Diody i tranzystory. - prostownicze, stabilizacyjne (Zenera), fotodiody, elektroluminescencyjne, pojemnościowe (warikapy)

Podobne dokumenty
PÓŁPRZEWODNIKI W ELEKTRONICE. Powszechnie uważa się, że współczesna elektronika jest elektroniką półprzewodnikową.

Tranzystory. bipolarne (NPN i PNP), polowe (MOSFET), fototranzystory

Urządzenia półprzewodnikowe

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Tranzystory. 1. Tranzystory bipolarne 2. Tranzystory unipolarne. unipolarne. bipolarny

Elementy optoelektroniczne. Przygotował: Witold Skowroński

Ćwiczenie - 3. Parametry i charakterystyki tranzystorów

EL08s_w03: Diody półprzewodnikowe

Przyrządy półprzewodnikowe część 5 FET

ELEKTRONIKA ELM001551W

Wykład VIII TRANZYSTOR BIPOLARNY

Zbiór zadań z elektroniki - obwody prądu stałego.

Elementy półprzewodnikowe. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Fotoelementy. Symbole graficzne półprzewodnikowych elementów optoelektronicznych: a) fotoogniwo b) fotorezystor

Elektronika. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

Politechnika Białostocka

ELEMENTY UKŁADÓW ENERGOELEKTRONICZNYCH

1. Wymień trendy rozwojowe współczesnej elektroniki. 2. Zdefiniuj pojęcie sygnału. Jakie rodzaje sygnałów występują w elektronice?

Rozmaite dziwne i specjalne

Złożone struktury diod Schottky ego mocy

Wykład 7. Złącza półprzewodnikowe - przyrządy półprzewodnikowe

Zadania z podstaw elektroniki. Zadanie 1. Wyznaczyć pojemność wypadkową układu (C1=1nF, C2=2nF, C3=3nF):

Wybrane elementy optoelektroniczne. 1. Dioda elektroluminiscencyjna LED 2. Fotodetektory 3. Transoptory 4. Wskaźniki optyczne 5.

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 13

Dioda półprzewodnikowa

1. Zarys właściwości półprzewodników 2. Zjawiska kontaktowe 3. Diody 4. Tranzystory bipolarne

SYMBOLE GRAFICZNE. Tyrystory. Struktura Charakterystyka Opis

Układy nieliniowe - przypomnienie

Elementy przełącznikowe

Badanie charakterystyk elementów półprzewodnikowych

Politechnika Białostocka

BADANIE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO

Temat i cel wykładu. Tranzystory

Ćwiczenie nr 34. Badanie elementów optoelektronicznych

Przyrządy półprzewodnikowe część 3

TRANZYSTORY MOCY. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi tranzystorami i ich charakterystykami.

Wykład X TRANZYSTOR BIPOLARNY

Politechnika Białostocka

Diody, tranzystory, tyrystory. Materiały pomocnicze do zajęć.

Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych test kompetencji zagadnienia

Część 3. Przegląd przyrządów półprzewodnikowych mocy. Łukasz Starzak, Przyrządy i układy mocy, studia niestacjonarne, lato 2018/19 51

Elementy optoelektroniczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 7

Właściwości tranzystora MOSFET jako przyrządu (klucza) mocy

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 6a

Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych pokój:

kierunek: Automatyka i Robotyka Zadania uzupełniające do wykładu i ćwiczeń laboratoryjnych z Elektroniki sem. II

Laboratorium Elementów Elektronicznych. Sprawozdanie nr Charakterystyki i parametry dyskretnych półprzewodnikowych.

