Polovodičová dióda: Elektronická súčiastka s jedným PN prechodom

Polovodičové diódy sú základné elektronické súčiastky, ktoré majú široké využitie v rôznych elektronických obvodoch. Ich fungovanie je založené na vlastnostiach PN prechodu, ktorý umožňuje prúdenie elektrického prúdu len jedným smerom. V tomto článku sa podrobne pozrieme na princíp fungovania PN prechodu, vlastnosti polovodičových diód, ich rôzne typy a aplikácie.

Elektrický obvod a jeho súčasti

Elektrický obvod je súhrn všetkých prvkov (súčiastok) tvoriacich uzavretú cestu pre elektrický prúd. Je to vodivé spojenie rôznych prvkov, napríklad, spínačov, rezistorov, žiaroviek atď. Prvky sú usporiadané v jednoduchých alebo zložitých kombináciách a sú pripojené na elektrický zdroj. Keď k vám príde elektrikár alebo opravár opraviť nejaké elektrické zariadenie, potrebuje vedieť, kde je v ňom čo a ako zapojené. Na to mu slúži schéma, kde je celý obvod zaznamenaný. Do schémy zaznamenávame zapojenie všetkých prvkov (súčiastok) pomocou schematických značiek.

Sériové a paralelné zapojenie

Sériovo (za sebou) - súčiastky sú pekne za sebou jedna po druhej zapojené. Ak sa ktorákoľvek súčiastka v takomto zapojení poškodí, obvod už nie je uzatvorený, netečie ním prúd, a tak nefungujú ani ostatné spotrebiče. Kedysi bývali sériovo zapojené svetielka na vianočnom stromčeku.

Ak obvod obsahuje len sériové zapojenia (čiže nemá žiadne uzly), nazývame ho jednoduchý. Ak obvod obsahuje aj nejaké paralelné zapojenie (čiže má aspoň dva uzly), nazývame ho rozvetvený (zložený).

Paralelne - Opäť zanedbávame maličký odpor vodičov.

Prečítajte si tiež: Tančiarne pre seniorov v apríli

Pri kombináciách sériového a paralelného zapojenia využívame, čo sme sa doteraz naučili. Príklady riešime tak, že postupne riešime rôzne časti obvodu a tak si ho zjednodušujeme.

Vzťahy medzi prúdom, napätím a odporom

Pri sériovom zapojení sa obvod nikde nevetví, prúd sa nemôže rozdeliť do jednotlivých vetiev, a tak bude v celom obvode rovnaký (I=const). Súčet odporov jednotlivých spotrebičov sa rovná celkovému odporu obvodu (R=R1+R2). Elektromotorické napätie zdroja sa bude rovnať súčtu napätí jednotlivých spotrebičov (U=U1+U2). Keď si to zovšeobecníme, dostaneme tzv. 2. Kirchhoffov zákon: V jednoduchom uzavretom obvode.

Pri paralelnom zapojení bude napätie v každej vetve rovnaké a bude sa rovnať svorkovému napätiu zdroja. Keďže prúd sa rozvetvuje do jednotlivých vetiev, tak celkový prúd obvodu sa rovná súčtu odporov jednotlivých spotrebičov (I=I1+I2). Keď si to zovšeobecníme, dostaneme tzv. 1. Kirfoffov zákon: Súčet prúdov, ktoré do uzla vstupujú sa rovná súčtu prúdov, ktoré z neho vystupujú. Algebrický súčet (čiže ak prúdy vstupujúce do uzla považujeme za kladné a prúdy vystupujúce z uzla za záporné) všetkých prúdov v uzle dokopy sa rovná nule. Nakoniec si odvodíme celkový odpor. Vieme, že prúd sa sčítava a vypočítame ho podľa vzorca I=U/R. Z toho vyplýva, že U/R=U/R1+U/R2. Keďže napätie je konštantné, môžeme ním danú rovnicu vydeliť a dostaneme vzorec: 1/R=1/R1+1/R2, čiže prevrátená hodnota celkového odporu sa rovná súčtu prevrátených hodnôt odporov jednotlivých spotrebičov. Klasickými ekvivalentnými úpravami rovnice si vieme odvodiť, že v prípade dvoch spotrebičov v obvode vypočítame celkový obvod podľa tohto vzorca: R=R1•R2/R1+R2.

