ROZDZIAŁ VI: Przyrządy półprzewodnikowe Temat 31: Dioda
Transkrypt
ROZDZIAŁ VI: Przyrządy półprzewodnikowe Temat 31: Dioda
ROZDZIAŁ VI: Przyrz dy półprzewodnikowe Temat 31: Dioda Zenera - budowa i zasada działania. Przy polaryzacji diody półprzewodnikowej w kierunku zaporowym wyst puje zakres silnego wzrostu pr du. W konwencjonalnych diodach prostowniczych, o słabym domieszkowaniu obszaru n, napi cia odpowiadaj ce temu zakresowi s du e, rz du dziesi tków i setek, a nawet tysi cy woltów. W diodach o silniejszym domieszkowaniu napi cia przebicia s mniejsze, mog by nawet rz du kilku lub kilkunastu woltów. Przyczyn wzrostu pr du 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 nast puje zbytnie przegrzanie zł cza na skutek wydzielania si du ej mocy. W zakresie przebicia dioda charakteryzuje si bardzo mał rezystancj dynamiczn (przyrostow ). Du ym zmianom pr du I odpowiadaj bardzo małe zmiany napi cia (rys. 31.1). Jest to reprezentowane rezystancj rz w uproszczonym schemacie zast pczym diody (rys. 31.1b). Przesuni cie charakterystyki diody przy przebiciu reprezentuje ródło napi ciowe Uz. Efekt przebicia mo e by wykorzystany do stabilizacji napi cia stałego. W układzie stabilizatora (rys. 31.2a) z diod Zenera DZ (stabilitronem) napi cie wej ciowe U1 (rys. 31.2b) jest wi ksze od napi cia przebicia, tak e przez rezystor R1 przepływa pr d wi kszy od pr du obci enia pr du przepływa przez diod Zenera. Dla płyn cego przez rezystor R2. Pozostała cz zapewnienia stabilizacji przy zmianach obci enia, jak te napi cia wej ciowego, układ projektuje si w taki sposób, aby przez diod płyn ł zawsze taki pr d, przy którym napi cie na diodzie niewiele si zmienia. Obecnie produkuje si diody Zenera umo liwiaj ce stabilizowanie napi o warto ci od woltów do kilkuset woltów, przy mocach od kilkuset miliwatów do kilku watów. Rys.31.1. Charakterystyki statyczne diody Zenera (stabilitronu): a) rzeczywista; b) uproszczona. Do głównych parametrów diody Zenera nale : Rys.31.2. Układ stabilizatora z diod Zenera: a) schemat układu, b) charakterystyki robocze. napi cie znamionowe stabilizacji UZ i pr d przy tym napi ciu IZ, rezystancja dynamiczna (przyrostowa) dla punktu pracy IZ, UZ. współczynnik temperaturowy zmiany napi cia stabilizacji uz, dopuszczalne straty mocy PZ max. Temat 32: Diody pojemno ciowe i impulsowe. Głównym zadaniem diod impulsowych (przeł czaj cych) 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 pr d wsteczny i du konduktancj w kierunku przewodzenia. Mo na je równie obci y du ymi mocami impulsowymi. Zaliczamy do nich diody: tunelowe, ładunkowe, ostrzowe, Schottky`ego. Diody impulsowe wykorzystywane s w układach: cyfrowych do przeł czania sygnałów, w układach powielaczy (w zakresie cz stotliwo ci mikrofalowych), ultraszybkich przeł czników, przemiany cz stotliwo ci, ograniczników i modulacji. Charakterystycznymi parametrami diod przeł czaj cych s : pojemno diody – C, napi cie przewodzenia – UF, pr d wsteczny – IR, czas ustalania si pr du wstecznego – trr. Parametrem granicznym diody przeł czaj cej jest maksymalne napi cie wsteczne – URWM. Diody pojemno ciowe (warikapy i waraktory) pracuj przy polaryzacji