Réponses:
Les trous sont des espaces où un électron pourrait se trouver mais ne l'est pas actuellement. Comme tout trou dans le monde macroscopique, vous ne pouvez pas en déplacer un; c'est une absence. Tout ce que vous pouvez faire est de remplir le trou, ce qui crée un nouveau trou ailleurs. Nous pouvons à certains égards modéliser cela comme une particule imaginaire qui coule dans la direction opposée aux électrons (et donc dans la même direction que le courant), mais il n'y a pas de particule réelle se déplaçant dans cette direction. Comme la plupart des modèles, c'est une fiction pratique qui facilite les calculs.
Une bonne façon de penser à cela est d'imaginer une rampe inclinée avec une rainure pleine de billes sur la pente de la rampe. Lorsque vous retirez la bille inférieure, la pile derrière tout se déplace vers le bas et un trou apparaît en haut de la pile.
S'il est vrai que dans les cristaux, le mécanisme porteur des charges est des électrons, les trous sont plus qu'un simple espace réservé conceptuel. Toutes les équations fonctionnent aussi bien avec les trous que pour les électrons, vous pouvez faire les calculs et déterminer la masse effective des trous et la mobilité des trous (qui dans Si est environ 2,5 fois plus lente que les électrons). Donc, vous ne devriez pas considérer le fait qu'ils ne sont pas réels comme ils n'ont pas d'effets réels.
Comme ça:
A BCDEFG
^ here is a hole between two letters
Maintenant regardez-le "bouger":
AB CDEFG (Actually, B moved left)
ABC DEFG (C moved left)
ABCD EFG
ABCDE FG
ABCDEF G
Les trous ne bougent pas réellement, mais cela apparaît de cette façon. Lorsqu'un électron se déplace, un trou se ferme et un autre s'ouvre à proximité.
Chaque fois qu'une lettre se déplace d'un espace vers la gauche, un trou se déplace également d'un espace vers la droite. On peut considérer cette situation comme un mouvement de lettres vers la gauche, ou comme un mouvement de trous vers la droite. C'est équivalent.
Notez qu'en électronique, le courant est généralement décrit comme un flux de charges positives, d'un nœud à une tension plus positive vers un nœud à une tension plus négative. C'est ce qu'on appelle le courant conventionnel . Mais le courant réel est en fait constitué d'électrons qui vont du négatif au positif. Cette inversion n'a pas d'importance car le courant n'est qu'une abstraction mathématique. Toutes les équations décrivant le comportement du périphérique fonctionnent très bien.
Les scientifiques ont arbitrairement attribué des étiquettes "positives" et "négatives" aux charges, bien avant que la structure de l'atome ne soit connue. Il n'est donc apparu que plus tard que les charges qui se déplacent réellement à travers les conducteurs sont celles qui ont été étiquetées "négatives".
SEMI-CONDUCTEURS, DIODES ET TRANSISTORS
ÉLECTRONS ET TROUS
Pensons à une rangée de pièces de monnaie disposées en ligne, se touchant, sur une table. Déplacez le penny du côté droit de la largeur d'un centime vers la droite, en laissant un espace. Continuez ensuite à déplacer le sou à gauche de l'écart dans l'espace. Au fur et à mesure que vous avancez, tous les centimes se sont déplacés vers la droite, et l'écart s'est déplacé sur la table vers la gauche. Imaginez maintenant les sous sous forme d'électrons, et vous pouvez voir comment les électrons se déplaçant dans un sens à travers un semi-conducteur provoquent le déplacement des trous dans le sens opposé.
Pour étirer l'analogie, nous pourrions utiliser de petites piles de pièces de monnaie, donc beaucoup doivent se déplacer à droite avant qu'un trou ne se déplace à gauche. Ou nous pourrions avoir quelques pièces de monnaie et beaucoup d'espace pour que les trous se déplacent facilement lorsque les pièces de monnaie clairsemées sont déplacées à travers les larges lacunes. Ces deux cas modélisent les deux formes de silicium dopé, beaucoup d'électrons ajoutés et nous avons de type N, beaucoup de trous (électrons retirés) et nous avons de type P. Les types sont obtenus en mélangeant (dopant) le silicium avec de petites quantités d'autres métaux.
Les électrons devant lutter à travers les atomes d'un semi-conducteur, sa résistivité est relativement élevée. Les premiers semi-conducteurs utilisaient du germanium, mais, à l'exception de cas particuliers, le silicium est aujourd'hui le choix universel.
Le fil de cuivre peut être visualisé comme ayant de gros tas d'électrons de penny, tous rapprochés, donc un courant est le mouvement des quelques centimes au sommet des tas, aucun trou n'est produit du tout. Avec autant de ressources disponibles pour le courant, la résistivité, comme nous le savons, est faible.
DIODE
La diode semi-conductrice la plus courante (il existe d'autres types spécialisés) a une jonction entre le type N et le type P. Si une tension est appliquée à la diode, positive à l'extrémité de type N et négative à l'autre, les électrons sont tous attirés vers l'extrémité positive, laissant des trous à l'extrémité négative. Avec presque pas d'électrons au milieu, presque aucun courant ne peut circuler. La diode est "à polarisation inverse"
Lorsque la tension est appliquée dans l'autre sens, négative à l'extrémité de type N et positive au type P, les électrons sont attirés vers le milieu et peuvent traverser pour annuler les trous dans le type P et s'écouler dans le fil de connexion. À l'autre, la tension négative, à la fin, les électrons sont repoussés au milieu de la diode, pour être remplacés par ceux qui arrivent du fil, donc globalement un courant peut circuler facilement: la diode est polarisée en direct.