Elektrická sieť

Elektrická sieť je rozvetvený elektrický obvod, v ktorom sa nachádza viac zdrojov. Pri počítaní s nimi využívame Kirchhoffove zákony. Zdroje musia byť zapojené tak, aby sa striedal kladný pól zo záporným, ináč by obvod nefungoval.

Princíp fungovania PN prechodu

Polovodičová dióda sa skladá z dvoch typov polovodičov: polovodiča typu P (s prevahou dier) a polovodiča typu N (s prevahou elektrónov). Na rozhraní týchto dvoch polovodičov vzniká PN prechod, ktorý má unikátne elektrické vlastnosti.

Prečítajte si tiež: Obmedzenia pri predčasnom dôchodku

Vznik PN prechodu

Čo sa stane, ak prepojíme dva polovodiče s rôznym typom vodivosti (čiže jeden typu P s druhý typu N)? Vtedy vznikne difúzia voľných elektrónov z časti N do časti P a naopak, difúzia dier z časti P do časti N. V časti N v blízkosti rohrania zostanú nevykompenzované kladné ióny donorov. V blízkosti rozhrania sa utvára prechod PN ako elektrická dvojvrstva s iónmi opačnej polarity. Vzniknuté elektrické pole zabraňuje ďalšej difúzii majoritných voľných častíc s nábojom.

Pri spojení polovodičov typu P a N dochádza k difúzii nosičov náboja. Elektróny z N-oblasti difundujú do P-oblasti a diery z P-oblasti difundujú do N-oblasti. Pri tejto difúzii dochádza k rekombinácii elektrónov a dier v oblasti PN prechodu, čím sa vytvára oblasť bez voľných nosičov náboja, tzv. ochudobnená vrstva alebo hradlová vrstva. V tejto vrstve sa vytvára elektrické pole, ktoré bráni ďalšej difúzii nosičov náboja.

Polarizácia PN prechodu

PN prechod môže byť polarizovaný dvoma spôsobmi:

• Priama polarizácia: Ak kladnú svorku zdroja pripojíme k polovodiču typu P a zápornú svorku k polovodiču typu N, tak elektrické pole prechodu PN sa účinkom elektrického poľa zo zdroja napätia zoslabí. Voľné elektróny a diery prejdú do oblasti prechodu a odpor prechodu sa tak zmenší. Anóda (P-oblasť) je pripojená na kladný pól zdroja a katóda (N-oblasť) na záporný pól zdroja. V tomto prípade sa znižuje šírka ochudobnenej vrstvy a potenciálová bariéra. Ak napätie vonkajšieho zdroja zruší potenciálovú bariéru, cez PN prechod začne prechádzať prúd.
• Záverná polarizácia: Ak kladnú svorku zdroja pripojíme k polovodiču typu N a zápornú svorku k polovodiču typu P, tak elektrické pole prechodu PN sa účinkom elektrického napätia zo zdroja napätia zosilní. Odpor prechodu sa tak podstatne zmenší. Obvodom prechádza iba veľmi malý prúd tvorený iba menšinovými voľnými časticami (tzv. Závislosť elektrického odporu polodvodiča s prechodom PN od polarity vonkajšieho zdroja napätia pripojeného k polovodiču nazývame diódový jav. Anóda (P-oblasť) je pripojená na záporný pól zdroja a katóda (N-oblasť) na kladný pól zdroja. V tomto prípade sa rozširuje šírka ochudobnenej vrstvy a zvyšuje potenciálová bariéra. Cez PN prechod prechádza len veľmi malý prúd, tzv. záverný prúd.

