اضغط هنا لتنزيل الملف

الاساسيات في الالكترونيات ( المعلم المتميز فادي مرعي حداد )

 

الأساسيات في الإلكترونيات

هل تريد أن تفهم الإلكترونيات ؟. يجب أن تفهم بعض الأساسيات أولا.

ما هى الكهرباء ؟

لكى تعرف إجابه هذا السؤال . يجب أيضا أن تعرف بعض الأشياء و منها بناء الذره.
 أن الذره لها كتله و الكتله هى التى تجعل الذره تشغل جزء من الفراغ  او تشغل حيزا من هذا الكون حتى لو كان بسيطا و هذه الكتله تشكل ما يسمى المادة و من الممكن أن تكون فى عدة صور أو حالات :فحالات الماده كما يلي :-
الحاله الصلبه
الحاله السائله
الحاله الغازيه
حاله البلازما
و الذره لا تتحرك الا تحت تأثير نوعين من الطاقه
طاقة الوضع  POTENTIAL ENERGY
و طاقه الحركه  KINETIC ENERGY  
فالذره الكامله تشبه النظام الشمسى .فلها مركز كالشمس (النواه -وتتكون من بروتونات و نيترونات) و الكواكب تدور حولها ( الإلكترونات ).
و توجد مدارات حول النواه تدور فيها الإلكترونات . وكل مدار له عدد معين من الإلكترونات المسموح لها بالتواجد فيه فيمكن ان ينقص عدد الالكترنات في هذا المدار لكن لا يمكن ان يزيد
فالمدار الأول القريب من النواه مسموح فيه ب 2 ألكترون و المدار الثانى 8 الكترون و الثالث 8 و الرابع 18 . إلخ.
فإذا ملىء أحد المدارات بدأ فى إستعمال المدار التالى الذي يليه وهكذا  . حتى يمتلىء المدار الأخير كاملا لا نقص ولا زاد فتعتبر الذره في هذه الحاله خامله . اي انها لا تعطي ولا تريد ان تأخذ و من أمثلة الذرات الخاملة ( الهيليوم و النيون والأرجون ).جميعها مداراتها الاخيره كامله بعدد الالكترونات المخصصه للمدار الاخير.
يمكنك مشاهدة هذا الرابط للتوضيح فقط 
http://www.up.zeidanphy.com/files/2jb1ndvdfns0d87gtrql.swf

-ما هو الجزيء ؟
المزج بن ذرتين أو أكثر يكون ما يعرف بالجزىء . مثل ملح الطعام ( NaCl ) و هو مركب من مزج كميائى بين ذرات الصوديوم ( Na ) و الكلور ( Cl )

كيف تنتج الكهرباء ؟ : وما علاقة الذرة وما علاقة عدد الالكترونات في المدارات الاخيرة ؟

البروتونات توجد فى النواة في قلب الذرة و الإلكترونات تدور حول النواه فى مداراتها الخارجيه وهي ضعيفة الانتماء للذره تكون  متأثرة بقوى الجذب من النواه ( الناتجه من التجاذب بين الإلكترونات السالبة الشحنه و البروتونات الموجبة الشحنه)  و قوى الطرد ( الناتجه عن دورانها السريع حول النواة).
وهنا يجب أن تتساوى القوتان حتى تتزن الذره .
ولكن فى وجود قوى شد خارجيه ( ذرات أخرى أو جهود موجبه ) فإن الإلكترونات تترك النواه تاركه المدار الاخير لينقص عدد الالكترونات فيه ويزيد عدد الالكترونات في المدار الاخير للذرة التي انتقل اليها الالكترون الهارب من ذرته 
وهذه الحركه في الالكترون تتكرر في عدد من الالكترونات في ذرات اخرى متسببه في سريان تيار من الالكترونات وهو ما يسمى بالتيار الكهربائي وهو سيل من الالكترونات الحره تسري في مادة موصله 
لذلك تتكون لدينا مسميات جديده تقسم المادة الى الانواع التالية

تقسم المواد من حيث قدرتها على توصيل التيار الكهربائى الى ثلاثة أقسام : 

الموصلات : conductors 

العازلات : insulators 

أشباه الموصلات : semiconductors

المادة الموصلة : هي مادة تسمح للكهرباء بالمرور من خلالها . تُستخدم أسلاك النحاس في توصيل الأجهزة الكهربائية في الدارات الكهربائية ، نقول أن النحاس مادة موصلة .

