Galvenā atšķirība starp vadītāju pusvadītāju un izolatoru ir tā, ka vadītājiem ir augsta elektrovadītspēja, bet pusvadītājiem ir vidēja vadītspēja, turpretim izolatoriem ir niecīga vadītspēja.
Vadītāji, pusvadītāji un izolatori ir trīs kategorijas, kurās mēs varam klasificēt jebkuru materiālu atkarībā no elektriskās vadītspējas.
Kas ir diriģents?
Vadītājs jeb elektrovadītājs ir objekts elektrotehnikā, kurā ir atļauta lādiņa plūsma vienā vai vairākos virzienos. Citiem vārdiem sakot, vadītāju materiāli var vadīt elektrisko strāvu caur sevi. Visizplatītākie elektriskie vadītāji ir metāli un metāliski priekšmeti. Šajos materiālos elektriskā strāva tiek ģenerēta caur negatīvi lādētu elektronu plūsmu, pozitīvi lādētiem caurumiem un dažreiz pozitīvo un negatīvo jonu klātbūtnes dēļ.
Vēl svarīgāk ir tas, ka tad, kad elektriskā strāva iet caur vadītāju, nav nepieciešams, lai uzlādēta daļiņa pārvietotos no vietas, kur tiek ražota strāva, uz vietu, kur notiek strāvas patēriņš. Šeit lādētajām daļiņām ir tendence virzīt savu kaimiņu ierobežotu enerģijas daudzumu, un tas notiek kā ķēdes reakcija starp blakus esošajām daļiņām, kur daļiņas ķēdes galā iespiež enerģiju patērētāja objektā. Tāpēc mēs varam novērot garas ķēdes impulsa pārnesi starp mobilajiem uzlādes nesējiem.
Attēls 01: Elektrības vadītājs
Apsverot divus svarīgus faktus par vadītāja pretestību un vadītspēju, pretestība ir atkarīga no materiāla sastāva un tā izmēriem, savukārt vadītspēja ir atkarīga no pretestības. Turklāt vadītāja temperatūra arī to ļoti ietekmē. Ne tikai metāli, bet var būt arī cita veida vadītāji, tostarp elektrolīti, pusvadītāji, supravadītāji, plazmas stāvokļi un daži nemetāliski vadītāji, tostarp grafīts.
Kas ir pusvadītājs?
Pusvadītāji ir materiāli, kuru elektriskās vadītspējas vērtība ir starp vadītāju un izolatoru vadītspēju. Vēl svarīgāk ir tas, ka šo materiālu pretestība mēdz samazināties, palielinot temperatūru. Turklāt mēs varam mainīt pusvadītāju vadītspēju, materiāla kristāliskajā struktūrā ieviešot piemaisījumus (process tiek saukts par “dopingu”). Tāpēc mēs varam izmantot šos materiālus dažādām vajadzībām ļoti svarīgi.
Divi apgabali ar atšķirīgi leģētām struktūrām, kas atrodas vienā kristāla struktūrā, veido pusvadītāju savienojumu. Šie savienojumi ir diodēs, tranzistoros un citās mūsdienu elektronikas lādiņu nesēju darbības pamatā.
Daži izplatīti pusvadītāju materiālu piemēri ir silīcijs, germānija, gallija arsenīds un metaloīdu elementi. Visizplatītākie materiāli, kas tiek izmantoti pusvadītāju veidošanai, ir lāzerdiodes, saules baterijas. Mikroviļņu frekvences integrālās shēmas utt. ir silīcijs un germānija.
2. attēls: pusvadītājs - silīcijs
Pēc dopinga procesa kristāla struktūrā strauji palielinās lādiņnesēju skaits. Pusvadītājā var būt brīvi caurumi vai brīvi elektroni, kas palīdz vadītspēju. Ja materiālā ir vairāk brīvu caurumu, tad mēs to saucam par “p veida” pusvadītāju, un, ja ir brīvi elektroni, tad tas pieder pie “n veida”. Dopinga procesā mēs varam pievienot tādus materiālus kā piecvērtīgus ķīmiskos elementus, tostarp antimonu, fosforu vai arsēnu, vai trīsvērtīgos atomus, piemēram, boru, galliju un indiju. Turklāt mēs varam palielināt pusvadītāju vadītspēju, arī paaugstinot temperatūru.
Kas ir izolators?
Izolatori ir materiāli, kas nevar pārvadāt brīvi plūstošu elektrisko strāvu. Tas ir tāpēc, ka šāda veida materiāla atomos ir elektroni, kas ir cieši saistīti ar atomiem un nevar viegli pārvietoties. Apsverot pretestības īpašību, pretestība ir ļoti augsta salīdzinājumā ar vadītājiem un pusvadītājiem. Nemetāli ir visizplatītākie izolatoru piemēri.
Tomēr ideālu izolatoru nav, jo tajos ir neliels skaits mobilo lādiņu, kas var pārvadīt elektrisko strāvu. Turklāt visi izolatori mēdz kļūt elektriski vadoši, ja materiālam tiek pielikts pietiekams spriegums, kas var atraut elektronus no atomiem. Tas ir izolatora pārrāvuma spriegums.
Izolatorus izmanto dažādi, tostarp elektrisko iekārtu ražošanā, lai atbalstītu un atdalītu elektriskos vadītājus, neļaujot strāvai plūst caur sevi. Turklāt elektriskajiem vadiem un kabeļiem, lai izgatavotu izolētus vadus, parasti tiek izmantots elastīgs izolatora pārklājums. Tas ir tāpēc, ka vadi, kas var pieskarties viens otram, rada šķērssavienojumu, īssavienojumus un arī ugunsbīstamību.
Kāda ir atšķirība starp vadītāju pusvadītāju un izolatoru?
Vadītāji, pusvadītāji un izolatori ir trīs kategorijas, kurās mēs varam iedalīt jebkuru materiālu atkarībā no elektriskās vadītspējas. Galvenā atšķirība starp vadītāju pusvadītāju un izolatoru ir tā, ka vadītājiem ir augsta elektrovadītspēja, un pusvadītājiem ir vidēja vadītspēja, turpretim izolatoriem ir nenozīmīga vadītspēja.
Šajā tabulā ir norādītas atšķirības starp vadītāju pusvadītāju un izolatoru, lai tos salīdzinātu.
Kopsavilkums - vadītājs pret pusvadītāju pret izolatoru
Vadītāji, pusvadītāji un izolatori ir trīs kategorijas, kurās mēs varam iedalīt jebkuru materiālu atkarībā no elektriskās vadītspējas. Galvenā atšķirība starp vadītāju pusvadītāju un izolatoru ir tā, ka vadītājiem ir augsta elektrovadītspēja, bet pusvadītājiem ir vidēja vadītspēja, turpretim izolatoriem ir niecīga vadītspēja.