Voltampérová charakteristika diódy

Voltampérová (VA) charakteristika diódy poskytuje základnú informáciu o jej vlastnostiach.

• Priamy smer (1. kvadrant): V tejto oblasti dióda vedie prúd. Prúd exponenciálne rastie s rastúcim napätím.
• Nepriamy smer (3. kvadrant): V tejto oblasti dióda nevedie prúd (okrem malého záverného prúdu).

Prahové napätie

V priamom smere začína dióda viesť prúd až po dosiahnutí určitého napätia, tzv. prahového napätia (U(TO)). Hodnota prahového napätia závisí od materiálu diódy a teploty. Pre kremíkové diódy je typická hodnota okolo 0,7 V, pre germániové diódy okolo 0,3 V.

Prečítajte si tiež: Úrady: Sociálna poisťovňa, daňový úrad – názvy a skratky

Úbytok napätia v priepustnom smere

V priepustnom smere môže byť úbytok napätia na dióde (DUD) v rozmedzí 0,6 až 1,2 V.

Prierazné napätie

V nepriamom smere prechádza diódou len veľmi malý prúd až do dosiahnutia určitého záverného napätia, tzv. prierazného napätia. Pri prekročení prierazného napätia dochádza k prudkému nárastu prúdu a môže dôjsť k poškodeniu diódy.

Rozdelenie diód

Dióda je elektronická súčiastka s dvoma elektródami, ktorá (ideálne) vedie elektrický prúd len jedným smerom. Hovoríme, že prúd usmerňuje. V starších textoch sa ako dióda (v užšom zmysle) niekedy označovala vákuová dióda, v novších textoch sa ako dióda (v užšom zmysle) označuje polovodičová dióda.

Z konštrukčno-technologického hľadiska:

• Hrotová dióda
• Plošná dióda
• Štvorvrstvová dióda
• Dióda s privareným hrotom

Z funkčného hľadiska:

• Usmerňovacia dióda [môže ísť aj o vákuovú diódu]
• Demodulačná dióda (detekčná dióda) [môže ísť aj o vákuovú diódu]
• Spínacia dióda [môže ísť aj o vákuovú diódu]
• Zenerova dióda
• Lavínová dióda
• Gunnova dióda
• Schottkyho dióda
• Kapacitná dióda (varikap a varaktor)
• Tunelová dióda (Esakiho dióda)
• Luminiscenčná dióda (LED)
• Fotodióda
• Laserová dióda
• Magnetodióda

Typy polovodičových diód

Existuje mnoho typov polovodičových diód, ktoré sa líšia svojimi vlastnosťami a použitím. Medzi najbežnejšie typy patria:

Usmerňovacia dióda

Je najjednoduchšia polovodičová súčiastka s jedným PN prechodom. Využíva sa na usmerňovanie striedavého prúdu, t.j.

Zenerova dióda

Je špeciálny typ diódy, ktorý sa používa na stabilizáciu napätia. Jej charakteristika je podobná charakteristike obyčajnej diódy, až na prierazné napätie UZen (tzv. Zenerovo napätie). Pri prekročení Zenerovho napätia v závernom smere sa napätie na dióde takmer nemení.

Schottkyho dióda

Je polovodičová dióda využívajúca usmerňovacie vlastnosti priechodu kov-polovodič. Schottkyho diódy sú veľmi rýchle a majú nízky úbytok napätia v priepustnom smere (UP ≈ 0,25V). Používajú sa v spínaných zdrojoch a iných aplikáciách vyžadujúcich rýchle spínanie.

Tunelová dióda (Esakiho dióda)

Je polovodičová dióda, ktorá sa vyrába zo silne dotovaného germánia alebo arzenidu gália. Vyznačuje sa oblasťou so záporným dynamickým odporom vo VA charakteristike, čo sa využíva na zostrojenie oscilátorov a zosilňovačov až do veľmi vysokých frekvencií (f = 10GHz).

