【MCU控制 初级手札】2.1 电学基础知识 【电学基础】

作者:电控工程手札
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  • [1. 导体、半导体、绝缘体](#1. 导体、半导体、绝缘体)
  • [2. 载流子](#2. 载流子)

1. 导体、半导体、绝缘体

我们根据物质的导电能力将其分为三类:导体、半导体和绝缘体.

(1)导体

导体:电阻率很低,导电性最好,导体中存在大量可自由移动的带电粒子。常见的导体有金属如银、铜、铁、铝等,还有石墨和电解质溶液。

(2)半导体

半导体 :常温下导电性能介于导体和绝缘体之间,温度越高,电阻率越低。不含杂质且无晶格缺陷的半导体被称为 本征半导体 ,常温下导电性很差;为了提高半导体的可控性,需要在本征半导体中参杂特定杂质,提高其导电能力,而获得导电性能较好的 杂质半导体。常见的半导体材料有硅(Si),锗(Ge),砷化镓等(GaAs)。

(3)绝缘体

绝缘体 :绝缘体又称为 电介质,电阻率很高,通常情况下几乎没有导电性,某些条件下,绝缘体也可以变成导体。绝缘体内分子中正负电荷束缚得很紧,可以自由移动的带电粒子很少。常见的绝缘体有琥珀、橡胶、玻璃、干木头、天然矿物油、空气等。


2. 载流子

(1)载流子

载流子 :指在导体、半导体、电解质等材料中,能够 自由移动 并参与导体过程的 带电 粒子。

在金属中,载流子主要是自由电子;在半导体中,载流子主要是自由电子和空穴;在电解质溶液中,载流子主要是阴离子和阳离子;在等离子体(如电离气体)中,载流子主要是自由电子和正离子。

载流子的运动是导电现象的本质:在外加电场(或其他驱动力)作用下,载流子会发生定向移动,形成宏观电流。

(2)价电子

价电子:指原子核外电子中能与其他原子相互作用形成化学键的电子,为原子核外跟元素化合价有关的电子,通常为最外层电子。价电子决定该元素的导电性能。通常情况下,金属原子价电子最少,容易挣脱原子,最不稳定;绝缘体价电子全满,电子很难脱出原子束缚,最稳定;半导体类似与硅、锗,价电子数为4个,相对稳定。

(3)自由电子

自由电子:指不被约束在某一个原子内部的电子,在通常情况下,某些价电子可以脱离原子,而自由在晶体点阵中运动,这种电子就称为自由电子。

(4)电荷

电荷:电荷不是粒子,而是粒子的一种基本属性,可以类比到质量,质量就是物质的一种基本属性。它描述了一个物体参与电磁相互作用的强度,一个粒子要么带电荷(正或负,带正电荷或带负电荷),要么不带电荷(中性)。而要成为载流子就要满足两个条件:

  • 1)可以自由移动;

  • 2)带电荷。



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