Respostas:
Buracos são espaços onde um elétron poderia estar, mas atualmente não é. Como qualquer buraco no mundo macroscópico, você não pode mover um; é uma ausência. Tudo o que você pode fazer é preencher o buraco, o que cria um novo buraco em outro lugar. De alguma maneira, podemos modelar isso como uma partícula imaginária que flui na direção oposta dos elétrons (e, portanto, na mesma direção que a corrente), mas não há partícula real se movendo nessa direção. Como a maioria dos modelos, é uma ficção conveniente que facilita a matemática.
Uma boa maneira de pensar nisso é imaginar uma rampa inclinada com um sulco cheio de bolinhas de gude na encosta da rampa. Quando você remove o mármore inferior, a pilha atrás de tudo se move para baixo e um buraco aparece no topo da pilha.
Embora seja verdade que nos cristais que o mecanismo de transporte de carga é elétrons, os buracos são mais do que apenas um espaço reservado conceitual. Todas as equações funcionam tão bem com os buracos quanto com os elétrons. Você pode fazer os cálculos e determinar a massa efetiva dos buracos e a mobilidade dos buracos (que em Si é aproximadamente 2,5 vezes mais lenta que os elétrons). Portanto, você não deve considerar o fato de que eles não são reais da mesma forma que não têm efeitos reais.
Como isso:
A BCDEFG
^ here is a hole between two letters
Agora assista "mover":
AB CDEFG (Actually, B moved left)
ABC DEFG (C moved left)
ABCD EFG
ABCDE FG
ABCDEF G
Os buracos não se movem, mas parece que sim. Quando um elétron faz um movimento, um buraco se fecha e outro se abre nas proximidades.
Sempre que uma letra move um espaço para a esquerda, um buraco também move um espaço para a direita. Podemos considerar essa situação como um movimento de letras para a esquerda ou como um movimento de buracos para a direita. É equivalente.
Observe que, na eletrônica, a corrente é geralmente descrita como um fluxo de cargas positivas, de um nó em uma tensão mais positiva em direção a um nó em uma tensão mais negativa. Isso é chamado de corrente convencional . Mas a corrente real na verdade consiste em elétrons que vão de negativo a positivo. Essa reversão não importa, porque a corrente é apenas uma abstração matemática. Todas as equações que descrevem o comportamento do dispositivo funcionam bem.
Os cientistas designaram arbitrariamente rótulos "positivos" e "negativos" a cargas, muito antes de a estrutura do átomo ser conhecida. Só então veio à tona que as cargas que realmente se movem pelos condutores são as que foram rotuladas como "negativas".
SEMICONDUTORES, DIODOS E TRANSISTORES
ELETRÔNIOS E FUROS
Vamos pensar em uma fileira de moedas de um centavo dispostas em uma linha, tocando, sobre uma mesa. Mova a ponta direita da largura de um centavo para a direita, deixando um espaço. Continue movendo o centavo para a esquerda do espaço no espaço. À medida que você avança, todos os centavos foram movidos para a direita e a lacuna foi movida pela mesa para a esquerda. Agora imagine os centavos como elétrons, e você pode ver como os elétrons se movendo em uma direção através de um semicondutor fazem com que os buracos se movam na direção oposta.
Para esticar a analogia, poderíamos usar pequenas pilhas de moedas de um centavo, então muito tem que se mover logo antes que um buraco se mova para a esquerda. Ou podemos ter alguns centavos e muito espaço para que os buracos viajem facilmente à medida que os centavos esparsos são movidos pelas amplas lacunas. Esses dois casos modelam as duas formas de silício dopado, muitos elétrons adicionados e temos o tipo N, muitos buracos (elétrons removidos) e o tipo P. Os tipos são alcançados misturando (dopando) o silício com pequenas quantidades de outros metais.
Com os elétrons tendo que lutar através dos átomos de um semicondutor, sua resistividade é relativamente alta. Os primeiros semicondutores usavam germânio, mas, exceto em casos especiais, atualmente o silício é a escolha universal.
O fio de cobre pode ser visualizado como tendo grandes pilhas de elétrons de um centavo, todas juntas, de modo que uma corrente é o movimento dos poucos centavos no topo das pilhas, nenhum buraco é produzido. Com tantos disponíveis para a corrente, a resistividade, como sabemos, é baixa.
DIODO
O diodo semicondutor mais comum (existem outros tipos especializados) possui uma junção entre o tipo N e o tipo P. Se uma tensão é aplicada ao diodo, positiva para a extremidade do tipo N e negativa para a outra, todos os elétrons são puxados para a extremidade positiva, deixando orifícios na extremidade negativa. Com quase nenhum elétron no meio, quase nenhuma corrente pode fluir. O diodo é "polarizado reversamente"
Quando a tensão é aplicada de outra maneira, negativa para a extremidade do tipo N e positiva para o tipo P, os elétrons são atraídos para o meio e podem atravessar para cancelar os orifícios no tipo P e fluir para o fio de conexão. Por outro lado, tensão negativa, fim, os elétrons são repelidos no meio do diodo, para serem substituídos pelos que chegam do fio, de modo que uma corrente possa fluir facilmente: o diodo é polarizado para a frente.