LED dióda (Light Emitting Diode)

Je elektronická polovodičová súčiastka, ktorá obsahuje P-N prechod a vyžaruje svetlo pri prechode prúdu v priepustnom smere. Keď elektrón v dióde zapojenej v priepustnom smere prejde prechodom a zaplní dieru, jeho energia sa zníži (keďže bude zastabilizovaný). Keďže sa jeho energia zníži, tak v zmysle zákona zachovania energie sa nejaká energia musí vypustiť von. To sa v dióde deje jej vyžiarením vo forme elektromagnetického vlnenia. Vlnová dĺžka vyžiareného elektromagnetického vlnenia závisí najmä od druhu prímesových atómov v polovodičoch, z ktorých sa dióda skladá. Pri správnej kombinácii týchto atómov vieme dosiahnuť, aby dióda vyžiarila viditeľné svetlo. Tak sme vyrobili svetelnú (luminiscenčnú) diódu. Farba vyžarovaného svetla závisí od chemického zloženia polovodiča. LED diódy sa používajú ako indikátory, zobrazovacie prvky a na osvetľovacie účely.

RGB LED dióda

Je zložená z troch LED čipov vyžarujúcich červené, zelené a modré svetlo.

Fotodióda

Je plošná polovodičová dióda konštrukčne upravená tak, aby do oblasti PN priechodu prenikalo svetlo. Vplyv osvetlenia PN priechodu môžeme sledovať v polarizácii diódy v závernom smere, kedy dochádza k lineárnemu rastu anódového prúdu pri rovnomernom zväčšovaní osvetlenia. Dióda sa teda správa ako pasívna súčiastka, ktorej prúd v závernom smere je závislý na osvetlení. Používa sa na detekciu svetla a prenos dát prostredníctvom optických vláken.

Varikap (kapacitná dióda)

Je špeciálna polovodičová dióda slúžiaca ako napätím riadený kondenzátor. Šírka priechodu PN (hradlovej vrstvy) je v závernom smere závislá na napätí. S rastúcim napätím sa hradlová vrstva rozširuje, zatiaľ čo kapacita priechodu klesá. Používa sa v ladených obvodoch a iných obvodoch vyžadujúcich premennú kapacitu.

Funkcie diódy

Najdôležitejší typ je usmerňovacia dióda (staršie vákuová, dnes polovodičová). Je určená na výkonové usmernenie striedavého napätia. Znesie do tisíc voltov v závernom smere a bežne jednotky až desiatky ampérov v priepustnom smere. Výkonové usmerňovacie diódy, ktoré sa montujú na chladiče (zváračky, usmerňovače pre trolejbusy atp.), znesú stovky ampérov v priepustnom smere.

Použitie polovodičových diód

Polovodičové diódy majú široké využitie v rôznych elektronických obvodoch. Medzi najbežnejšie aplikácie patria:

• Usmerňovače: Na premieňanie striedavého prúdu na jednosmerný. Používajú sa v napájacích zdrojoch a iných zariadeniach vyžadujúcich jednosmerné napájanie.
• Ochranné obvody: Na ochranu obvodov pred prepätím a prepólovaním.
• Svetelné zdroje: LED diódy sa používajú ako energeticky úsporné a trvanlivé svetelné zdroje.
• Senzory: Fotodiódy sa používajú na detekciu svetla a meranie intenzity osvetlenia.
• Ladené obvody: Varikapy sa používajú na ladenie obvodov, napríklad v rozhlasových a televíznych prijímačoch.
• Logické obvody: Diódy sa používajú v jednoduchých logických obvodoch.

LED diódy: Princíp, konštrukcia a vlastnosti

LED diódy (Light Emitting Diodes) sú polovodičové súčiastky, ktoré vyžarujú svetlo pri prechode prúdu v priepustnom smere. Ich princíp fungovania je založený na elektroluminiscencii, čo je jav, pri ktorom dochádza k rekombinácii elektrónov a dier v PN prechode a uvoľňuje sa energia vo forme fotónov (svetla).

