ROZDZIAŁ VI: Przyrzdy półprzewodnikowe

Transkrypt

1 ROZDZIAŁ VI: Przyrzdy półprzewodnikowe Temat 31: Dioda Zenera - budowa i zasada działania. Przy polaryzacji diody półprzewodnikowej w kierunku zaporowym wystpuje zakres silnego wzrostu prdu. W konwencjonalnych diodach prostowniczych, o słabym domieszkowaniu obszaru n, napicia odpowiadajce temu zakresowi s due, rzdu dziesitków i setek, a nawet tysicy woltów. W diodach o silniejszym domieszkowaniu napicia przebicia s mniejsze, mog by nawet rzdu kilku lub kilkunastu woltów. Przyczyn wzrostu prdu w diodach bardzo silnie domieszkowanych jest efekt Zenera, a w diodach słabiej domieszkowanych przebicie lawinowe. Obydwa rodzaje przebi nie powoduj zniszczenia diody, pod warunkiem e nie nastpuje zbytnie przegrzanie złcza na skutek wydzielania si duej mocy. W zakresie przebicia dioda charakteryzuje si bardzo mał rezystancj dynamiczn (przyrostow). Duym zmianom prdu I odpowiadaj bardzo małe zmiany napicia (rys. 31.1). Jest to reprezentowane rezystancj r z w uproszczonym schemacie zastpczym diody (rys. 31.1b). Przesunicie charakterystyki diody przy przebiciu reprezentuje ródło napiciowe U z. Efekt przebicia moe by wykorzystany do stabilizacji napicia stałego. W układzie stabilizatora (rys. 31.2a) z diod Zenera DZ (stabilitronem) napicie wejciowe U 1 (rys. 31.2b) jest wiksze od napicia przebicia, tak e przez rezystor R 1 przepływa prd wikszy od prdu obcienia płyncego przez rezystor R 2. Pozostała cz prdu przepływa przez diod Zenera. Dla zapewnienia stabilizacji przy zmianach obcienia, jak te napicia wejciowego, układ projektuje si w taki sposób, aby przez diod płynł zawsze taki prd, przy którym napicie na diodzie niewiele si zmienia. Obecnie produkuje si diody Zenera umoliwiajce stabilizowanie napi o wartoci od woltów do kilkuset woltów, przy mocach od kilkuset miliwatów do kilku watów. Rys Charakterystyki statyczne diody Zenera (stabilitronu): a) rzeczywista; b) uproszczona. Do głównych parametrów diody Zenera nale: Rys Układ stabilizatora z diod Zenera: a) schemat układu, b) charakterystyki robocze. napicie znamionowe stabilizacji U Z i prd przy tym napiciu I Z, rezystancja dynamiczna (przyrostowa) dla punktu pracy I Z, U Z. współczynnik temperaturowy zmiany napicia stabilizacji uz, dopuszczalne straty mocy P Z max.

2 Temat 32: Diody pojemnociowe i impulsowe. Głównym zadaniem diod impulsowych (przełczajcych) jest przepuszczanie pewnych impulsów elektrycznych, a zatrzymanie innych. Od diod impulsowych wymaga si, aby w jak najmniejszym stopniu zniekształcały przepuszczane impulsy. Maj one bardzo mały prd wsteczny i du konduktancj w kierunku przewodzenia. Mona je równie obciy duymi mocami impulsowymi. Zaliczamy do nich diody: tunelowe, ładunkowe, ostrzowe, Schottky`ego. Diody impulsowe wykorzystywane s w układach: cyfrowych do przełczania sygnałów, w układach powielaczy (w zakresie czstotliwoci mikrofalowych), ultraszybkich przełczników, przemiany czstotliwoci, ograniczników i modulacji. Charakterystycznymi parametrami diod przełczajcych s: pojemno diody C, napicie przewodzenia U F, prd wsteczny I R, czas ustalania si prdu wstecznego t rr. Parametrem granicznym diody przełczajcej jest maksymalne napicie wsteczne U RWM. Diody pojemnociowe (warikapy i waraktory) pracuj przy polaryzacji zaporowej, charakteryzujc si zmienn pojemnoci w funkcji przyłoonego napicia. S zwane niekiedy diodami parametrycznymi. Warikapy stosuje si do przestrajania obwodów rezonansowych, waraktory natomiast w układach parametrycznych, we wzmacniaczach lub powielaczach czstotliwoci. Parametrami charakterystycznymi diod pojemnociowych s: prd wsteczny - I R, przy okrelonym napiciu zaporowym; pojemno złcza - C j, przy okrelonym napiciu wstecznym (typow charakterystyk diody pojemnociowej jest zaleno pojemnoci od przyłoonego napicia); stosunek pojemnoci minimalnej C min do maksymalnej C max, przy dwóch rónych napiciach wstecznych (bliskim zeru i wartoci maksymalnej); rezystancja szeregowa - r s, przy okrelonym napiciu wstecznym, lub dobro - Q c (podaje si dla warikapów); maksymalna czstotliwo - f c (podaje si dla waraktorów). Do parametrów granicznych nale: maksymalne napicie wsteczne - U RWM, maksymalny prd przewodzenia - I 0 (dla warikapów); maksymalna moc - P tot (dla waraktorów).

