Basic-electronics-energy-bands
ベーシックエレクトロニクス-エネルギーバンド
気体物質では、分子の配列は近くありません。 液体では、分子配列は中程度です。 しかし、固体では、分子は非常に密に配置されているため、分子の原子内の電子は隣接する原子の軌道に移動する傾向があります。 したがって、原子が一緒になると電子軌道が重なります。
固体内の原子の混合により、単一のエネルギーレベルではなく、エネルギーレベルのバンドが形成されます。 密集しているこれらのエネルギーレベルのセットは、*エネルギーバンド*と呼ばれます。
バランスバンド
電子は特定のエネルギーレベルで原子内を移動しますが、最も内側のシェルの電子のエネルギーは最も外側のシェルの電子よりも高くなります。 最も外側のシェルに存在する電子は、*バランス電子*と呼ばれます。
一連のエネルギーレベルを含むこれらの価電子は、価電子帯と呼ばれるエネルギー帯を形成します。 *価電子帯*は、_最も高い占有エネルギーを有するバンド_です。
伝導帯
原子価電子は核に非常にゆるく結合しているため、室温でさえも、価電子のほとんどはバンドから自由になりません。 これらは、隣接する原子に向かって移動する傾向があるため、「自由電子」と呼ばれます。
これらの自由電子は、導体に電流を伝導するため、*伝導電子*と呼ばれます。 伝導電子を含むバンドは、*伝導バンド*と呼ばれます。 伝導帯は、_最低の占有エネルギーを持つ帯域_です。
禁断のギャップ
価電子帯と伝導帯の間のギャップは、*禁止エネルギーギャップ*と呼ばれます。 名前が示すように、このバンドはエネルギーのない禁じられたバンドです。 したがって、このバンドには電子が残りません。 価電子は、伝導帯に移動しながら、これを通過します。
禁制エネルギーギャップが大きければ、価電子帯の電子が核に強く結合していることを意味します。 現在、電子を価電子帯から押し出すために、禁制エネルギーギャップに等しい外部エネルギーが必要です。
次の図は、価電子帯、伝導帯、禁制帯を示しています。
禁制帯のサイズに応じて、絶縁体、半導体、導体が形成されます。
がいし
絶縁体は、大きな禁止されたギャップのために伝導が行われないような材料です。 例：木材、ゴム。 絶縁体のエネルギーバンドの構造は、次の図に示すとおりです。
特徴
絶縁体の特徴は次のとおりです。
- 禁制エネルギーのギャップは非常に大きいです。
- 価電子帯の電子は原子にしっかりと結合しています。
- 絶縁体の禁制エネルギーギャップの値は10eVになります。
- 一部の絶縁体では、温度が上昇すると、ある程度の伝導を示す場合があります。
- 絶縁体の抵抗率は、107オームメートルのオーダーです。
半導体
半導体は、禁止されたエネルギーギャップが小さく、外部エネルギーが加えられると伝導が起こるような材料です。 例：シリコン、ゲルマニウム。 次の図は、半導体のエネルギーバンドの構造を示しています。
特徴
半導体の特徴は次のとおりです。
- 禁制エネルギーのギャップは非常に小さいです。
- Geの禁制帯幅は0.7eVですが、Siの場合は1.1eVです。
- 半導体は実際には絶縁体でも良い導体でもありません。
- 温度が上昇すると、半導体の導電率が増加します。
- 半導体の導電率は、102モーメータ程度です。
指揮者
伝導体は、価電子帯と伝導帯が重なるほど非常に近くなると禁止されたエネルギーギャップがなくなるような材料です。 例：銅、アルミニウム。 次の図は、導体のエネルギーバンドの構造を示しています。
特徴
以下は導体の特性です。
- コンダクターに禁止されたギャップはありません。
- 価電子帯と伝導帯が重なります。
- 伝導に利用できる自由電子はたくさんあります。
- 電圧がわずかに増加すると、伝導が増加します。 *電子の連続した流れが電流に寄与するため、ホール形成の概念はありません。
重要な用語
次の章に進む前に、ここでいくつかの重要な用語について議論する必要があります。
現在
それは単に電子の流れです。 電子または荷電粒子の連続的な流れは、電流と呼ばれます。* I または *i で示されます。 *アンペレス*で測定されます。 これは、交流ACまたは直流DCです。
電圧
それは電位差です。 2点間で電位差が生じると、それら2点間で測定された電圧差があると言われます。 V で示されます。 *ボルト*で測定されます。
抵抗
それは電子の流れに対抗する性質です。 この特性の所有は、抵抗率と呼ぶことができます。 これについては、後で詳しく説明します。
オームの法則
上記の用語では、すべての電子部品の動作に非常に重要な標準法則があります。これはオームの法則と呼ばれます。 これは、理想的な導体の電流と電圧の関係を示しています。
オームの法則によれば、理想的な導体の電位差は、流れる電流に比例します。
V \：\ alpha \：\：I
理想的な導体には抵抗がありません。 しかし、実際には、すべてのコンダクターには抵抗があります。 抵抗が増加すると、電位降下も増加するため、電圧が増加します。
したがって、電圧は提供する抵抗に直接比例します。
V \：\ alpha \：\：R
V = IR
ただし、*電流は抵抗*に反比例します。
V \：\ alpha \：\：I \：\ alpha \：\：\ frac \ {1} \ {R}
I = V/R
したがって、実際には、オームの法則は次のように述べることができます-
オームの法則によれば、導体を流れる電流は、導体間の電位差に比例し、導体が提供する抵抗に反比例します。
この法則は、回路の分析に役立つ3つの中の未知のパラメーターの値を決定するのに役立ちます。
