diodi appositamente progettati sono fatti per sfruttare questo, quando invertito biassato. La tensione applicata separa le cariche, formando uno "strato di esaurimento" tra i contatti. L'aumento della tensione inversa applicata rende questo strato più spesso, riducendo così la capacità e viceversa. I diodi varactor sono comunemente usati nei circuiti sintonizzati per variare la frequenza, sostituendo i condensatori a palette che venivano usati ai tempi delle valvole.
TRANSISTORE BIPOLARE
Un transistor bipolare è uno il cui funzionamento dipende sia da elettroni che da lacune. Comprende due diodi back to back che condividono uno strato centrale comune. Uno dei terminali esterni è il Collettore C e l'altro è l'Emettitore E. La connessione centrale è la Base B ed è parte dei diodi CB e BE. Quindi abbiamo un sandwich a tre strati. Nell'uso normale il diodo tra C e B è biassiale inverso, quindi, senza la presenza del diodo BE e il suo effetto, nessuna corrente scorrerebbe, perché tutti gli elettroni vengono tirati fino a un'estremità della sezione CB e i fori per l'altra estremità, come in un diodo, dalla tensione applicata.
Il diodo BE è biassoso in avanti, quindi una corrente può fluire e il circuito esterno è impostato per limitare questo a un valore abbastanza piccolo, ma ci sono ancora molti buchi ed elettroni che fluiscono attraverso la Base e l'Emettitore.
Ora la parte intelligente. La connessione comune dei diodi CB e BE alla base è resa molto sottile, quindi il flusso di elettroni e buchi nella parte BE sostituisce quelli che la tensione inversa del collettore ha rimosso e una corrente può ora fluire attraverso questo diodo CB in la direzione inversa, e poi attraverso la giunzione BE biassed in avanti verso l'Emettitore e fuori nel circuito esterno.
Penso che sia ovvio che non è possibile realizzare un transistor saldando due diodi schiena contro schiena, l'azione richiede quella condivisione intima dello strato sottile all'interno del silicio.
La corrente del collettore dipende dal fatto che scorre una corrente di base e il transistor è progettato in modo tale che una piccola corrente nel diodo BE apra la strada a una corrente molto più grande nella giunzione CB. Quindi abbiamo corrente amplificazione. Utilizzando cadute di tensione su resistori esterni, questo può essere convertito in amplificazione di tensione.
Questi transistor sono chiamati "bipolari" perché hanno effettivamente due giunzioni.
Ho accuratamente evitato di menzionare il tipo di materiale nei diodi CB e BE, le idee sono le stesse per entrambi e possiamo avere NPN o PNP come possibili strati. La freccia nel simbolo, che mostra la direzione della corrente convenzionale del collettore (l'opposto del flusso di elettroni), punta nella direzione del lato negativo della tensione CE applicata, quindi la corrente è "fuori da P e in N alla emettitore".
TRANSISTORE DI EFFETTO DI CAMPO, o FET
Esistono molti tipi diversi di FET, e questo è uno sguardo molto semplicistico al loro principio di base.
Questi sono transistor "unipolari", sebbene il termine non sia spesso usato, poiché il loro funzionamento dipende solo da elettroni e campi elettrici, non da buchi.
Qui abbiamo un singolo blocco di silicio drogato, il "canale", con grumi di tipo opposto sui lati, o come un anello che circonda. Quindi abbiamo solo una giunzione a diodi, che si chiama Gate G, tra i grumi o l'anello e il canale. Il canale funge da resistenza, con corrente che scorre da un'estremità, la sorgente S, all'altra il Drain D. La giunzione tra gate e canale è polarizzata al contrario, quindi non scorre corrente, ma esiste un campo elettrico che tira cariche, elettroni o lacune, ai lati del canale, lasciando meno disponibile per la corrente SD. Quindi abbiamo la corrente SD controllata dalla tensione sul gate.
Nota che questo è un dispositivo controllato in tensione, praticamente nessuna corrente fluisce dentro o fuori dal Gate. Pensa alla legge di Ohm: Resistenza = Volt / Amp, e vediamo che una corrente molto bassa significa una Resistenza molto alta, quindi si dice che il FET abbia un'impedenza di ingresso molto alta - il suo principale vantaggio rispetto a Bi-Polar, dove al contrario, ci vuole poca tensione per inviare la corrente attraverso la base, dandole una bassa impedenza di ingresso