3 Temat 33: Tranzystor bipolarny budowa i zasada działania. Tranzystor jest elementem wzmacniajcym sygnały elektryczne. Składa si on z dwóch złczy PN, połczonych szeregowo. Rys Budowa, sposób polaryzacji i symbol graficzny: a) tranzystora typu NPN; b) tranzystora typu PNP; E emiter; B baza; C kolektor. Zjawiska zachodzce w jednym złczu maj wpływ na drugie złcze i odwrotnie. Złcza s umieszczone w hermetycznej obudowie z trzema wyprowadzeniami poszczególnych warstw półprzewodnika. Skrajne warstwy półprzewodnika nazywamy emiterem (E) i kolektorem (C), a rodkow baz (B). W zalenoci od typu półprzewodnika (N czy P) tworzcego baz rozróniamy tranzystory typu NPN lub PNP. ZASADA DZIAŁANIA TRANZYSTORA NPN. Tranzystor nie przewodzi (jest zatkany), poniewa napicie U B polaryzuje zaporowo złcze PN (baza emiter). Złcze górne kolektor baza jest równie spolaryzowane zaporowo przez napicie (U B +U CE ). W wyniku zaporowej polaryzacji obu złczy tranzystora ładunki dodatnie (dziury) gromadz si w rodku bazy, gdy s odpychane przez pole elektryczne kolektora i emitera, a ładunki elektryczne ujemne (elektrony) gromadz si w kolektorze i emiterze, z dala od bazy. Na skutek tego przez oba złcza PN prd nie płynie, a zatem tranzystor nie przewodzi (jest zablokowany, zatkany). Po zmianie kierunku napicia zasilajcego obwód bazy tranzystora, złcze baza emiter bdzie spolaryzowane w kierunku przewodzenia. ródło napicia zasilajcego obwód kolektora jest tak włczone, e złcze baza kolektor jest spolaryzowane zaporowo. Kolektor przyciga wszystkie ładunki swobodne ujemne znajdujce si w obszarze bazy, a odpycha ładunki dodatnie. Poniewa baza jest wykonana z półprzewodnika typu P, to mona załoy, e normalnie nie ma w niej elektronów swobodnych i przez złcze baza kolektor prd nie płynie. W przypadku dodatniego

4 spolaryzowania złcza baza emiter przewodzi ono prd. Elektrony z emitera przechodz do bazy, a poniewa baza jest bardzo cienka, to natychmiast dostaj si w pole przycigania kolektora i wskutek tego złcze baza kolektor przewodzi prd. Rys Klasyfikacja tranzystorów. Rys Przykłady tranzystorów: a) małej mocy; b) redniej mocy; c) duej mocy. 1 radiator.

