2. Диоди и токоизправители

2.1. P-N преход

Полупроводниците са вещества от четвърта валентност. За тях е характерно, че валентните електрони обикалят едновременно между две съседни ядра, като с електрон от съседно ядро образуват електронна двойка върху обща орбита. Когато всички атоми от един кристал са осигурени с двойки от електрони, целият кристал е електрически неутрален и има поведението на отличен изолатор. Такъв кристал може да бъде само този, в който няма примеси. Следователно чистият силиций, от който най-често се произвеждат електронните елементи, е отличен изолатор, защото около всички атоми обикалят окомплектовани двойки електрони.

Фиг. 2.1

На Фиг. 2.1 е показана кристална структура, която е от четвърта валентност, но в нея са добавени атоми от пета валентност. Вижда се, че четири от валентните електрони образуват с електрони от съседните атоми двойки, а един електрон остава свободен. Този електрон започва да си търси орбита, като измества някой от другите валентни електрони. Изместеният електрон също започва да си търси орбита, като се стреми да измести друг електрон и т.н.

Всички електрони за всички вещества са еднакви, т.е. те не носят белези на веществото. За това се казва, че във веществото започват хаотично да се движат свободни електрони, но това не са едни и същи електрони, а електрони, който в даден момент се усещат, че върху една орбита са станали три вместо два, и третият е нежелан.

На Фиг.2.2 е показана структура на кристал от четвърта валентност, в който има примес от трета валентност. Вижда се че електрони от три съседни ядра образуват електронни двойки с трите валентни електроните от примеса. За четвъртата орбита не достига един електрон и тя остава само с един. Такава орбита се нарича дупка. Дупката е нетрайна и много скоро върху нея попада електрон от съседна двойка, Във всеки момент от време обаче остава да съществува орбита с един електрон, която се движи хаотично в обема на кристала.

Фиг. 2.2

На този принцип са създадени два вида полупроводници P и N. Ако се приложи електростатично поле, и електроните, и дупките придобиват насочено движение, т.е предизвикват протичането на електрически ток. Полупроводникът, в който има излишък на електрони, се нарича полупроводник с електронна (негативна) проводимост и се означава като N полупроводник. Този, в който не достигат електроните, се нарича полупроводник с дупчеста (позитивна) проводимост и се