Čo je to driftový prúd: Odvodenie a jeho výpočet

Čo je to driftový prúd: Odvodenie a jeho výpočet

Pohyb nosičov náboja resp elektrický prúd v rámci fyziky kondenzovaných látok a elektrochémie je známa ako driftový prúd. K tomu môže dôjsť z dôvodu použitého elektrického poľa na danú vzdialenosť. Toto sa často nazýva elektromotorická sila. V polovodičovom materiáli, akonáhle je aplikované elektrické pole, môže byť generovaný prúd z dôvodu prúdenia nosičov náboja dovnútra polovodič . Priemerná rýchlosť nosiča náboja v driftovom prúde je známa ako driftový prúd. Výslednú rýchlosť prúdu a driftu možno opísať elektrónovou alebo elektrickou pohyblivosťou. Tento článok pojednáva o prehľade driftového prúdu.



Čo je to driftový prúd?

Odvodenie: Tok nosičov náboja v reakcii na elektrické pole je známy ako driftový prúd. Tento koncept sa často používa v kontexte elektrónov a dier v polovodiči. Aj keď sa tento koncept používa aj v kovoch, elektrolytoch atď.


Driftový prúd

Driftový prúd





Akonáhle sa na polovodič aplikuje elektrické pole, začnú prúdiť nosiče náboja na generovanie prúdu. Otvory v polovodiči budú prúdiť cez elektrické pole, zatiaľ čo elektróny budú prúdiť oproti elektrickému poľu. Tu možno každý tok nosiča náboja opísať ako konštantnú rýchlosť driftu (Vd). Súčet tohto prúdu závisí predovšetkým od pozornosti nosičov náboja a ich mobility v rámci materiálu.

Ďalšie informácie nájdete na tomto odkaze Čo je to difúzny prúd v polovodičoch a jeho derivácie



Driftový prúd v polovodiči

Vieme, že v polovodiči sú prítomné dva typy nosičov náboja, a to elektróny a diery. Akonáhle je elektrické pole aplikované na polovodič, potom bude tok elektrónov v smere svorky + Ve batérie, zatiaľ čo otvory budú prúdiť v smere –Ve svorky batérie.

Driftový prúd v polovodiči

Driftový prúd v polovodiči

V polovodiči sú nosičmi záporného náboja elektróny a kladne nabitými nosičmi diery. Už sme diskutovali, že smer prúdenia elektrónov bude priťahovať kladný pól batérie, zatiaľ čo otvory priťahuje záporný pól batérie.


V polovodičovom materiáli sa bude meniť tok elektrónov z dôvodu kontinuálnej kolízie cez atómy. Zakaždým, keď tok elektrónov udrie na atóm a náhodným spôsobom sa odrazí späť. Napätie privedené na polovodič nezabráni kolízii ani náhodnému pohybu elektrónov, ale spôsobí ich drift v smere kladného vývodu.
Vďaka elektrickému poľu alebo použitému napätiu je možné priemernú rýchlosť dosiahnuť pomocou elektrónov alebo sú otvory známe ako driftová rýchlosť.

Kalkulácia

Rýchlosť driftu elektrónov môžeme určiť ako

V.n= µnJE

Podobne možno udať rýchlosť driftu otvorov ako

V.p= µpJE

Z vyššie uvedených rovníc

Vn a Vp sú driftová rýchlosť elektrónov a dier

µn & µp sú pohyblivosť elektrónov a dier

„E“ je aplikované elektrické pole

Odvodenie prúdovej hustoty driftu

Hustotu tohto prúdu z dôvodu voľných elektrónov možno napísať ako

Jn= enµnJE

Hustotu tohto prúdu z dôvodu dier je možné zapísať ako

Jp= epµpJE

Z vyššie uvedených rovníc

Jn a Jp driftujú prúdovú hustotu kvôli elektrónom a dieram

e = náboj elektrónov (1,602 × 10-19 Coulombov).

n & p sú č. elektrónov a dier

Deriváciu hustoty tohto prúdu teda môžeme uviesť ako

J = Jn + Jp

Nahraďte hodnoty Jn & Jp vo vyššie uvedenej rovnici a potom dostaneme

= enµnE + epµpE

J = eE (nµn + pµp)

Vzťah medzi súčasnou a driftovou rýchlosťou

Vo vodiči sú dĺžka a plocha označené l & A. Objem vodiča teda môžeme uviesť ako AI

Ak nie. voľných elektrónov pre každý objem jednotky vo vodiči je ‚n‘, potom celá č. voľných elektrónov vo vnútri vodiča bude A / n.