5 Temat 34: Charakterystyki statyczne tranzystora bipolarnego. Z zasady działania tranzystora wynikaj trzy podstawowe moliwoci jego sterowania. Prd kolektora moe by zmieniany przez zmian prdu emitera, prdu bazy lub napicia midzy emiterem i baz. Dla dobrego odbierania noników mniejszociowych z bazy napicie midzy kolektorem i baz powinno polaryzowa złcze kolektor-baza w kierunku zaporowym. Dopóki tak jest, zmiany napicia na kolektorze niewiele wpływaj na prd kolektora, szczególnie przy sterowaniu tranzystora prdem emitera (układ W B). Odpowiada to zakresowi dodatnich napi midzy kolektorem i baz (rys. 34.1a). Zmniejszenie napicia na złczu kolektor-emiter, przy spolaryzowaniu go w kierunku przewodzenia, powoduje zmniejszenie prdu kolektora, mimo utrzymywania stałego prdu emitera. Kolektor przestaje wówczas odbiera noniki wprowadzone przez emiter i staje si take ródłem wprowadzajcym noniki do bazy. Zakres, w którym złcze emiter-baza jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złcze kolektor-baza zaporowo, nazywa si zakresem aktywnym. Zakres, w którym przewodzi złcze kolektor-baza, przy przewodzcym drugim złczu, nazywa si zakresem nasycenia. Podobne zakresy wystpuj przy sterowaniu prdem bazy (rys. 34.1b), przy czym złcze kolektor-baza zaczyna przewodzi ju przy dodatnich napiciach miedzy kolektorem i emiterem (U CE > U CEs, gdzie CES jest napiciem nasycenia). Naley zwróci uwag na to, e nachylenie charakterystyk tranzystora dla układu WE jest wiksze ni dla układu WB. Charakterystyki te nazywaj si charakterystykami kolektorowymi; parametrem jest prd sterujcy. Charakterystyki prdu emitera maj kształt podobny do charakterystyk diody; wystpujce zmiany prdu emitera pod wpływem napicia midzy kolektorem i emiterem s spowodowane zmian szerokoci obszaru przelotowego bazy. Zmiany szerokoci obszaru przelotowego bazy pod wpływem napicia midzy kolektorem i baz wpływaj take nieco na charakterystyki kolektorowe, co zaznacza si w postaci niewielkiego nachylenia charakterystyk w zakresie aktywnym (rys. 34.1c). Na rysunkach przedstawiajcych charakterystyki statyczne tranzystora nie pokazano ogranicze mocowych i napiciowych. Rys Charakterystyki statyczne tranzystora bipolarnego: a) w układzie WB; b) w układzie WE; c) wejciowe układu WB.

6 Temat 35: Podstawowe parametry tranzystora bipolarnego. Parametry okrelajce właciwoci tranzystorów dzieli si na: graniczne, charakterystyczne i maksymalne. Parametry graniczne okrelaj wartoci np. napi czy prdów, których przekroczenie moe spowodowa uszkodzenie lub zniszczenie tranzystora. Parametry charakterystyczne albo rednie s zalecane przez wytwórc jako optymalne. Rozrónia si parametry statyczne i parametry dynamiczne. Parametry maksymalne s najwikszymi wartociami np. prdów lub napi, których osignicie nie grozi uszkodzeniem tranzystora. Parametry dynamiczne informuj o właciwociach diody czy tranzystora w wybranym punkcie pracy przy wysterowaniu tranzystora przemiennym napiciem lub prdem. Parametry statyczne okrelaj zalenoci pomidzy napiciami stałymi a prdami stałymi doprowadzonymi do tranzystora. Parametry te umoliwiaj wybranie odpowiedniego punktu pracy tranzystora. Podstawowymi parametrami statycznymi tranzystorów s: U CBRmax - maksymalne dopuszczalne napicie stałe kolektor-baza, doprowadzone w kierunku wstecznym złcza, przy prdzie emitera równym zeru, nie powodujce przy długotrwałej pracy zmniejszenia niezawodnoci poniej danej wartoci; U EBRmax - maksymalne dopuszczalne napicie stałe emiter-baza, doprowadzone w kierunku wstecznym, przy prdzie kolektora równym zeru, nie powodujce zmniejszenia niezawodnoci poniej danej wartoci; U CERmax - maksymalne dopuszczalne napicie stałe kolektor-emiter, doprowadzone w kierunku wstecznym, przy prdzie bazy równym zeru, nie powodujce zmniejszenie niezawodnoci poniej danej wartoci. Parametry te okrelaj równoczenie wartoci napi przebicia złczy kolektor-baza, emiterbaza i kolektor-emiter. Czsto s one podawane jako wartoci napi maksymalnych pomidzy poszczególnymi elektrodami tranzystora. Np.: dla tranzystorów krzemowych BFS10 w temp. 25 C U CBRmax = 30 V, U EBRmax = 5 V, U CBRmax = 30 V Dla pracy tranzystora przy duych sygnałach wany jest parametr UCE sat - ~ napicie nasycenia (szcztkowe) kolektor-emiter przy okrelonych wartociach prdu bazy i prdu kolektora; prd kolektora jest tu ograniczany przez obwód zewntrzny. Warto napicia nasycenia ogranicza zakres roboczy tranzystora. Np. dla tranzystora BF 510 UcEsat = IV Bardzo wanymi parametrami statycznymi s równie: I CBO - zerowy prd kolektora, przy okrelonym wstecznym napiciu na złczu kolektor-baza i prdzie emitera równym zeru (odłczony emiter), I EBO - zerowy prd emitera, przy okrelonym wstecznym napiciu na złczu emiter-baza i prdzie kolektora równym zeru (odłczony kolektor). Prdy zerowe tranzystora okrelaj jego jako dla rónych jego zastosowa. Pomiary wartoci tych prdów pozwalaj stwierdzi, czy tranzystor jest dobry czy uszkodzony oraz czy jest stabilny w czasie. Prdy zerowe uzalenione s od temperatury i wzrastaj wraz z ni. Np. dla tranzystora BF 510 I CBO = 0,5 A (przy U CB = 6 V i w temp. 25 C), I CBO = 100 A (przy U CB = 6 V i w temp. 150 C).