Les connexions à une diode sont appelées "anode" qui est l'extrémité positive lorsque la diode est polarisée en direct, et "cathode" qui est l'extrémité négative. Je me souviens de ceux-ci par analogie avec les mêmes termes pour les valves, qui ont besoin d'une tension positive élevée (HT pour "High Tension" - gardez vos doigts) à l'anode pour que le courant circule. Un bon mnémonique pour la polarité d'une diode polarisée vers l'avant pourrait être PPNN: "Positif, type P, type N, négatif".
Une diode varactor exploite le fait que deux zones de charge séparées, positive et négative, forment un condensateur brut. Ainsi, des diodes spécialement conçues sont conçues pour exploiter cela, lorsqu'elles sont inversées. La tension appliquée sépare les charges, formant une "couche d'épuisement" entre les contacts. L'augmentation de la tension inverse appliquée rend cette couche plus épaisse, réduisant ainsi la capacité, et vice versa. Les diodes varactor sont couramment utilisées dans les circuits accordés pour faire varier la fréquence, remplaçant les condensateurs à ailettes qui étaient utilisés à l'époque des vannes.
TRANSISTOR BIPOLAIRE
Un transistor bipolaire est un transistor dont le fonctionnement dépend à la fois des électrons et des trous. Il comprend deux diodes dos à dos partageant une couche centrale commune. L'une des bornes extérieures est le collecteur C et l'autre est l'émetteur E. La connexion centrale est la base B et fait partie des diodes CB et BE. Nous avons donc un sandwich à trois couches. En utilisation normale, la diode entre C et B est polarisée en inverse, donc sans la présence de la diode BE et de son effet, aucun courant ne circulerait, car tous les électrons sont tirés jusqu'à une extrémité de la section CB et les trous à l'autre extrémité, comme dans une diode, par la tension appliquée.
La diode BE est polarisée en direct, donc un courant peut circuler et le circuit externe est configuré pour limiter cela à une valeur assez petite, mais il y a encore beaucoup de trous et d'électrons qui traversent la base et l'émetteur.
Maintenant, le morceau intelligent. La connexion commune des diodes CB et BE à la base est très mince, de sorte que le flux d'électrons et de trous dans la partie BE remplace ceux que la tension inverse du collecteur a retirés, et un courant peut maintenant circuler à travers cette diode CB la direction inverse, puis à travers la jonction BE à polarisation directe vers l'émetteur et vers le circuit externe.
Je pense qu'il est évident que vous ne pouvez pas faire un transistor en soudant deux diodes dos à dos, l'action nécessite ce partage intime de la couche mince à l'intérieur du silicium.
Le courant du collecteur dépend de la circulation d'un courant de base et le transistor est conçu de sorte qu'un petit courant dans la diode BE ouvre la voie à un courant beaucoup plus important dans la jonction CB. Nous avons donc une amplification de courant. En utilisant des chutes de tension à travers des résistances externes, cela peut être converti en amplification de tension.
Ces transistors sont appelés "bipolaires" car ils ont effectivement deux jonctions.
J'ai soigneusement évité de mentionner le type de matériau dans les diodes CB et BE, les idées sont les mêmes pour les deux, et nous pouvons avoir NPN ou PNP comme couches possibles. La flèche dans le symbole, qui montre la direction du courant collecteur conventionnel (l'opposé du flux d'électrons), pointe dans la direction du côté négatif de la tension CE appliquée, donc le courant est "hors de P et dans N à la émetteur ".
TRANSISTOR À EFFET DE CHAMP, ou FET
Il existe de nombreux modèles de transistors à effet de champ différents, et c'est un regard très simpliste sur leur principe de base.
Ce sont des transistors "unipolaires", bien que le terme ne soit pas souvent utilisé, car leur fonctionnement ne dépend que des électrons et des champs électriques, pas des trous.
Ici, nous avons un seul bloc de silicium dopé, le "canal", avec des morceaux de type opposé sur les côtés, ou comme un anneau encerclant. Nous n'avons donc qu'une seule jonction de diode, appelée Gate G, entre les grumeaux ou l'anneau et le canal. Le canal agit comme une résistance, avec un courant qui passe par une extrémité, la source S, à l'autre le drain D.La jonction entre la porte et le canal est polarisée en inverse, donc aucun courant ne circule, mais il y a un champ électrique mis en place qui tire des charges, des électrons ou des trous, sur les côtés du canal, laissant moins disponible pour le courant SD. Ainsi, nous avons le courant SD contrôlé par la tension sur la grille.
Notez qu'il s'agit d'un appareil commandé en tension, pratiquement aucun courant ne pénètre dans ou hors de la porte. Pensez à la loi d'Ohm: Résistance = Volts / Ampères, et nous voyons qu'un courant très faible signifie une résistance très élevée, donc le FET aurait une très haute impédance d'entrée - son principal avantage sur Bi-Polar, où, par en revanche, il faut peu de tension pour envoyer le courant à travers la base, ce qui lui donne une faible impédance d'entrée