Półprzewodnikowe przyrządy mocy

Diody półprzewodnikowe. Model diody półprzewodnikowej Shockley a. Dioda półprzewodnikowa U D >0 model podstawowy

Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej STUDIA DZIENNE. Wpływ oświetlenia na półprzewodnik oraz na złącze p-n

Rozmaite dziwne i specjalne

Dioda półprzewodnikowa

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 13

Elementy elektroniczne Wykłady 5,6: Tranzystory bipolarne

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

Badanie diod półprzewodnikowych

Ćwiczenie: "Właściwości wybranych elementów układów elektronicznych"

Laboratorium elektroniki i miernictwa

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Wyznaczanie parametrów diod i tranzystorów

4. Diody DIODY PROSTOWNICZE. Są to diody przeznaczone do prostowania prądu przemiennego.

E104. Badanie charakterystyk diod i tranzystorów

III. TRANZYSTOR BIPOLARNY

TEORIA TRANZYSTORÓW MOS. Charakterystyki statyczne

Badanie tranzystora bipolarnego

Politechnika Białostocka

Elementy optoelektroniczne

Ćwiczenie 4. Parametry statyczne tranzystorów polowych JFET i MOSFET

ĆWICZENIE 4 CHARAKTERYSTYKI STATYCZNE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO

Technologia BiCMOS Statystyka procesów produkcji

IV. Wyznaczenie parametrów ogniwa słonecznego

Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Pile Studia Stacjonarne i niestacjonarne PODSTAWY ELEKTRONIKI rok akademicki 2008/2009

Ćwiczenie 22. Tranzystor i układy tranzystorowe

Równanie Shockley a. Potencjał wbudowany

I. DIODA ELEKTROLUMINESCENCYJNA

Tranzystory bipolarne w układach CMOS

Złącze p-n powstaje wtedy, gdy w krysztale półprzewodnika wytworzone zostaną dwa obszary o odmiennym typie przewodnictwa p i n. Nośniki większościowe

Elementy i Układy Sterowania Mocą

Przyrządy półprzewodnikowe część 3

Ćwiczenie 4- tranzystor bipolarny npn, pnp

Złącza p-n, zastosowania. Własności złącza p-n Dioda LED Fotodioda Dioda laserowa Tranzystor MOSFET

Badanie charakterystyk elementów półprzewodnikowych

Tranzystory polowe. Podział. Tranzystor PNFET (JFET) Kanał N. Kanał P. Drain. Gate. Gate. Source. Tranzystor polowy (FET) Z izolowaną bramką (IGFET)

Źródła i zwierciadła prądowe

Tranzystory bipolarne

1 Źródła i detektory VI. FOTOTRANZYSTOR

Tranzystor bipolarny wzmacniacz OE

Rys. 1. Oznaczenia tranzystorów bipolarnych pnp oraz npn

Przyrządy półprzewodnikowe część 3

ELEMENTY ELEKTRONICZNE TS1C

Złącze p-n: dioda. Przewodnictwo półprzewodników. Dioda: element nieliniowy

Repeta z wykładu nr 8. Detekcja światła. Przypomnienie. Efekt fotoelektryczny

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 5

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

1. Właściwości materiałów półprzewodnikowych 2. Półprzewodniki samoistne i domieszkowane 3. Złącze pn 4. Polaryzacja złącza

Ćwiczenie - 2 DIODA - PARAMETRY, CHARAKTERYSTYKI I JEJ ZASTOSOWANIE

Materiały używane w elektronice

Przykładowe zadanie egzaminacyjne dla kwalifikacji E.20 w zawodzie technik elektronik

Analizowanie działania układów analogowych i cyfrowych 311[50].O1.05

Transkrypt:

Diody i tranzystory - prostownicze, stabilizacyjne (Zenera), fotodiody, elektroluminescencyjne, pojemnościowe (warikapy) bipolarne (NPN i PNP) i polowe (PNFET i MOSFET), Fototranzystory i IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

Model idealnego złącza PN (np. Si) Anoda x x Katoda p n P N x j Obszar quasineutralny P l P >> L np E = 0 σ = p >> n Warstwa przejściowa E 0 σ = 0 p = n = 0 Złącze płaskie Obszar quasineutralny N l N >> L pn E = 0 σ = n >> p 2

