11 POLOVODIČE

Mají větší měrný elektrický odpor než kovy, ale s teplotou se rychle zmenšuje. Mezi polovodiče patří např. Si, Ge, C, Se, Te.

11.1 VLASTNÍ POLOVODIČE
Při větších teplotách krystalu Si mohou kmity atomů vyvolat porušení vazeb. Vznikají volné elektrony a díry. Díra je obsazena valenčním elektronem ze sousední vazby, zanikne, ale vytvoří se nová na místě onoho valenčního elektronu (rekombinace).
Volné elektrony a díry se pohybují neuspořádaně. Po připojení se pohybují díry ve směru intenzity a volné elektrony proti směru.
Tuto vodivost nazýváme vlastní vodivost polovodiče.
Elektrický proud se skládá ze dvou složek: elektronového a děrového proudu.

11.2 PŘÍMĚSOVÉ (NEVLASTNÍ) POLOVODIČE
Pro zvýšení hustoty volných elektronů a děr se používají příměsi (atomy s oxidačním číslem 5 nebo 3). Vedle vlastní vodivosti vzniká vodivost příměsová.
Atomy pětimocných prvků (donory – např. P) tvoří elektronovou vodivost (pátý elektron zůstává slabě vázaný na atom a již při malých teplotách se stává volným). Polovodiče s elektronovou vodivostí se nazývají polovodiče typu N.
Atomy trojmocných prvků (akceptory – např. B) tvoří děrovou vodivost (chybí jeden valenční elektron na zaplnění vazby a vzniká díra). Polovodiče s děrovou vodivostí se nazývají polovodiče typu P.

11.3 POLOVODIČOVÁ DIODA
Na rozhraní dvou polovodičů, kde se mění vodivost P na N, vzniká přechod PN.
Volné nosiče náboje (elektrony v oblasti N a díry v P) konají neuspořádaný pohyb. Na rozhraní oblastí vzájemnou rekombinací zanikají. Proto v blízkosti přechodu převládne působení nepohybujících se kladných donorů v oblasti N a záporných akceptorů v oblasti P. Vzniká elektrické napětí, které zabraňuje další difúzi elektronů a děr – hradlová vrstva.
Připojíme-li k části P kladnou svorku zdroje napětí, elektrické napětí na přechodu se sníží, díry jsou opět přitahovány do N a volné elektrony do P. Obvodem prochází elektrický proud a přechod PN je zapojen v propustném směru.
Při záměně polarity zdroje jsou volné elektrony a díry od přechodu odpuzovány a obvodem prochází jen velmi malý proud. Přechod je zapojen v závěrném směru.
Voltampérová charakteristika diody – napětí nesmí překročit průrazné napětí (UP), jinak dojde ke zničení diody a prudkému růstu proudu.
Značka diody: .

11.4 TRANZISTOR
Obsahuje dva přechody PN.
Střední část tranzistoru je báze, další dvě jsou emitor a kolektor. Báze je velmi tenká.
Velmi malé napětí vyvolává v obvodu báze proud, který je příčinou vzniku značného proudu v kolektorovém obvodu.
To je podstatou tranzistorového jevu: Elektrony pronikají z emitoru do báze, ale protože je objem báze velmi malý, nemohou všechny elektrony rekombinovat s dírami. Současně jsou elektrony silně přitahovány kladným kolektorem a mohou procházet a vytvořit kolektorový proud.
Na obrázku je tranzistor zapojen se společným emitorem.
Proudový zesilovací činitel: Udává závislost kolektorového proudu na bázovém proudu (v praxi dosahuje hodnot okolo 100).
Tranzistor využíváme k zesílení napětí.

11.5 POLOVODIČOVÉ SOUČÁSTKY V PRAXI
Termistor – bez přechodu PN. Měřením odporu můžeme zjistit teplotu dané látky.
Polovodičové diody – při zapojení do střídavého proudu pracuje jako jednocestný (viz. obr.) nebo dvoucestný usměrňovač.
Tranzistor – pracuje jako zesilovač. Zesílení: . Vstupní a výstupní napětí mají opačnou fázi. Pro větší zesílení se používají vícestupňové zesilovače.
Fotorezistor – vychází z fotoelektrického jevu. Prochází proud úměrný intenzitě světla.
Integrované obvody a mikroprocesory – v jediném krystalu křemíku lze vytvořit nejen diodu nebo tranzistor, ale i rezistory, kondenzátory, vodivé spoje apod. Mikroprocesor na jediné malé des-tičce křemíku soustřeďuje tisíce diod, tranzistorů a rezistorů.