المادة العازلة : هي مادة لاتسمح للكهرباء المرور من خلالها . لاتستطيع استعمال حبل أو خيط لتوصيل التيار الكهربائي في دارة كهربائية حيث أن الخيط مكوّن من مادة عازلة .
الاشباه موصله وهي مادة بين العازله والموصله تنحصر بين المواد موصله بشكل ردىء وعازله بشكل رديء ويمكن حقنها بشوائب والاستفاده منها في صناعة القطع الالكترونية مثل الديود والترانستور والثايرستورات وغيرها 

 المواد الموصـــلة - لا يؤثر بوجود الشوائب فى الفلزات على تركيز حاملات الشحنة المتحركة ولكنه يغير نشاطها كثيرا حيث تحدث الشوائب عيوبا فى الشبكة البلورية تزيد من مقاومتها للتيار الكهربائى - اذا الشوائب فى الفلزات تزيد المقاومة للتيار الكهربائى 
 المواد العازلة - فى المواد العازلة يكون لذرات الشوائب الكترونات ضعيفة الصلة بهذه الذرات حيث يمكن لهذه الالكترونات أن تنفصل بسهولة عن ذراتها وتصبح حرة - اذا الشوائب فى المواد العازلة تقلل من مقاومتها بصورة عامة 

 أشباه الموصلات - تقل المقاومة بصورة كبيرة فى أشباه الموصلات نتيجة اضافة الشوائب اليها . وأكثر من ذلك يمكن باختيار الشوائب بطريقة خاصة تغيير مقاومة اشباه الموصلات فى الاتجاه المطلوب ولذلك تستخدم أشباه الموصلات المشابة على نطاق واسع 
وفي أشباه الموصلات : عند رفع درجة حرارة أشباه الموصلات تزداد كمية حاملات الشحنة المتحركة وتقل المقاومة بشكل كبيرولكنها لا تتصف بقابلية التوصيل العالى والعكس صحيح حيث تزداد المقاومة بخفض درجة الحرارة وتصبح قريبة من مقاومة المواد العازلة
وتصنع البلورات من العنصرين الجرمانيون والسلكون والبلورة شبه الموصل النقية : هى بلورة شبه الموصل التى تتكون من ذرات السيلكون أو الجرمانيوم عن طريق مشاركة كل ذرة بالكترونات التكافؤ الاربعة مع أربع ذرات مجاورة ( رابطة تساهمية ) اما بلورة شبه الموصل غير النقية : بلورة شبه موصل تطعم بذرات من مادة شائبة أخرى 
يمكن انتاج بلورتين من اشباه الموصلات (سالبه وموجبه)  بلورة شبه الموصل من النوع السالب n - type وبلورة شبه الموصل من النوع الموجب p - type  بالتطعيم او الحقن 
وهو اضافة كمية قليلة من ذرات مادة معينة الى بلورة شبه الموصل بهدف زيادة عدد الالكترونات أو الفجوات
والفجوة :هى الفراغ الذى يخلفه الالكترون المتحرر من الرابطة التساهمية بسبب ارتفاع درجة حرارة بلورة شبه الموصل 
والحقن او التطعيم لصناعة بلورة من النوع السالب n - type :هو ان يضاف الى الجرمانيوم المنصهر النقى حوالى 0.00001 % من ذرات الزرنيخ وعند التجمد تتكون شبكة جرمانيوم عادية ولكن فى بعض العقد توجد ذرات زرنيخ بدلا من ذرات الجرمانيوم ولماذا مادة الزرنيخ مثلا؟ لان الطاقة اللازمة لانفصال الالكترون الخامس فى ذرة الزرنيخ تكون صغيرة جدا وأصغر بكثير من الطاقة اللازمة لتأين ذرة الفلز ولذلك تكون جميع ذرات الزرنيخ فى شبه الموصل متأينة فى درجة حرارة الغرفة العادية 
فى البلورة من النوع السالب تسمى مادة الزرنيخ مادة معطية donor حيث تعطى الالكترونات الحرة السالبة 
والحقن لصناعة  البلورة من النوع الموجب p - type 
يمكن ذلك بأنتاج بلورات لمواد شبه موصلة مطعمة بذرات عناصر ثلاثية التكافؤ ( جاليوم ) بلورة سيليكون مطعمة بذرات جاليوم 31Ga
فى البلورة من النوع الموجب : تسمى مادة الجاليوم مادة مستلمة ( متقبلة ) acceptor