Konštrukcia LED diódy

LED dióda sa skladá z:

• Anóda: Kladný pól diódy.
• Katóda: Záporný pól diódy.
• Vodiče: Na pripojenie diódy k obvodu.
• Vlákno: Spojenie anódy s polovodičom.
• Polovodič: Materiál, ktorý vyžaruje svetlo.
• Epoxidová živica: Zapuzdrenie, ktoré chráni LED diódu a upravuje rozptyl svetla.
• Vodivý rám: Spojenie katódy s polovodičom.

Farba svetla

O farbe vyžarovaného svetla rozhoduje chemické zloženie polovodiča. LED diódy môžu vyžarovať svetlo v rôznych farbách, napríklad červené, zelené, modré, žlté, biele a infračervené.

Vlastnosti LED diód

• Vysoká účinnosť: LED diódy premieňajú veľkú časť elektrickej energie na svetlo.
• Dlhá životnosť: LED diódy majú dlhú životnosť, ktorá sa pohybuje v rozmedzí 30 000 až 90 000 hodín.
• Nízka spotreba energie: LED diódy spotrebujú menej energie ako klasické žiarovky.
• Malé rozmery: LED diódy sú malé a kompaktné.
• Odolnosť voči otrasom: LED diódy sú odolné voči otrasom a vibráciám.
• Smerové svetlo: Svetlo z LED diódy je smerové, čo umožňuje lepšie sústredenie svetla.

Použitie LED diód

LED diódy sa používajú v širokej škále aplikácií, napríklad:

• Osvetlenie: LED žiarovky, LED pásy, LED reflektory.
• Indikátory: LED diódy sa používajú ako indikátory stavu v elektronických zariadeniach.
• Zobrazovacie prvky: LED displeje, LED obrazovky.
• Automobilový priemysel: LED svetlá v automobiloch.
• Dopravná signalizácia: LED semafory.
• Diaľkové ovládače: Infračervené LED diódy sa používajú v diaľkových ovládačoch.

Starostlivosť o LED diódy

Aby LED osvetlenie vydržalo čo najdlhšie, je potrebné zabezpečiť optimálne chladenie. Pri inštalácii viacerých LED diód na menšiu plochu je nutné počítať s odpadovým teplom.

Príklady výpočtov obvodov s diódami

Príklad 1: Sériové zapojenie rezistorov

Zadanie: Máme daný obvod, ktorého schéma je zobrazená na obrázku dole. Svorkové napätie zdroja (U) je 4,5V. Odpor R1 je 10 ohmov, odpor R2 je 40 ohmov.

Odpoveď: Celkový odpor (R) je 50Ω a prúd prechádzajúci obvodom (I) je 0,09A.

Príklad 2: Paralelné zapojenie spotrebičov

Zadanie: Dva spotrebiče sú zapojené paralelne. Prvý z nich má odpor 60Ω a druhý 20Ω. Napätie je 12V.

Odpoveď: Prvým spotrebičom prechádza prúd 0,2A a druhým spotrebičom prechádza prúd 0,6A.

Príklad 3: Kombinácia sériového a paralelného zapojenia

Zadanie: V obvode sú zapojené tri rezistory podľa schémy na obrázku vpravo. Napätie zdroja je 150V.

Odpoveď: Celkový odpor obvodu je 43,1Ω. Celkový prúd je 3,48A. Spotrebiče v pravej časti obvodu sú navzájom zapojené sériovo. Spotrebič, ktorým sme si vyššie nahradili sériovo zapojené spotrebiče v pravej časti obvodu, je paralelne zapojený so spotrebičom vľavo od neho. Spotrebič, ktorým sme si vyššie nahradili paralelne zapojené spotrebiče v pravej časti obvodu je pripojený k ostatný spotrebičom sériovo.