Wewnętrzne pole elektryczne złącza PN ρ(x) Gęstość ładunku elektrycznego Obszar quasineutralny typu P p n + N D N A = 0 +qn D 0 x n x -qn A x p Warstwa przejściowa Obszar quasineutralny typu N p n + N D N A = 0 V = Edx F= qe p E = V x 3

Wpływ napięcia zewnętrznego na barierę potencjału złącza PN A P N K V(x) U d x V j U B U>0 U B = V j U d ~ U B 4

Charakterystyka prądowo-napięciowa idealnego złącza PN 10I S I I/I S 10 12 (0,715V) 5I S U Si I S 10 11 (0,656V) 0 0,2 0,4 0,6 I U[V] U ( U) I exp 1 S V T 5

Charakterystyka rzeczywistego złącza PN Zakres przewodzenia I I Anoda U Katoda U F I F U Zakres przebicia I R U R Zakres zaporowy 6

Diody prostownicze Prostownik mostkowy + 12 230V ~ 50Hz + + _ u 1 t u 2 t 7

Diody stabilizacyjne r Z = U I I= I Z U Z0 P max = U Z I Zmax 8

Elementarny stabilizator napięcia ΔU WY = ΔW WE r Z rz + R 9

Wpływ temperatury na przewodzenie Maksymalne dopuszczalne napięcie wsteczne Charakterystyki wsteczne złącza PN I[A] F 2,2 1,8 1,4 1,0 0,6 Charakterystyki przewodzenia 100 o C 25 o C -50 o C 0,2 U[V] F 0 0,2 0,4 0,6 1,0 U T I= const 2mV / K 10

Termometr diodowy +U CC U WY T K U U WY=b(T-T 0) T 0 -U CC U WY = b. (T-T 0 ) T 0 T b = k TUF K U ; k TUF 2mV/ o C 11

Wpływ oświetlenia na złącze PN Anoda I f Katoda 12

Charakterystyki I(U) fotodiody I Dioda nie oświetlona U Napięcie fotoelektryczne U f I ( U) = IDzw ( U) If Dioda oświetlona Prąd fotoelektryczny I f S f ~ η I f = S f J J f natężenie promieniowania γx ( W, λ) γ( wyk, λ) e j [ 1 R( wyk, λ) ] G f η - wydajność kwantowa fotonów, γ,r -współczynniki pochłaniania i odbicia promieniowania, x j - głębokość złącza. 13

Charakterystyka widmowa fotodiody 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0 S/S f fmax Oko D-Si 0,4 0,6 0,8 1,0 λμ [ m] 14

Układ pracy fotodiody jako nieliniowego fotorezystora J f E + I f R L U WY U = R I = WY L f R L S f J f U WY 0 E 15

Fotodioda jako ogniwo fotoelektryczne J f U f U f U f max U = V f max j J f U f ~ ln I I f S Sf J ~ ln I S f 16

I f R (I,U) U f Charakterystyka ogniwa a-si o powierzchni 0,25cm 2 przy oświetleniu 1sun 17

Fotodioda kwadrantowa i wskaźnik α-numeryczny 7-segmentowy z kropką Fotodiodę stosuje się do detekcji położenia plamki świetlnej. Powierzchnia światłoczuła 18

Diody elektroluminescencyjne Φ ~ I F GaAs - promieniowanie podczerwone, GaAs 1-x P x na GaAs - światło czerwone lub bursztynowe, GaAs 1-x P x na GaP - światło czerwone lub pomarańczowe, GaP - światło zielone lub czerwone lub żółte, SiC, GaN - światło niebieskie, InGaN - światło zielone lub niebieskie, GaN pokryte warstwą fluoryzującego fosforu - światło białe. 19

Charakterystyki I(U) DEL I[mA] F 20 10 2 Si U[V] F 0 0,6 1 1,5 2 2,5 3 3,5 20 Podczerwona Czerwona Zielona Bursztynowa Niebieska