Ak je náboj na každom elektróne „e“, potom sa celý náboj na elektrónoch vo vnútri vodiča uvádza ako

Q = A / č

Ak je na obidve svorky vodiča pripojené napájanie pomocou batérie, potom môže cez vodič vzniknúť elektrické pole

E = V / l

Kvôli tomuto elektrickému poľu začne tok elektrónov vo vnútri vodiča prúdiť driftovou rýchlosťou k kladnej svorke vodiča. Teda čas potrebný na prechod vodičom cez elektróny možno určiť ako

T = l / napr

Keď aktuálne I = q / t

Nahraďte hodnoty Q & T vo vyššie uvedenej rovnici a potom dostaneme

I = (A / ne) / (l / vd) = Anevd

Vo vyššie uvedenej rovnici sú A, n & e konštantné. Takže „I“ je priamo úmerné rýchlosti driftu (I∞vd)

O tomto sa dozviete z tohto odkazu Čo je driftový a difúzny prúd a ich rozdiely

Časté otázky

1). Čo je driftový a difúzny prúd v polovodiči?

Tok prúdov v polovodiči je driftový a difúzny prúd.

2). Aký je hlavný rozdiel medzi driftovým a difúznym prúdom?

Tento prúd závisí hlavne od použitého použitého elektrického poľa: ak neexistuje elektrické pole, nedochádza k driftovému prúdu, zatiaľ čo k difúznemu prúdu dochádza, aj keď v polovodiči je elektrické pole

3). Aká je definícia prúdu?

Tok nosičov náboja je známy ako prúd. To možno vypočítať z Ohmovho zákona (V = IR)

4). Aké sú typy prúdu?

Sú to AC (striedavý prúd) a DC (jednosmerný prúd)

5). Aký je vzorec rýchlosti driftu?

Môže sa vypočítať pomocou vzorca I = nqAvd

6). Aké sú faktory, ktoré ovplyvnia rýchlosť driftu?

Faktory ako vysoká teplota a vysoká koncentrácia nosiča.

7). Aké sú typy polovodičov?

Sú to vnútorné polovodiče a vonkajšie polovodiče

8). Závisí rýchlosť driftu od plochy prierezu?

Nie, nezávisí to od plochy prierezu ani od dĺžky drôtu

9). Ako dôjde k difúznemu prúdu v polovodiči?

Difúzny prúd môže byť spôsobený polovodičom v dôsledku difúzie nosiča náboja.

10). Čo je napätie kolena?

Ak je napätie vyššie ako určitá prahová hodnota, potom bude prúd prúdiť celou diódou, preto sa tomu hovorí kolenné napätie.

Toto je teda všetko o prehľad driftového prúdu v polovodičoch, výpočet a jeho odvodenie. Jedná sa teda o prehľad driftového prúdu v polovodiči, výpočet a jeho odvodenie. Tento koncept sa týka hlavne dotovaného polovodiča, kde obsahuje nosiče náboja, ako sú elektróny a diery. Akonáhle je dodávané napätie do polovodiča, môžeme pozorovať tok nosičov náboja. V závislosti na polarite nosiča náboja ho priťahujú vývody batérie. Preto možno elektrické pole použiť kvôli toku nosičov náboja na generovanie prúdu. Esenciálnu rýchlosť pre tok nosičov náboja možno nazvať driftovou rýchlosťou. Tu je otázka, čo je to difúzny prúd?