Polovodiče a ich vlastnosti

V praxi úzko súvisí s výraznou závislosťou ich elektrických vlastností napr. Za porovnávaciu môžeme zvoliť napr. merný elektrický odpor V. striebro, meď, hliník, majú veľmi malý merný elektrický odpor, rádovo 10-6 W.m. Pre vodivé roztoky (elektrolyty), napr. soli, je rádovo 10-2 W.m. Izolanty (dielektriká), napr. charakterizuje naopak veľký merný elektrický odpor, rádovo väčší ako 109 W.m. W.m až 109 W.m. chemické prvky, napr. telúr Te a niektoré chemické zlúčeniny napr. kademnatý CdS. zmenšuje. Veľká teplotná závislosť odporu polovodiča sa v praxi využíva pri termistoroch. aj rýchlosť prúdenia tekutín. prúdenia tekutiny, ktorá obteká termistor. chemicky viazaný so štyrmi susednými atómami. približujúcich sa O K skutočne správa ako izolant. kmity atómov mriežky môžu vyvolať porušenie väzieb medzi atómami. priamo v pároch. Sú to voľné elektróny a tzv. kladným elektrickým nábojom). atómami. prislúchajúcimi tomu istému atómu v rovnovážnom stave. skutočnú časticu s nábojom, ako je napr. rovná hustote voľných elektrónov. zánik páru voľný elektrón - diera. (väzbový) elektrón. polovodičoch je pohyb voľných elektrónov a dier chaoticky. danom okamihu ešte neporušených) preskočí na miesto porušenej. intenzity tohto poľa. V polovodiči vznikne elektrický prúd (jav). elektrónmi atómov polovodičov. vyplýva, že so zvyšujúcou teplotou, napr. zvyšuje sa hustota voľných elektrónov a dier. polovodiča a pre závislosť medzi napätím a prúdom Ohmov zákon neplatí. závislosť merného odporu je zväčša nevýhodná. výrazne závisia od prímesí. fosforu (substitučný atóm). Fosfor má päť valenčných elektrónov. čím zastúpia štyri elektróny chýbajúceho atómu kremíka. už v chemickej väzby nemôže uplatniť. voľným elektrónom. je nadbytok voľných elektrónov. elektrónovou vodivosťou alebo tiež polovodič typu N. dierovou vodivosťou alebo polovodič typu P. mriežky kremíka zabuduje atóm trojmocného prvku, napr. Vznikne diera bez vzniku voľného elektrónu. slova donor - dárca). Donory teda poskytujú kryštálu voľné elektróny. kremík a germánium sú donormi napr. bizmut Bi. akceptory (od slova akceptor - príjemca). okolia prijať jeden väzbový elektrón, čím vznikajú diery. germánium sú akceptory napr. elektrónový alebo dierový prúd. alebo diery). (majoritné). menšom počte aj voľné častice s opačným nábojom, tzv. aktívnych prímesí. Medzi najdôležitejšie javy v polovodičoch, ktoré sa v praxi veľa využívajú, patria javy prebiehajúce na rozhraní dvoch polovodičov s rozličným typom vodivosti. jednom kúsku polovodiča. ako elektrická dvojvrstva s iónmi opačnej polarity. prechode PN zabraňuje ďalšej difúzii väčšinových voľných častíc s nábojom. Oblasť prechodu PN je takmer bez voľných nabitých častíc. elektróny v časti P. menšinových častí do susednej oblasti. voľných elektrónov, ktoré prejdú zľava doprava vplyvom elektrického poľa. isté platí pre prenos dier. častíc s nábojom. PN a tým veľké zväčšenie elektrického prúdu. nazýva sa diódový jav. dióda. prúd veľmi rýchlo zväčšuje. však môže veľkým prúdom prehriať a poškodiť. Pre prax má veľký význam - tranzistor. Je to prvok, ktorý obsahuje dva prechody PN. V súčasnosti sa používajú plošné tranzistory. Na protiľahlých stranách základnej polovodičovej platničky, napr. a P, príp. N,P a N. Podľa toho hovoríme o tranzistore PNP alebo NPN. tranzistora, nazvané zapojenie so spoločnou bázou. smere, kým prechod medzi bázou B a kolektorom C v záveternom smere. nepatrný záverný prúd. veľký ako emitorový prúd. sú priťahované kolektorom. bázou do kolektora. prúdu. kolektora nedostanú. prechádzajúceho prívodom bázy. zaradíme vhodný zaťažovací rezistor s odporom R (t.j. napätia zosilňovaného signálu. medzi kolektorom a emitorom. celkom vyjadriť jedným parametrom, dokonca ani niekoľkými parametrami. závislosť kolektorového prúdu IC od bázového prúdu IB pri konštantnom napätí UCE medzi kolektorom a emitorom. To je tzv.