Laser półprzewodnikowy (krawędziowy) powierzchnie polerowane obszar aktywny 21

Odczyt CD ROMu Winylowa warstwa podłożowa Warstwa odblaskowa λ/4 Przeźroczysta warstwa ochronna Promień opóźniony o λ/2 Dioda laserowa 22

Pojemność barierowa złącza PN x n x p = d d ~ ( V u) j ΔQ + = ΔQ = Δ Q b x p x n C j = dq du b εε = d 0 C j S ( u) 23

Diody pojemnościowe C j C j0 ( u) = m 1 u V j 1 1 m, 2 3 C C r1 C r2 U 24

Obwody rezonansowe przestrajane diodą pojemnościową f a 2π 1 L C(U) f b = 2π 1 L 1 2 C(U) 25

Podstawowe struktury tranzystora bipolarnego E N Emiter P Baza N Kolektor C P N P B Wymagania: 1. Ν E >> Ν B 2. w B << L B 26

Charakterystyki I-U tranzystora NPN A I C I C I C 1 1 * U =U U =const CE 2 2 BE A I C U BE U CE 3 3 4 4 U BE U CE * 0 U 0 U U BE CE A I C I C U =U * CE I C 1 1 2 2 A I C I B U CE 3 3 β 4 4 I=const B I B U CE 0 I B * 0 U UCE 27

Charakterystyka wejściowa tranzystora NPN I B [μa] I B U BE A U CE Si UCE=const U CE >U BE 0 0,7V U BE [V] 28

Pole elektryczne w strukturze NPN x u EB ; u CB i C = i E = 0 29

u EB < 0, u CB > 0 i C i E i B i I E ES e u V BE T i C = I CB0 + α i E 30

i C = I CB0 + α i E i E VT ( u ) I e BE ES u BE i i + i E = i = I + α ( i + i ) C B α = 0,95 0,99889 C CB0 C B i C I = 1 α β I CB0 = ICE0 + β i CE0 CB0 B I α β = β = 9 900 30000 1 α 31

Schemat zastępczy tranzystora NPN w zakresie aktywnym Kolektor I = βi + C B I CE0 I I B BS e U V BE T β = 9 900 I CE0 0 30000 Baza U BE Emiter 32

Tranzystory polowe Efekt polowy S I 1 E D S U DS UDS E = ; I1 AJ1; L = J = σ E ; 1 I1 = GUDS ; σ I 2 U DS E D I 2 G = L A ( U, ) = I DS E 33

PN-FET z kanałem typu N D I=0 G G G P N S D I D U <0 GS S U >0 DS 34

Charakterystyki PNFET-a (przykład) A I D ZL Z. NASYCENIA U GS U DS 35

MOSFET z kanałem indukowanym typu N G D S B U GS I D D G S SiO 2 N + N + miejsce kanał kanał P-Si B U DS 36

Charakterystyki MOSFET-a z kanałem indukowanym typu N (przykład) ZL Z. NASYCENIA 37

MOSFET z kanałem wbudowanym typu N G D B I D D G SiO 2 N + P-Si B S U GS S N + kanał U DS 38

Charakterystyki MOSFET-a z kanałem wbudowanym typu N (przykład) A I D ZL Z. NASYCENIA U GS U DS 39

Elektryczny stałoprądowy schemat zastępczy tranzystora polowego I=0 G G U GS S I(U D GS,U DS) D U DS S I D I UDS UGS UT D = B U GS U T U 2 = ( U ) 2 ( ) GS U T UDS UGS UT B 2 DS U DS ; B = μ C G K L n 2 40

Fototranzystor J f UCE I C I C =(1+β)(I CB0 +I f )+βi B I f = S f J f I C J f4 J=const f ; I B=0 J f3 I C U CE=UCE1 J f2 J f1 0 U CE1 U CE J J J J f1 f2 f3 f4 J f 41

Tranzystor IGBT ang. Insulated Gate Bipolar Transistor G D D SiO 2 C G C G C G p S p B n - n + S B p+ - Si E E 42

Charakterystyki wyjściowe IGBT 43