zaporowej, charakteryzuj c si zmienn pojemno ci w funkcji przyło onego napi cia. S zwane niekiedy diodami parametrycznymi. Warikapy stosuje si do przestrajania obwodów rezonansowych, waraktory natomiast w układach parametrycznych, we wzmacniaczach lub powielaczach cz stotliwo ci. Parametrami charakterystycznymi diod pojemno ciowych s : pr d wsteczny - IR, przy okre lonym napi ciu zaporowym; pojemno zł cza - Cj, przy okre lonym napi ciu wstecznym (typow charakterystyk diody pojemno ciowej jest zale no pojemno ci od przyło onego napi cia); stosunek pojemno ci minimalnej Cmin do maksymalnej Cmax, przy dwóch ró nych napi ciach wstecznych (bliskim zeru i warto ci maksymalnej); rezystancja szeregowa - rs, przy okre lonym napi ciu wstecznym, lub dobro - Qc (podaje si dla warikapów); maksymalna cz stotliwo - fc (podaje si dla waraktorów). Do parametrów granicznych nale : • maksymalne napi cie wsteczne - URWM, • maksymalny pr d przewodzenia - I0 (dla warikapów); • maksymalna moc - Ptot (dla waraktorów). Temat 33: Tranzystor bipolarny – budowa i zasada działania. Tranzystor jest elementem wzmacniaj cym sygnały elektryczne. Składa si on z dwóch zł czy PN, poł czonych szeregowo. Rys.19.1. Budowa , sposób polaryzacji i symbol graficzny: a) tranzystora typu NPN; b) tranzystora typu PNP; E – emiter; B – baza; C – kolektor. Zjawiska zachodz ce w jednym zł czu maj wpływ na drugie zł cze i odwrotnie. Zł cza 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 zale no ci od typu półprzewodnika (N czy P) tworz cego baz rozró niamy tranzystory typu NPN lub PNP. ZASADA DZIAŁANIA TRANZYSTORA NPN. Tranzystor nie przewodzi (jest zatkany), poniewa napi cie UB’ polaryzuje zaporowo zł cze PN (baza – emiter). Zł cze górne kolektor – baza jest równie spolaryzowane zaporowo przez napi cie (UB’+UCE). W wyniku zaporowej polaryzacji obu zł czy 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 zł cza PN pr d nie płynie, a zatem tranzystor nie przewodzi (jest zablokowany, zatkany). Po zmianie kierunku napi cia zasilaj cego obwód bazy tranzystora, zł cze baza – emiter b dzie spolaryzowane w kierunku przewodzenia. ródło napi cia zasilaj cego obwód kolektora jest tak wł czone, e zł cze baza – kolektor jest spolaryzowane zaporowo. Kolektor przyci ga wszystkie ładunki swobodne ujemne znajduj ce si w obszarze bazy, a odpycha ładunki dodatnie. Poniewa baza jest wykonana z półprzewodnika typu P, to mo na zało y , e normalnie nie ma w niej elektronów swobodnych i przez zł cze baza – kolektor pr d nie płynie. W przypadku dodatniego spolaryzowania zł cza baza – emiter przewodzi ono pr d. Elektrony z emitera przechodz do bazy, a poniewa baza jest bardzo cienka, to natychmiast dostaj si w pole przyci gania kolektora i wskutek tego zł cze baza – kolektor przewodzi pr d. Rys.19.2. Klasyfikacja tranzystorów. Rys.19.3. Przykłady tranzystorów: a) małej mocy; b) redniej mocy; c) du ej mocy. 1 – radiator. Temat 34: Charakterystyki statyczne tranzystora bipolarnego. Z zasady działania tranzystora wynikaj trzy podstawowe mo liwo ci jego sterowania. Pr d kolektora mo e by zmieniany przez zmian pr du emitera, pr du bazy lub napi cia mi dzy emiterem i baz . Dla