As conexões com um diodo são chamadas de "ânodo", que é o final positivo quando o diodo é polarizado para a frente e o "cátodo", que é o lado negativo. Lembro-me disso por analogia com os mesmos termos para válvulas, que precisam de alta tensão positiva (HT para "Alta Tensão" - mantenha os dedos afastados) no ânodo para que a corrente flua. Um bom mnemônico para a polaridade de um diodo polarizado para a frente pode ser o PPNN: "Positivo, tipo P, tipo N, negativo".
Um diodo varator explora o fato de que duas áreas de carga separadas, positivas e negativas, formam um capacitor bruto. Portanto, diodos especialmente projetados são criados para explorar isso, quando invertidos. A tensão aplicada separa as cargas, formando uma "camada de depleção" entre os contatos. Aumentar a tensão reversa aplicada torna essa camada mais espessa, reduzindo a capacidade e vice-versa. Os diodos varatores são comumente usados em circuitos sintonizados para variar a frequência, substituindo os capacitores de palhetas usados nos dias das válvulas.
TRANSISTOR BIPOLAR
Um transistor bipolar é aquele cuja operação depende de elétrons e orifícios. É composto por dois diodos consecutivos, compartilhando uma camada central comum. Um dos terminais externos é o coletor C e o outro é o emissor E. A conexão central é a base B e faz parte dos diodos CB e BE. Portanto, temos um sanduíche de três camadas. Em uso normal, o diodo entre C e B é polarizado inversamente, portanto, sem a presença do diodo BE e seu efeito, nenhuma corrente fluiria, porque todos os elétrons são puxados para uma extremidade da seção CB e os orifícios para a outra extremidade, como em um diodo, pela tensão aplicada.
O diodo BE é polarizado para a frente, para que uma corrente possa fluir e o circuito externo seja configurado para limitar isso a um valor bastante pequeno, mas ainda existem muitos orifícios e elétrons fluindo através da Base e do Emissor.
Agora a parte inteligente. A conexão comum dos diodos CB e BE na base é muito fina, de modo que a inundação de elétrons e orifícios na parte BE substitui aqueles que a tensão reversa do coletor retirou, e uma corrente agora pode fluir através desse diodo CB a direção reversa e, em seguida, através da junção BE enviesada para o emissor e para o circuito externo.
Eu acho que é óbvio que você não pode fazer um transistor soldando dois diodos consecutivos; a ação exige o compartilhamento íntimo da fina camada dentro do silício.
A corrente do coletor depende da existência de uma corrente de base fluindo e o transistor é projetado para que uma pequena corrente no diodo BE abra o caminho para uma corrente muito maior na junção CB. Assim, temos amplificação atual. Usando quedas de tensão através de resistores externos, isso pode ser convertido em amplificação de tensão.
Esses transistores são chamados de "bipolares" porque possuem efetivamente duas junções.
Eu evitei mencionar cuidadosamente o tipo de material nos diodos CB e BE, as idéias são as mesmas para ambos, e podemos ter NPN ou PNP como as camadas possíveis. A seta no símbolo, que mostra a direção da corrente convencional do coletor (o oposto do fluxo de elétrons), aponta na direção do lado negativo da tensão CE aplicada, de modo que a corrente está "fora de P e entrando em N na emissor ".
TRANSISTOR DE EFEITO DE CAMPO, ou FET
Existem muitos modelos diferentes de FET, e essa é uma visão muito simplista do princípio básico.
Estes são transistores "unipolares", embora o termo não seja frequentemente usado, porque sua operação depende apenas de elétrons e campos elétricos, não de orifícios.
Aqui temos um único bloco de silício dopado, o "canal", com pedaços do tipo oposto nos lados, ou como um anel circundante. Portanto, temos apenas uma junção de diodo, chamada Porta G, entre os nódulos ou anel e o canal. O canal atua como um resistor, com a corrente fluindo de uma extremidade, a fonte S, para a outra, o Drain D. A junção entre a porta e o canal é polarizada inversamente, portanto, nenhuma corrente flui, mas existe um campo elétrico configurado que puxa cargas, elétrons ou orifícios para os lados do canal, deixando menos disponível para a corrente SD. Assim, temos a corrente SD controlada pela tensão no portão.
Observe que este é um dispositivo controlado por tensão, praticamente nenhuma corrente flui para dentro ou para fora do Gate. Pense na lei de Ohm: Resistência = Volts / Amperagem, e vemos que uma corrente muito baixa significa uma resistência muito alta; portanto, diz-se que o FET possui uma impedância de entrada muito alta - sua principal vantagem sobre a Bi-Polar, onde, por Por outro lado, é necessária pouca voltagem para enviar a corrente através da base, o que confere uma baixa impedância de entrada