Αν ένας αγωγός υπακούει στον νόμο του Ohm ή όχι εξαρτάται από το
υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένος και τον τρόπο που
χρησιμοποιείται. Οι περισσότεροι μεταλλικοί αγωγοί, όπως τα
σύρματα χαλκού και αλουμινίου, υπακούουν στον νόμο του Ohm.
Δηλαδή η αντίστασή τους παραμένει σταθερή ανεξάρτητα από τη
διαφορά δυναμικού στα άκρα τους ή το ρεύμα που διέρχεται από
αυτούς, εφόσον η θερμοκρασία παραμένει σταθερή. Ωστόσο, υπάρχουν
υλικά που δεν υπακούουν στον νόμο του Ohm και η αντίστασή τους
αλλάζει με την εφαρμοζόμενη διαφορά δυναμικού στα άκρα τους ή
την ένταση του ρεύματος που τα διαρρέει. Κατά συνέπεια, η ένταση
του ρεύματος δεν είναι ανάλογη με την εφαρμοζόμενη διαφορά
δυναμικού. Αυτά τα υλικά είναι γνωστά ως μη γραμμικοί αγωγοί ή
μεταβλητοί αγωγοί. Γενικά, οι ωμικοί ή γραμμικοί αγωγοί
χρησιμοποιούνται στη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας με υψηλή
απόδοση, ενώ οι μη ωμικοί, μη γραμμικοί αγωγοί χρησιμοποιούνται
για τη διασύνδεση συσκευών και ηλεκτρονικών κυκλωμάτων.
Χαρακτηριστικά παραδείγματα μη γραμμικών αγωγών:
Ημιαγωγοί
Πρόκειται για υλικά που σε καθαρή μορφή είναι μονωτές. Ένας
ημιαγωγός, όπως το πυρίτιο, στην καθαρή κρυσταλλική του μορφή,
είναι καλός μονωτής. Ωστόσο, όταν έστω και ένα άτομο μέσα σε
εκατομμύρια αντικατασταθεί από μία πρόσμιξη (αντιμόνιο Sb, φωσφόρος P ή αρσενικό As) που προσθέτει ένα
ηλεκτρόνιο στη δομή του, τότε η αγωγιμότητά τους αυξάνεται
θεαματικά.
Το ίδιο συμβαίνει αν η πρόσμιξη γίνει με άτομο που αφαιρεί
ηλεκτρόνιο (βόριο Β, αργίλιο Al, ή γάλλιο Ga). Στην πρώτη
περίπτωση, προκύπτει ημιαγωγός τύπου n (n από negative καθώς
έχουμε παραπάνω ηλεκτρόνια άρα και φορείς αρνητικού φορτίου) και
στη δεύτερη τύπου p (p από positive καθώς έχουμε επιπλέον οπές
που δηλώνουν απουσία ηλεκτρονίων άρα ύπαρξη θετικού φορτίου).
Αυτός ο τρόπος πρόσμιξης ονομάζεται doping (νόθευση).
Οι ημιαγωγοί έχουν κυμαινόμενη αντίσταση ανάλογα με την ποσότητα
του υλικού πρόσμιξης και την εφαρμοζόμενη διαφορά δυναμικού.
