Fysiikka 6: luku 4.1 Puolijohteet ja puolijohdekomponentit

Muista, että kondensaattorityyppejä ovat säätökondensaattori, elektrolyyttikondensaattori ja levykondensaattori. Muista sekin, että kun levykondensaaattori ladataan tiettyyn jännitteeseen ja levyjen väliin työnnetään eristelevy, kondensaattorin jännite alenee ja kapasitanssi suurenee. Varaus ei tällöin purkaudu.

4.1 Puolijohteet ja puolijohdekomponentit

Puolijohteilla on monia sellaisia ominaisuuksia, joita ei ole johteilla eikä eristeillä. esim puolijohteen sähkönjohtokykyyn voidaan vaikuttaa. Eniten käytettyjä puolijohteita ovat pii (Si), germanium (Ge) ja gallium (Ga).

Johteissa on runsaasti elektroneja, jotka voivat liikkua johteen sisällä vapaasti. Nämä vapaat elektronit kuljettavat sähkövarausta ja aiheuttavat sähkövirran, kun johde on ulkoisessa sähkökentässä. Eristeissä atomien kaikki elektronit ovat kiinnittyneinä atomeihin, joten sähkövirtaaa ei voi olla.

Myös puolijohteessa elektronit muodostavat atomien välisiä sidoksia, mutta osa niistä on kiinnittynyt atomeihin löysemmin kuin eristeiden elektronit. Elektroneja voi irrota atomeista esim lämpöliikkeen seurauksena, ja ne voivat liikkua puolijohteessa vapaasti. Puolijohteista valmistetaan erilaisia komponentteja, kuten diodeja, transistoreja ja mikropiirejä.

 

Diodi

Diodia käytetään elektroniikassa mm. vaihtojännitteen tasasuuntauksessa sekä erilaisina kytkiminä ja ilmaisimina. Tasasuuntauksessa vaihtovirta muutetaan tasavirraksi ja vaihtojännite tasajännitteeksi. Esim kännykän ja kannettavan tietokoneen akkulaturi muuntaa sähköverkon vaihtojännitteen akun lataamiseen sopivaksi tasajännitteeksi. Diodin toiminta tasasuuntaajana perustuu siihen, että sähkövirta voi kulkea sen läpi vain yhteen suuntaan. Nykyisin käytössä olevat diodit valmistetaan puolijohteista.

Ledit eli loistediodit ovat puolijohdediodeja, jotka säteilevät valoa, kun niiden läpi johdetaan sähkövirta. Ledejä käytetään esim sähkölaitteiden merkkivaloina, hälytysajoneuvojen vilkkuvaloissa, autojen etu- ja takavaloissa sekä videonäytöissä ja valaistuksessa. Ledivalojen käyttöikä on pitkä ja niiden ylläpitokustannukset ovat alhaiset.

Ledejä valmistetaan esim galliumarsenidista (GaAs), galliumarsenidifosfidista (GaAsP) ja galliumfosfidista (GaP). Ledin valmistusmateriaali määrää ledin lähettämän valon aallonpituuden ja sitä kautta valon värin. Lisäksi ledin väriä voidaan muokata ledin pintaan lisätyillä kalvoilla ja pinnoitteilla. Muita puolijohdediodeja ovat zenerdiodi ja  fotodiodi.

Päästösuuntaan kytketyn diodin läpi voi kulkea sähkövirta. Tällöin ledin anodi on kytketty jännitelähteen plusnapaan. Kun ledin anodi kytketään jännitelähteen miinusnapaan, diodin läpi ei kulje sähkövirtaa ja se on tällöin kytketty estosuuntaan.