7 Temat 36: Stany pracy tranzystora. Tranzystor jest elementem wzmacniajcym sygnały elektryczne, składajcym si z dwóch złczy PN połczonych szeregowo. Dlatego te polaryzujc odpowiednio te złcza mona wyróni cztery stany pracy tranzystora: Stan pracy tranzystora Polaryzacja złcza emiter - baza kolektor - baza Zatkany zaporowy zaporowy Przewodzenia aktywnego przewodzenia zaporowy Nasycenia przewodzenia przewodzenia Przewodzenia inwersyjnego zaporowy przewodzenia W zalenoci od rodzaju układu, w którym pracuje tranzystor, musi by odpowiednio spolaryzowany: układy analogowe praca w stanie aktywnym; układy cyfrowe praca w stanie zatkania lub nasycenia. Na rysunku 36.1 przedstawiony został obszar pracy aktywnej tranzystora w konfiguracji OB i OE. Jest on ograniczony od góry maksymalnym prdem kolektora, a od dołu prdem zerowym, płyncym przez tranzystor w danym układzie (poniej znajduje si obszar zatkania). Ze strony lewej ograniczenie stanowi obszar nasycenia, a z prawej - krzywa (hiperbola) P a = UI, która okrela maksymaln moc, jaka moe by wydzielona w tranzystorze, i warto napicia przebicia. Rys Obszary pracy tranzystora w układzie: a) OB.; b) OE.

8 Temat 37: Tranzystor PNFET - budowa i zasada działania. W tranzystorach unipolarnych midzy elektrodami płynie głównie prd noników jednego rodzaju, prd noników wikszociowych. S dwa rodzaje tranzystorów unipolarnych. Najstarszym jest tranzystor unipolarny złczowy, oznaczony jako JFET (angielska nazwa Junction Field Effect Transdstor - tranzystor złczowy z efektem polowym). Nowszym technologicznie typem jest tranzystor unipolarny z izolowan bramk oznaczany jako IGFET lub MOSFET (angielska nazwa Insulated Gate Field Effect Transister). Obecnie dziki opracowaniu nowych technologii tranzystory typu IGFET (MOSFET) znalazły szerokie zastosowanie w układach cyfrowych. Układy wielkiej skali integracji (LSI Large Scal Integration), takie jak pamici, rejestry, liczniki, procesory wykonujce działania matematyczne i przetwarzajce sygnały elektryczne, s teraz małymi kostkami zawierajcymi wiele tysicy tranzystorów. ZASADA DZIAŁANIA: Na rys przedstawiono przekrój uproszczonej budowy tranzystora JFET z kanałem typu n. Wyróniono trzy elektrody: ródło S (ang. Source), dren D (ang. Drain), znajdujce si na dwóch przeciwległych kocach płytki półprzewodnika typu n (kanały), oraz bramka sterujca G (ang. Gate), które tworz dwa obszary półprzewodnika p. Do wytłumaczenia działania tranzy stora JFET dogodnie jest posługiwa si jego uproszczonym schematem zastpczym (modelem dwuwymiarowym). ródło i dren s spolaryzowane tak, aby umoliwi przepływ prdu noników wikszociowych przez kanał n w kierunku od ródła do drenu. Sterowanie strumienia noników nastpuje po.przyłoeniu midzy bramk i ródło napicia polaryzujcego złcza bramkakanał (p-n) w kierunku zaporowym. Domieszkowanie obszaru p jest znacznie silniejsze ni domieszkowanie kanału n i dlatego prawie cały obszar ładunku przestrzennego złcza zwiksza si w głb kanału. Pole elektryczne w tych obszarach jest tak skierowane, e nie przepływaj przez nie noniki wikszociowe, które s koncentrowane w czci kanału nie objtej obszarem ładunku przestrzennego. Jak wida napiciem bramki moe by dokonywana zmiana szerokoci kanału przepływowego, a wic zmiana rezystancji midzy ródłem S i drenem D. Moliwe jest zwanie i rozszerzanie przekroju strumienia ładunku za pomoc trzeciej elektrody bramki sterujcej G.