dobrego odbierania no ników mniejszo ciowych z bazy napi cie mi dzy kolektorem i baz powinno polaryzowa zł cze kolektor-baza w kierunku zaporowym. Dopóki tak jest, zmiany napi cia na kolektorze niewiele wpływaj na pr d kolektora, szczególnie przy sterowaniu tranzystora pr dem emitera (układ W B). Odpowiada to zakresowi dodatnich napi mi dzy kolektorem i baz (rys. 34.1a). Zmniejszenie napi cia na zł czu kolektor-emiter, przy spolaryzowaniu go w kierunku przewodzenia, powoduje zmniejszenie pr du kolektora, mimo utrzymywania stałego pr du emitera. Kolektor przestaje wówczas odbiera no niki wprowadzone przez emiter i staje si tak e ródłem wprowadzaj cym no niki do bazy. Zakres, w którym zł cze emiter-baza jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a zł cze kolektor-baza zaporowo, nazywa si zakresem aktywnym. Zakres, w którym przewodzi zł cze kolektor-baza, przy przewodz cym drugim zł czu, nazywa si zakresem nasycenia. Podobne zakresy wyst puj przy sterowaniu pr dem bazy (rys. 34.1b), przy czym zł cze kolektor-baza zaczyna przewodzi ju przy dodatnich napi ciach miedzy kolektorem i emiterem (UCE > UCEs, gdzie CES jest napi ciem nasycenia). Nale y zwróci uwag na to, e nachylenie charakterystyk tranzystora dla układu WE jest wi ksze ni dla układu WB. Charakterystyki te nazywaj si charakterystykami kolektorowymi; parametrem jest pr d steruj cy. Charakterystyki pr du emitera maj kształt podobny do charakterystyk diody; wyst puj ce zmiany pr du emitera pod wpływem napi cia mi dzy kolektorem i emiterem s spowodowane zmian szeroko ci obszaru przelotowego bazy. Zmiany szeroko ci obszaru przelotowego bazy pod wpływem napi cia mi dzy kolektorem i baz wpływaj tak e nieco na charakterystyki kolektorowe, co zaznacza si w postaci niewielkiego nachylenia charakterystyk w zakresie aktywnym (rys. 34.1c). Na rysunkach przedstawiaj cych charakterystyki statyczne tranzystora nie pokazano ogranicze mocowych i napi ciowych. Rys.34.1. Charakterystyki statyczne tranzystora bipolarnego: a) w układzie WB; b) w układzie WE; c) wej ciowe układu WB. Temat 35: Podstawowe parametry tranzystora bipolarnego. Parametry okre laj ce wła ciwo ci tranzystorów dzieli si na: graniczne, charakterystyczne i maksymalne. Parametry graniczne okre laj warto ci np. napi czy pr dów, których przekroczenie mo e spowodowa uszkodzenie lub zniszczenie tranzystora. Parametry charakterystyczne albo rednie s zalecane przez wytwórc jako optymalne. Rozró nia si parametry statyczne i parametry dynamiczne. Parametry maksymalne s najwi kszymi warto ciami np. pr dów lub napi , których osi gni cie nie grozi uszkodzeniem tranzystora. Parametry dynamiczne informuj o wła ciwo ciach diody czy tranzystora w wybranym punkcie pracy przy wysterowaniu tranzystora przemiennym napi ciem lub pr dem. Parametry statyczne okre laj zale no ci pomi dzy napi ciami stałymi a pr dami stałymi doprowadzonymi do tranzystora. Parametry te umo liwiaj wybranie odpowiedniego punktu pracy tranzystora. Podstawowymi parametrami statycznymi tranzystorów s : UCBRmax - maksymalne dopuszczalne napi cie stałe kolektor-baza, doprowadzone w kierunku wstecznym zł cza, przy pr dzie emitera równym