Když přemýšlíme o elektronických zařízeních, často přemýšlíme o tom, jak rychle tato zařízení fungují nebo jak dlouho dokážeme zařízení provozovat před dobitím baterie. Většina lidí nemyslí na to, z čeho jsou vyrobeny komponenty v jejich elektronických zařízeních. I když se každé zařízení liší svou konstrukcí, všechna tato zařízení mají jednu společnou věc - elektronické obvody se součástmi, které obsahují chemické prvky křemík a germanium.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Křemík a germanium jsou dva chemické prvky zvané metaloidy. Křemík i germanium lze kombinovat s dalšími prvky zvanými dopanty a vytvářet elektronická zařízení v pevné fázi, jako jsou diody, tranzistory a fotoelektrické články. Primárním rozdílem mezi křemíkovými a germaniovými diodami je napětí potřebné k zapnutí diody (nebo k „předpětí“). Křemíkové diody vyžadují k předpětí předpětí 0,7 voltu, zatímco germaniové diody vyžadují k předpětí pouze 0,3 voltu.
Jak způsobit, aby metaloidy prováděly elektrické proudy
Germanium a křemík jsou chemické prvky zvané metaloidy. Oba prvky jsou křehké a mají kovový lesk. Každý z těchto prvků má vnější elektronový obal, který obsahuje čtyři elektrony; tato vlastnost křemíku a germania ztěžuje tomu, aby kterýkoli prvek v jeho nejčistší formě byl dobrým elektrickým vodičem. Jedním ze způsobů, jak způsobit, aby metaloid volně vedl elektrický proud, je jeho zahřátí. Přidání tepla způsobí, že se volné elektrony v metaloidu rychleji pohybují a volněji cestují, což umožňuje jejich aplikaci protékat elektrický proud, pokud je rozdíl napětí v metaloidu dostatečný k tomu, aby skočil do vedení kapela.
Představujeme dopingy křemíku a germániu
Dalším způsobem, jak změnit elektrické vlastnosti germania a křemíku, je zavedení chemických prvků zvaných dopanty. Prvky jako bór, fosfor nebo arsen se nacházejí na periodické tabulce v blízkosti křemíku a germania. Když se do metalloidu zavedou dopující látky, dopující látka buď poskytne další elektron do vnějšího elektronového obalu metaloidu, nebo zbaví metaloid jednoho z jeho elektronů.
V praktickém příkladu diody je kus křemíku dotován dvěma různými dopujícími látkami, jako je bór na jedné straně a arzenik na druhé straně. Bod, kde se strana dotovaná bórem setkává se stranou dotovanou arzenem, se nazývá křižovatka P-N. U křemíkové diody se strana dotovaná bórem nazývá „křemík typu P“, protože zavedení boru zbavuje křemík elektronu nebo zavádí elektronovou „díru“. Na na druhé straně se křemík dotovaný arzenem nazývá „křemík typu N“, protože přidává elektron, což usnadňuje tok elektrického proudu, když je na něj přivedeno napětí dioda.
Protože dioda funguje jako jednosměrný ventil pro tok elektrického proudu, musí být na obě poloviny diody aplikován napěťový rozdíl a musí být aplikován ve správných oblastech. V praxi to znamená, že kladný pól zdroje energie musí být přiveden na vodič směřující k Materiál typu P, zatímco záporný pól musí být aplikován na materiál typu N, aby dioda mohla vést elektřina. Když je dioda správně napájena a dioda vede elektrický proud, říká se, že dioda je předpjatá. Když jsou záporný a kladný pól zdroje energie aplikovány na materiály s opačnou polaritou diody - kladný pól do Materiál typu N a záporný pól materiálu typu P - dioda nevede elektrický proud, což je stav známý jako reverzní zkreslení.
Rozdíl mezi germániem a křemíkem
Hlavní rozdíl mezi germaniovými a křemíkovými diodami je napětí, při kterém elektrický proud začíná volně proudit přes diodu. Germániová dioda obvykle začíná vést elektrický proud, když napětí správně přivedené přes diodu dosáhne 0,3 voltu. Křemíkové diody vyžadují pro vedení proudu více napětí; k vytvoření předpětí v křemíkové diodě je zapotřebí 0,7 voltu.