9 Temat 38: Tranzystor PNFET - charakterystyki i podstawowe parametry Rys Charakterystyki statyczne tranzystora unipolarnego JFET: a) drenowa (wyjciowa) zaleno prdu drenu (I D ) od napicia dren-ródło (U DS ), przy stałym napiciu bramka-ródło (U GS ); b) bramkowa (przejciowa) - zaleno prdu drenu (I D od napicia bramka-ródło (U GS ), przy stałym napiciu dren-ródło (U DS ). Charakterystyki statyczne tranzystora polowego JFET pokazano na rys Przy ustalonym napiciu midzy bramk i ródłem, np. U GS = O V, pocztkowe zwikszanie napicia midzy drenem i ródłem od zera powoduje wzrost prdu drenu, podobnie jak w zwykłym rezystorze, z tym jednak, e wzrost prdu jest wolniejszy (charakterystyk odpowiednio dobranego rezystora zaznaczono lini prost). Nastpnie dalsze zwikszanie napicia (dodatniego) midzy drenem i ródłem powoduje wyrane zmniejszenie szerokoci kanału przepływowego noników, szczególnie zawa si obszar II i jednoczenie rozszerza w kierunku drenu. Powoduje to wzrost rezystancji midzy ródłem i drenem. Wybrana charakterystyka statyczna coraz silniej si zakrzywia. Dla pewnego napicia, nazywanego napiciem odcicia kanału, obszary barier schodz si, a przy napiciu midzy drenem i ródłem wikszym od napicia odcicia obszar wspólnej bariery rozszerza si w kierunku ródła. Noniki płyn w pierwszej czci (obszar I) tak jak poprzednio, ale wchodzc w obszar barier s ju ukształtowane w wski strumie i transportowane w warunkach istnienia silnego pola elektrycznego. Wówczas noniki te poruszaj si ze stał prdkoci maksymaln i dalsze zmiany napicia i wzrost pola elektrycznego nie powoduj wyranego przyrostu prdu. Gwałtowny wzrost prdu nastpuje wówczas, gdy zaczyna dominowa efekt lawinowy, poniewa wówczas obszar barierowy jest długi. Typowe wartoci napicia odcicia kanału s zawarte w granicach l... 6 V, a napicia przebicia V (rys ). Rys Charakterystyki drenowe tranzystora JFET przy napiciu na bramce jako parametrze.