zeru, nie powoduj ce przy długotrwałej pracy zmniejszenia niezawodno ci poni ej danej warto ci; UEBRmax - maksymalne dopuszczalne napi cie stałe emiter-baza, doprowadzone w kierunku wstecznym, przy pr dzie kolektora równym zeru, nie powoduj ce zmniejszenia niezawodno ci poni ej danej warto ci; UCERmax - maksymalne dopuszczalne napi cie stałe kolektor-emiter, doprowadzone w kierunku wstecznym, przy pr dzie bazy równym zeru, nie powoduj ce zmniejszenie niezawodno ci poni ej danej warto ci. Parametry te okre laj równocze nie warto ci napi przebicia zł czy kolektor-baza, emiterbaza i kolektor-emiter. Cz sto s one podawane jako warto ci napi maksymalnych pomi dzy poszczególnymi elektrodami tranzystora. Np.: dla tranzystorów krzemowych BFS10 w temp. 25°C UCBRmax = 30 V, UEBRmax = 5 V, UCBRmax = 30 V Dla pracy tranzystora przy du ych sygnałach wa ny jest parametr UCE sat - ~ napi cie nasycenia (szcz tkowe) kolektor-emiter przy okre lonych warto ciach pr du bazy i pr du kolektora; pr d kolektora jest tu ograniczany przez obwód zewn trzny. Warto napi cia nasycenia ogranicza zakres roboczy tranzystora. Np. dla tranzystora BF 510 UcEsat = IV Bardzo wa nymi parametrami statycznymi s równie : ICBO - zerowy pr d kolektora, przy okre lonym wstecznym napi ciu na zł czu kolektor-baza i pr dzie emitera równym zeru (odł czony emiter), IEBO - zerowy pr d emitera, przy okre lonym wstecznym napi ciu na zł czu emiter-baza i pr dzie kolektora równym zeru (odł czony kolektor). Pr dy zerowe tranzystora okre laj jego jako dla ró nych jego zastosowa . Pomiary warto ci tych pr dów pozwalaj stwierdzi , czy tranzystor jest dobry czy uszkodzony oraz czy jest stabilny w czasie. Pr dy zerowe uzale nione s od temperatury i wzrastaj wraz z ni . Np. dla tranzystora BF 510 ICBO = 0,5 A (przy UCB = 6 V i w temp. 25°C), ICBO = 100 A (przy UCB = 6 V i w temp. 150°C). Temat 36: Stany pracy tranzystora. Tranzystor jest elementem wzmacniaj cym sygnały elektryczne, składaj cym si z dwóch zł czy PN poł czonych szeregowo. Dlatego te polaryzuj c odpowiednio te zł cza mo na wyró ni cztery stany pracy tranzystora: Stan pracy tranzystora Zatkany Polaryzacja zł cza emiter - baza kolektor - baza zaporowy zaporowy Przewodzenia aktywnego przewodzenia zaporowy Nasycenia przewodzenia przewodzenia Przewodzenia inwersyjnego zaporowy przewodzenia W zale no ci 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 pr dem kolektora, a od dołu pr dem zerowym, płyn cym przez tranzystor w danym układzie (poni ej znajduje si obszar zatkania). Ze strony lewej ograniczenie stanowi obszar nasycenia, a z prawej - krzywa (hiperbola) Pa = UI, która okre la maksymaln moc, jaka mo e by wydzielona w tranzystorze, i warto napi cia przebicia. Rys.36.1. Obszary pracy tranzystora w układzie: a) OB.; b) OE. Temat 37: Tranzystor PNFET - budowa i zasada działania. W tranzystorach unipolarnych mi dzy elektrodami płynie głównie pr d no ników jednego rodzaju, pr d no ników wi kszo ciowych. S dwa rodzaje tranzystorów unipolarnych. Najstarszym jest tranzystor unipolarny zł czowy, oznaczony jako JFET (angielska nazwa Junction Field Effect Transdstor - tranzystor zł czowy 