Mikroprocesory a tranzistory

Mikroprocesor je základná jednotka počítača, ktorá pozostáva z množstva malých elektrických obvodov (integrované obvody) usporiadaných do blokov / segmentov na ukladanie čísel do pamäte a na spracovanie matematických operácií.

Tranzistor je polovodičová trióda a dnes je základným stavebným prvkom skoro každého elektronického zariadenia. Jeho 3 vrstvy sú zložené z atómov kremíka (kremík má vo valenčnej vrstve 4 elektróny), pričom N vrstva má občas namiesto kremíka atóm fosforu (prípadne hociktorý iný atóm s piatimi elektrónmi vo valenčnej vrstve) a P vrstva má občas namiesto kremíka atóm bóru (prípadne hociktorý iný atóm s tromi elektrónmi vo valenčnej vrstve). Susedné atómy zo štyroch strán zdieľajú po jednom svojom elektróne so susedom a tak naplnia svoju snahu mať plný počet 8 elektrónov vo valenčnej vrstve.

V N vrstve sa piaty elektrón (alebo vlastne deviaty) ľahko odtrhne a môže sa voľne pohybovať pomedzi atómy, čím robí materiál vodivým a označujeme ho písmenom N ako negatívny. V priestore okolo rozhrania sa utvára prechod PN ako elektrická dvojvrstva s iónmi opačnej polarity. Na rozhraní medzi NP naskáču najbližšie voľné elektróny z N vrstvy do najbližších dier v P vrstve a vytvoria tak líniu záporne nabitých atómov. Atómy pozdĺž línie majú pôvodný počet protónov v jadre, ale väčší počet elektrónov. Táto záporná línia potom odpudzuje ďalšie elektróny, ktoré by možno chceli naskákať do dier vnútornejšie v materiáli. Vzniknuté elektrické pole v prechode PN zabraňuje prechodom ďalších elektrónov. Keď však priblížime kladný elektrický pól k vrchnej časti P vrstvy, izolačná línia sa naruší, lebo kladný pól bude priťahovať všetky elektróny z okolia a vytvorí sa tak vodivý most medzi dvoma N vrstvami. Tento kladný elektrický pól stačí aby mal malé napätie, len na prebitie izolačnej línie (nad 0,7 volta).

Pomocou dvoch tranzistorov a žiarovky vieme vytvoriť obvod znázorňujúci logickú operáciu OR. Ak zapneme hociktorý vypínač, prúd sa k žiarovke dostane. Ak zmeníme prepojenie tak, že výstup z prvého tranzistora ide ako vstup do druhého tranzistora, potom vytvoríme logický obvod AND. Poďme skúsiť ešte inú logickú schému. Ak vytvoríme dva obvody s jedným zdrojom, prúd pôjde tam, kde je menší odpor. V prípade zapnutých oboch tranzistorov pôjde prúd radšej cez ne. Ak je táto cesta zahataná, prúd si vyberie ostávajúcu možnosť, a to žiarovku. Z týchto troch základných obvodov vieme vyrobiť obvod pre binárne sčítanie. Označme teraz tento zložitý tranzistorový obvod jedným obdlžníkom s nálepkou „Adder“ (z anglického sčítač) a zapojme za sebou viac takýchto sčítačov. Ako vie mikroprocesor násobiť? Program sa skladá z detailov. Piatich.

tags: #polovodičová #súčiastka #s #jedným #PN #prechodom