10 Temat 39: Tranzystor MOSFET - budowa i zasada działania. Na rys pokazano budow dwóch rodzajów tranzystorów IGFET. W słabo domieszkowane podłoe typu p wdyfundowane s obszary n o silnym domieszkowaniu. Midzy tymi obszarami znajduje si kanał ze słabo domieszkowanego materiału typu n. Moe te nie by adnego kanału wbudowanego (rys. 39.1b). Bramka jest odizolowana od obszarów wdyfundowanych i podłoa warstw dwutlenku krzemu. Dziki istnieniu tej warstwy rezystancja wejciowa bramki jest bardzo dua, o wartoci rzdu Podobnie jak w tranzystorach bipolarnych wykonuje si w tym przypadku elementy komplementarne, w których podłoe jest typu n. Dren i ródło stanowi obszary typu p, kanał te moe by wbudowany (typ p) poprzez wdyfundowanie. Rys Budowa tranzystora unipolarnego IGFET z bramk izolowan: a) z wbudowanym kanałem n; b) z zaindukowanym kanałem n W tranzystorach IGFET, nie majcych kanału wdyfundowanego, transport noników midzy ródłem i drenem nastpuje w obszarze pod powierzchni dwutlenku krzemu, gdzie w pewnych warunkach take powstaje kanał. Sposób powstawania tego kanału jest róny w rónych rodzajach tranzystorów IGFET. W.niektórych typach tranzystorów kanał tworzy si dopiero wówczas, gdy napicie bramki przekroczy pewn warto progow. ZASADA DZIAŁANIA. Jeeli do bramki zostanie przyłoone napicie dodatnie, to powstanie kanał wzbogacony, a jeli ujemne to kanał zuboony. W tranzystorze z kanałem wzbogaconym, wzrost napicia U GS powyej wartoci napicia progowego U T powoduje powstanie kanału. Napicie progowe Rys Zmiany szerokoci kanału pod wpływem napicia na drenie przy stałym napiciu na bramce: a) w zakresie małych napi na drenie; b) w zakresie napi odpowiadajcym zamkniciu kanału przy drenie; c) w zakresie napi po przekroczeniu napicia U DSs. B - podłoe U T jest to napicie, jakie naley przyłoy do bramki, aby powstała warstwa inwersyjna. Kady nastpny przyrost napicia U GS powoduje przyrost ładunku wprowadzanego przez bramk, który jest kompensowany ładunkiem noników powstajcego kanału. W tranzystorze z kanałem zuboonym, wzrost napicia U GS powoduje silniejsze zuboenie kanału, a wreszcie przy pewnej jego wartoci, równej tzw. napiciu odcicia U GSoff, kanał zanika. Jeeli napicia U DS i U GS bd porównywalne, to prd drenu bdzie zaleny liniowo od napicia U DS kanał pełni wówczas funkcj rezystora liniowego (rys.39.2a). Dalszy wzrost napicia U DS powoduje, tak jak w tranzystorze złczowym, spadek napicia na rezystancji kanału. W okolicy drenu nastpuje wówczas zmniejszenie inwersji, a do całkowitego jej zaniku. Mówimy wtedy

11 o odciciu kanału. Warto napicia U DS, przy której nastpuje odcicie kanału nazywamy napiciem nasycenia (rys.39.2b).

12 Temat 20 : Tyrystory. Tyrystor jest czterowarstwow diod półprzewodnikow (NPNP) sterowan. Ma on trzy elektrody: katod (K), bramk (G) i anod (A). Elektrod sterujc jest bramka. Tyrystor moe przewodzi prd jednokierunkowo, tj. od anody do katody. Rys Tyrystor: a) budowa; b) symbol graficzny. G bramka; K katoda; A anoda. ZASADA DZIAŁANIA TYRYSTORA. Rys Zmiany szerokoci warstwy zaporowej tyrystora przy przełczaniu do anody: a) minusa ródła prdu; b) plusa ródła prdu; c) charakterystyka tyrystora. Zasad działania tyrystora mona omówi w trzech kolejnych stanach jego działania. 1. Do anody dołczono biegun ujemny ródła prdu, a do katody dodatni. W tym przypadku powstaj dwie szerokie warstwy zaporowe. Tyrystor nie przewodzi prdu elektrycznego. Na charakterystyce prdowo napiciowej jest to zakres pracy oznaczony przez (a). 2. Do anody dołczono biegun dodatni ródła prdu, a do katody ujemny. W tyrystorze nastpuje polaryzacja złczy 1 i 3 w kierunku przewodzenia. Złcze 2 jest spolaryzowane w kierunku zaporowym. Cały spadek napicia pojawia si na tym złczu. Przepływ prdu przez tyrystor jest równie zablokowany. Na charakterystyce jest to zakres pracy (b). 3. Przy podnoszeniu napicia na anodzie, po przekroczeniu napicia krytycznego U k, nastpuje narastanie prdu przy malejcym równoczenie napiciu (c rezystancja ujemna), po czym tyrystor przechodzi w stan przewodzenia. Spadek napicia na tyrystorze jest wtedy niewielki (ok. 1,2V), a prd w kierunku przewodzenia bardzo duy. Tyrystory znajduj zastosowanie w nastpujcych układach: - sterownikach prdu stałego (zwanych inaczej prostownikami sterowanymi) stosowanych w stabilizatorach napicia stałego i w automatyce silników prdu stałego;

