Risk'01

Elettronica generale

La conoscenza dei fenomeni che ci circondano è un diritto di tutti ed è patrimonio della società. Questi appunti non sono un testo ufficiale ma ben si appunti di elettronica dell’autore, il quale non ha alcun interesse a trarne alcun profitto economico e vieta qualsiasi distribuzione degli stessi a scopo di lucro. RiSk’01 Hitechfree Staff. La corrente elettrica: Ricordo che a scuola i professori per farmi comprendere cosa accade quando diamo tensione ad un circuito mi fecero l’esempio di un tubo nel quale facciamo passare dell’acqua. Come tipo di analogia può andare bene… ma per capire di cosa si stia parlando è bene conoscere la struttura atomica dei materiali per capire meglio il fenomeno e poterlo utilizzare per i nostri scopi. Gli atomi è ormai noto che contengono due tipi di particelle cariche, gli elettroni ed i protoni. Gli elettroni sono molto + leggeri dei protoni, essendo un protone 1840 volte + pesante di un elettrone… c’è da dire inoltre che la carica elettrica di un elettrone è negativa, mentre quella di un protone è positiva e che le due quantità di carica sono uguali e contrarie. I protoni sono condensati nel centro del nucleo dell’atomo mentre gli elettroni orbitano intorno al nucleo in gruppi chiamati bande. Le bande di elettroni orbitano suddivisi in strati e potete quindi immaginarvi una cipolla tanto per comprendere di cosa sto parlando… Il tutto è tenuto insieme da un legame atomico. In base a quanto detto vi anticipo che il fenomeno della conduzione elettrica avviene tramite gli elettroni e che gli elettroni che partecipano alla conduzione appartengono alla banda periferica, ossia quella + esterna di tutte, nota anche come banda di valenza o livello energetico di valenza. Un atomo isolato ha carica elettrica nulla, poiché , come già detto, la sua carica positiva è controbilanciata dalla carica negativa degli elettroni. Mettiamo per esempio che un elettrone si sganci dalla banda di valenza… a questo punto quindi l’atomo avrebbe una carica positiva di un unità elettrica e l’elettrone vacante sarebbe una carica negativa mobile. In base a questo evento l’atomo cercherà di bilanciare la perdita catturando una qualunque carica negativa mobile che si trovi nelle sue vicinanze. Ovviamente non sto certo a spiegarvi nello specifico come sia fatto un atomo e che tipo di leggi fisiche governano questo tipo di fenomeni… probabilmente farò un trattato a parte… per adesso vi basti sapere quanto sto scrivendo per capire cosa accade. Allora, ci siamo… un elettrone è fuggito e l’atomo ne cattura un altro… questo fenomeno è la ragione per cui esiste la conduzione elettrica. Una ragione per cui un elettrone abbandona l’atomo è che acquista sufficiente energia per sfuggire alla forza del legame atomico, ovvero che un agente esterno vinca il legame e lo attiri fuori dalla sua orbita. Questa energia può venire da svariate fonti e la + comune di tutte è la temperatura atmosferica che influisce nei materiali conduttori o semiconduttori. A temperatura ambiente quindi, molti elettroni, presenti nei materiali conduttori, acquistano sufficiente energia per staccarsi dagli atomi e vagare liberi nella materia. Applicare una tensione elettrica ad un materiale conduttore significa quindi sottoporre ad un campo di forza gli elettroni di valenza e che questa forza spinge gli elettroni verso il polo positivo del generatore, questo spostamento o flusso di corrente nel circuito viene ulteriormente specificato considerando la quantità di elettroni che passa da un atomo ad un altro si chiama intensità elettrica. Fin qui è + o – tutto chiaro vero? Allora tanto per complicarvi le cose sappiate che per convenzione è stato deciso di rappresentare che il flusso di corrente esca dal polo positivo e vada verso quello negativo… in pratica il flusso convenzionale della corrente è l’esatto contrario a quello fisico. Materiali conduttori e semiconduttori: Come già descritto nel paragrafo precedente in natura esistono dei materiali che a temperatura ambiente hanno degli elettroni che acquistano forza sufficiente per staccarsi dagli atomi e vagare liberi nella materia… più la quantità di elettroni liberi è grande e maggiore sarà il grado di conduttività del materiale preso in esame. Ovviamente questi elettroni liberi che vagano nella materia saranno catturati a loro volta da altri atomi che ne avranno perso uno… e il movimento di tali elettroni è quindi disordinato. Questo tipo di movimento dei portatori di carica si chiama corrente di diffusione ed è presente in molti materiali metallici in natura. Per quanto detto se un materiale avesse pochi o addirittura nessun atomo “povero” di un elettrone, la forza da applicare a tale materiale per consentire lo spostamento di elettroni sarebbe maggiore e quindi possiamo dire che tale materiale opponga resistenza al passaggio di elettroni. Non tutti i materiali sono idonei al passaggio di corrente e alcuni vengono appositamente fabbricati o trattati per adeguarli a determinati scopi. I materiali semiconduttori ad esempio sono: Silicio, germanio, arsenuro di gallio e fosfuro di gallio. Il silicio è il semiconduttore di gran lunga + usato ed è un elemento presente in natura in molti tipi di rocce e di pietre; per esempio la sabbia è biossido di silicio. Una caratteristica dei materiali utilizzati per realizzare i semiconduttori è che quando la temperatura del semiconduttore aumenta, aumenta pure il numero degli elettroni che abbandonano gli atomi e cioè la resistenza del materiale diminuisce con l’aumento della temperatura, per tanto si dice che i semi conduttori hanno un coefficiente termico negativo. I semiconduttori usati nella costruzione dei dispositivi elettronici contengono una quantità di impurità prestabilita aggiunta durante la fabbricazione e per tanto i materiali semiconduttori, a seconda del tipo di impurità aggiunta, possono essere di tipo P o di tipo N. Nei semiconduttori di tipo P i numeri di atomi poveri è maggiore degli elettroni liberi e i materiali usati per drogarlo sono il gallio e indio. Nei semiconduttori di tipo N gli elettroni liberi sono maggiori degli atomi poveri e le droghe per realizzarli sono l’arsenio e l’antimonio, sia per il silicio che per il germanio.

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