Δίοδοι
Είναι ειδικοί τύποι διατάξεων που αποτελούνται από δύο ημιαγωγούς διαφορετικού τύπου σε επαφή και επιτρέπουν στο ρεύμα να ρέει μόνο προς μία κατεύθυνση. Πιο συγκεκριμένα, η δίοδος είναι καλός αγωγός, όταν η διαφορά δυναμικού στα άκρα της έχει συγκεκριμένη πολικότητα. Αυτή η διαφορά δυναμικού λέγεται τάση ορθής φοράς και λέμε ότι η δίοδος είναι ορθά πολωμένη. Αντίστοιχα, η δίοδος είναι κακός αγωγός, όταν η διαφορά δυναμικού στα άκρα της έχει αντίθετη πολικότητα από την προηγούμενη. Αυτή η διαφορά δυναμικού λέγεται ανάστροφη τάση και λέμε ότι η δίοδος είναι ανάστροφα πολωμένη. Όταν η δίοδος είναι ορθά πολωμένη, το άκρο της διόδου που συνδέεται με τον θετικό πόλο μιας πηγής λέγεται άνοδος και το άλλο άκρο λέγεται κάθοδος. Στις διόδους με κυλινδρικό περίβλημα, μια ταινία διαφορετικού χρώματος από το χρώμα του περιβλήματος χρησιμοποιείται για να δείξει την κάθοδο. Οι δίοδοι μπορούν να καταστραφούν εύκολα όταν διαρρέονται από μεγάλες εντάσεις ηλεκτρικού ρεύματος. Γι' αυτό τοποθετούνται στα κυκλώματα συνδεμένες με κατάλληλη αντίσταση σε σειρά. Η χρήση των διόδων είναι κυρίως ως διακόπτες και ασφάλειες σε κυκλώματα, σε ενισχυτές τάσης και ρεύματος και σε εφαρμογές μικροηλεκτρονικής όπως σε υπολογιστές.
Τρανζίστορ ή κρυσταλλοτρίοδος
Είναι μια διάταξη τριών ημιαγωγών σε επαφή (συνήθως pnp, ή npn). Το βασικό χαρακτηριστικό του είναι ότι επιτρέπει να μεταβάλλουμε την αντίσταση σε ένα κύκλωμα, καθώς μπορεί να ρυθμίζει την ένταση του ρεύματος που το διαρρέει, ανάλογα με τον συνδυασμό τάσεων στα άκρα του. Έτσι είναι ιδανικό για ενίσχυση ή σταθεροποίηση διαφοράς δυναμικού, για διαμόρφωση συχνοτήτων σε διατάξεις επικοινωνίας , ενώ έχει και αρκετές εφαρμογές ως διακόπτης ή ως μεταβλητή αντίσταση.
Θερμίστορ
Είναι μια αντίσταση κατασκευασμένη από ένα υλικό που αλλάζει την
αντίστασή του καθώς αλλάζει η θερμοκρασία.
Υπάρχουν σε δύο κατηγορίες: Θετικού συντελεστή θερμοκρασίας
είναι αυτά στα οποία η αντίσταση αυξάνεται με τη θερμοκρασία
(PTC) και αρνητικού συντελεστή θερμοκρασίας είναι αυτά στα οποία
η αντίσταση μειώνεται με τη θερμοκρασία (NTC).
Βαρίστορ
Πρόκειται για μια συσκευή ημιαγωγών με συμμετρική μη γραμμική μεταβολή της έντασης του ρεύματος σε σχέση με τη διαφορά δυναμικού που εφαρμόζεται στα άκρα της. Το βαρίστορ χρησιμοποιείται για την προστασία ηλεκτρονικών συσκευών από υπερτάσεις και παροδικά συμβάντα.
Φωτοαντιστάσεις
Είναι διατάξεις ημιαγωγών οι οποίες αποτελούνται από υλικό το
οποίο αλλάζει την αντίστασή του ανάλογα με την ποσότητα φωτός
που πέφτει πάνω του.
Η αρχή λειτουργίας της έχει ως εξής: μεταξύ των δύο αγώγιμων
ηλεκτροδίων υπάρχει ένας ημιαγωγός . Όταν ο ημιαγωγός δεν
φωτίζεται η αντίστασή του είναι υψηλή, έως και αρκετά
εκατομμύρια Ω. Όταν όμως φωτίζεται, η αγωγιμότητα αυξάνεται
απότομα και η αντίσταση μειώνεται αντίστοιχα. Για
φωτοαντιστάσεις χρησιμοποιούνται ως ημιαγωγοί, το σουλφίδιο του
καδμίου, το σουλφίδιο του μολύβδου και ο σεληνίτης του καδμίου.
Επίσης η φωτοαντίσταση δεν έχει πολικότητα.
Το μέλλον των μη γραμμικών αγωγών και ημιαγωγών μοιάζει ιδιαίτερα εντυπωσιακό.