13 - sterownikach prdu przemiennego stosowanych w automatyce silników indukcyjnych, w technice owietleniowej i elektrotermii; - łcznikach i przerywaczach (stycznikach) prdu stałego i przemiennego stosowanych w automatyce napdu elektrycznego, układach stabilizacji napicia, elektrotermii i technice zabezpiecze; - przemiennikach czstotliwoci stosowanych w automatyce silników indukcyjnych, technice ultradwików i w przetwornicach (np. prdu stałego na stały o wyszym napiciu lub prdu przemiennego na zmienny o innej czstotliwoci w urzdzeniach zasilajcych); - rzadziej w układach impulsowych; w generatorach odchylania strumienia elektronowego w kineskopach telewizorów kolorowych, w urzdzeniach zapłonowych silników spalinowych (zapłon tyrystorowy) i w modulatorach impulsów w radiolokacji ( o czasie trwania 0,1 100s) Rys Tyrystory: 1 duej mocy; 2 małej mocy; 3 z radiatorem, 4 tyrystor symetryczny (triak). A anoda; K katoda; G bramka; K 1 wyprowadzenie pomocnicze katody.

14 Temat 21 : Elementy optoelektroniczne. Elementami optoelektronicznymi nazywamy elementy elektroniczne zwizane z wykorzystaniem fal wietlnych (od podczerwieni do ultrafioletu). Półprzewodnikowymi elementami optoelektronicznymi s: elementy przetwarzajce fale wietlne na sygnały elektryczne (np. fotorezystory, fotodiody, fototranzystory, lasery, przetworniki obrazu: CCD i APS); elementy emitujce wiatło, czyli przetwarzajce prd elektryczny na fale wietlne (np. diody wiecce LED, diody laserowe, kineskopy, wywietlacze, moduły wywietlaczy). FOTOREZYSTORY, FOTODIODY, FOTOTRANZYSTORY Fotorezystor jest elementem wiatłoczułym, wykonanym z półprzewodnika typu P lub N napylonego w postaci warstwy na płytk izolacyjn. Płytka z elementem wiatłoczułym jest umieszczona w hermetycznej obudowie z okienkiem przezroczystym dla wiatła. wiatło zmniejsza rezystancj półprzewodnika. Rezystancja nie zaley od kierunku napicia doprowadzonego do fotorezystora. Rys Szkic fotorezystora strumie wietlny; 1 wiatłoczuła warstwa półprzewodnika, 2 okienko przezroczyste dla wiatła, 3 obudowa hermetyczna, 4 doprowadzenie Fotorezystory s wykonane na ogół ze zwizków kadmu i ołowiu, a take germanu z domieszk cynku, miedzi i złota. Fotorezystory stosuje si jako detektory promieniowania widzialnego i podczerwonego w urzdzeniach fotometrii i automatyki. Fotodioda jest elementem zbudowanym ze złcza PN, w którym wykorzystuje si zaleno prdu wstecznego od strumienia wietlnego padajcego na złcze PN. Złcze PN jest umieszczone w obudowie hermetycznej z okienkiem Rys Szkic fotodiody strumie wietlny; 2 okienko przezroczyste dla wiatła, 3 obudowa hermetyczna, 4 doprowadzenie, 5 złcze PN Fototranzystor jest elementem trójwarstwowym PNP lub NPN, w którym prd kolektora I C jest sterowany przez strumie wietlny padajcy na baz. W fototranzystorze zmiany strumienia wietlnego powoduj znacznie wiksze zmiany prdu ni w fotodiodzie, poniewa fototranzystor jest elementem wzmacniajcym. Rys Szkic fototranzystora strumie wietlny; 2 okienko przezroczyste dla wiatła, 3 obudowa hermetyczna, 6 złcze PNP lub NPN

15 Diody elektroluminescencyjne - LED zazwyczaj s wykonane z arsenku gallu GaAs lub fosforku gallu GaP. Złcze PN jest umieszczone w obudowie metalowej z okienkiem przepuszczajcym wiatło na zewntrz. Diody LED wiec podczas przepływu prdu przy polaryzacji w kierunku przewodzenia. Emitowany strumie wietlny jest tym wikszy, im wikszy jest prd przepływajcy przez diod. wiatło emitowane przez diod LED moe by: podczerwone, czerwone, zielone, ółte, niebieskie lub bursztynowe. Wytwarzane s diody LED dwu- lub trójkolorowe składaj si one z dwóch lub trzech diod w jednej obudowie. Diody LED s stosowane w układach komutacji optycznej, w układach automatyki i kontroli jako wskanik optyczny oraz w urzdzeniach sygnalizacyjnych jako ródło promieniowania. Diody LED s take zasadniczym elementem wielosegmentowych wskaników cyfrowych (wywietlaczy liczników cyfrowych). Parametry diod LED (w zalenoci od typu): - rednica: 3 lub 5 mm - maksymalny prd przewodzenia: ma - dopuszczalna moc wejciowa: 0,1 1 W - dopuszczalne napicie wsteczne: 6 15 V - napicie przewodzenia: 1,65 V - czstotliwo: 1 MHz

