- 基础电子教程
- 基础电子 - 主页
基础电子学 - 能带
在气态物质中，分子的排列并不紧密。在液体中，分子排列是中等的。但是，在固体中，分子排列非常紧密，分子Atomics中的电子往往会移动到相邻Atomics的轨道中。因此，当Atomics聚集在一起时，电子轨道重叠。
由于固体中Atomics的混合，不会形成单一能级，而是形成能级带。这些紧密排列的能级集合称为能带。
价带
电子在Atomics中以一定的能级运动，但最内层电子的能量高于最外层电子。最外层电子的电子称为价电子。
这些包含一系列能级的价电子形成一个能带，称为价带。价带是具有最高占据能量的能带。
导带
价电子与Atomics核的结合非常松散，即使在室温下，也很少有价电子离开能带是自由的。这些电子被称为自由电子，因为它们倾向于向邻近的Atomics移动。
这些自由电子在导体中传导电流，因此称为传导电子。含有传导电子的能带称为导带。导带是具有最低占据能量的带。
禁止间隙
价带和导带之间的间隙称为禁带能隙。顾名思义，这一带是没有能量的禁带。因此没有电子留在该带中。价电子在进入导带时会穿过导带。
禁带间隙越大，意味着价带电子与Atomics核紧密结合。现在，为了将电子推出价带，需要一些外部能量，该能量等于禁带能隙。
下图显示了价带、导带和禁带。
根据禁带间隙的大小，形成绝缘体、半导体和导体。
绝缘子
绝缘体是由于禁隙较大而无法导电的材料。例如：木材、橡胶。绝缘体中的能带结构如下图所示。
特征
以下是绝缘子的特性。
禁断能量差距非常大。
价带电子与Atomics紧密结合。
绝缘体的禁带能隙值为 10eV。
对于某些绝缘体，随着温度升高，它们可能会表现出一定的导电性。
绝缘体的电阻率约为 107 欧姆米。
半导体
半导体是禁带能隙很小的材料，如果施加一些外部能量就会发生传导。例如：硅、锗。下图显示了半导体中的能带结构。
特征
以下是半导体的特性。
禁断能隙很小。
Ge 的禁带宽度为 0.7eV，而 Si 的禁带宽度为 1.1eV。
半导体实际上既不是绝缘体，也不是良导体。
随着温度升高，半导体的电导率增加。
半导体的电导率约为 102 毫欧米。
导体
导体是这样的材料，其中当价带和导带变得非常接近且重叠时，禁带间隙消失。例如：铜、铝。下图显示了导体中的能带结构。
特征
以下是导体的特性。
导体中不存在禁止间隙。
价带和导带重叠。
可用于传导的自由电子是充足的。
电压稍微增加，传导就会增加。
不存在空穴形成的概念，因为连续的电子流贡献电流。
重要条款
在我们继续后续章节之前，有必要在这里讨论一些重要的术语。
当前的
这只是电子的流动。电子或带电粒子的连续流动可以称为电流。用I或i表示。它以安培为单位测量。这可以是交流电AC或直流电DC。
电压
这就是潜在的差异。当两点之间出现电位差时，就称在这两点之间测量到了电压差。用V表示。它以伏特为单位。
反抗
它是对抗电子流动的特性。拥有这种特性可以称为电阻率。这将在后面详细讨论。
欧姆定律
通过上面讨论的术语，我们有了一个标准定律，它对于所有电子元件的Behave都非常重要，称为欧姆定律。这说明了理想导体中电流和电压之间的关系。
根据欧姆定律，理想导体上的电势差与通过它的电流成正比。
$$V\:\alpha\:\:I$$
理想导体没有电阻。但实际上，每个导体都有一定的电阻。随着电阻增加，电势降也增加，因此电压增加。
因此，电压与其提供的电阻成正比。
$$V\:\alpha\:\:R$$
$$V = IR $$
但电流与电阻成反比。
$$V\:\alpha\:\:I\:\alpha\:\:\frac{1}{R}$$
$$I = V/R $$
因此，在实践中，欧姆定律可以表述为 -
根据欧姆定律，流过导体的电流与导体两端的电位差成正比，与导体提供的电阻成反比。
该定律有助于确定三个参数中未知参数的值，从而有助于分析电路。