16 Temat 23 : Oznaczenia elementów półprzewodnikowych. Tab Ogólne zasady oznaczenia elementów dyskretnych. Krajowe elementy dyskretne opisane w katalogu CEMI, cz.1. s oznaczane zgodnie z zasadami literami i cyframi: pierwsza litera materiał półprzewodnikowy; druga litera rodzaj elementu. Dalsze litery charakteryzuj obszar zastosowa: P w sprzcie powszechnego uytku; E- w układach hybrydowych; YP w sprzcie profesjonalnym (Y moe by zastpione przez V,W,X lub Z). Cyfry charakteryzuj typ elementu. Dane techniczne katalogowe obejmuj wartoci parametrów oraz charakterystyki statyczne i dynamiczne, ewentualnie take termiczne. Charakterystyki statyczne opisuj zmienno wybranego parametru w funkcji wolnozmiennego wymuszenia i w warunkach stałych; mog to by wykresy parametryczne. Charakterystyki dynamiczne opisuj zmienno wybranego parametru w funkcji czasu i w warunkach stałych. Liczba i rodzaj charakterystyk zale od typu elementu i stopnia szczegółowoci katalogu.

17 Temat 24: Oznaczanie układów scalonych. Symbolika stosowana w oznaczeniu układów polskiej produkcji jest tworzona zgodnie z zasadami podanymi poniej. Pierwszy znak litera okrela wykonanie U układ scalony półprzewodnikowy monolityczny wykonany w technologii bipolarnej; M - układ scalony półprzewodnikowy monolityczny wykonany w technologii unipolarnej. Drugi znak litera okrela spełnian funkcj: C układy cyfrowe, L układy liniowe (analogowe). Trzeci znak litera okrela zastosowanie: X wykonanie prototypowe, dowiadczalne, Y wykonanie do zastosowa w sprzcie profesjonalnym, A do zastosowa specjalnych. Brak litery oznacza wyrób do zastosowa w sprzcie powszechnego uytku. Kolejny znak cyfra okrela zakres dopuszczalnej temperatury otoczenia: 1 - zakres inny ni wymienione poniej, 4- od 55 do +85 O C, 5- od 55 do +125 O C, 6 - od 40 do +85 O C, 7 - od 0 do +70 O C, 8 - od 25 do +85 O C. Kolejny znak cyfra okrela numer serii. Dodatkowo mog wystpi jedna lub dwie litery okrelajce rodzaj serii: Dla układów TTL: Brak litery seria standardowa, L seria małej mocy, H seria o zwikszonej szybkoci, S seria Schottky ego (bardzo szybka), LS - seria Schottky ego o małym poborze mocy, F seria szybka, ALS ulepszona Schottky ego małej mocy, AS ulepszona Schottky ego (najszybsza). Kolejne znaki dwie lub trzy cyfry s liczb porzdkow okrelajc rodzaj elementu Na kocu moe wystpi jeszcze litera okrelajca rodzaj obudowy (F, S, H, J, N, L, K, M, P, R, T). Np.: N obudowa dwurzdowa plastykowa (typu DIL ang. Dual In Line), K obudowa czterorzdowa plastykowa. UCY74LS132N układ scalony półprzewodnikowy monolityczny wykonany w technologii bipolarnej (U), cyfrowy (C), do zastosowa w sprzcie profesjonalnym (Y), o dopuszczalnych temperaturach otoczenia w zakresie od 0 do +70 O C, o numerze seryjnym 4, serii układów Schottky ego (bardzo szybkich) małej mocy. Układ zawierajcy w dwurzdowej obudowie plastykowej (N) cztery dwuwejciowe bramki NAND z przerzutnikiem Schmitta (132).