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 dzi ki opracowaniu nowych technologii tranzystory typu IGFET (MOSFET) znalazły szerokie zastosowanie w układach cyfrowych. Układy wielkiej skali integracji (LSI — Large Scal Integration), takie jak pami ci, rejestry, liczniki, procesory wykonuj ce działania matematyczne i przetwarzaj ce sygnały elektryczne, s teraz małymi kostkami zawieraj cymi wiele tysi cy tranzystorów. ZASADA DZIAŁANIA: Na rys. 37.1 przedstawiono przekrój uproszczonej budowy tranzystora JFET z kanałem typu n. Wyró niono trzy elektrody: ródło S (ang. Source), dren D (ang. Drain), znajduj ce si na dwóch przeciwległych ko cach płytki półprzewodnika typu n (kanały), oraz bramka steruj ca G (ang. Gate), które tworz dwa obszary półprzewodnika p. Do wytłumaczenia działania tranzy stora JFET dogodnie jest posługiwa si jego uproszczonym schematem zast pczym (modelem dwuwymiarowym). ródło i dren s spolaryzowane tak, aby umo liwi przepływ pr du no ników wi kszo ciowych przez kanał n w kierunku od ródła do drenu. Sterowanie strumienia no ników nast puje po .przyło eniu mi dzy bramk i ródło napi cia polaryzuj cego zł cza bramkakanał (p-n) w kierunku zaporowym. Domieszkowanie obszaru p jest znacznie silniejsze ni domieszkowanie kanału n i dlatego prawie cały obszar ładunku przestrzennego zł cza zwi ksza si w gł b kanału. Pole elektryczne w tych obszarach jest tak skierowane, e nie przepływaj przez nie no niki wi kszo ciowe, które s koncentrowane w cz ci kanału nie obj tej obszarem ładunku przestrzennego. Jak wida napi ciem bramki mo e by dokonywana zmiana szeroko ci kanału przepływowego, a wi c zmiana rezystancji mi dzy ródłem S i drenem D. Mo liwe jest zw anie i rozszerzanie przekroju strumienia ładunku za pomoc trzeciej elektrody – bramki steruj cej G. Temat 38: Tranzystor PNFET - charakterystyki i podstawowe parametry Rys.38.1. Charakterystyki statyczne tranzystora unipolarnego JFET: a) drenowa (wyj ciowa) – zale no pr du drenu (ID) od napi cia dren- ródło (UDS), przy stałym napi ciu bramka- ródło (UGS); b) bramkowa (przej ciowa) - zale no pr du drenu (ID od napi cia bramka- ródło (UGS), przy stałym napi ciu dren- ródło (UDS) . Charakterystyki statyczne tranzystora polowego JFET pokazano na rys. 38.1. Przy ustalonym napi ciu mi dzy bramk i ródłem, np. UGS = O V, pocz tkowe zwi kszanie napi cia mi dzy drenem i ródłem od zera powoduje wzrost pr du drenu, podobnie jak w zwykłym rezystorze, z tym jednak, e wzrost pr du jest wolniejszy (charakterystyk odpowiednio dobranego rezystora zaznaczono lini prost ). Nast pnie dalsze zwi kszanie napi cia (dodatniego) mi dzy drenem i ródłem powoduje wyra ne zmniejszenie szeroko ci kanału przepływowego no ników, szczególnie zaw a si obszar II i jednocze nie rozszerza w kierunku drenu. Powoduje to wzrost rezystancji mi dzy ródłem i drenem. Wybrana charakterystyka statyczna coraz silniej si zakrzywia. Dla pewnego napi cia, nazywanego napi ciem odci cia kanału, obszary barier schodz si , a przy napi ciu mi dzy drenem i ródłem wi kszym od napi cia odci cia obszar wspólnej bariery rozszerza si w kierunku ródła. No niki płyn w pierwszej cz ci (obszar I) tak jak poprzednio, ale wchodz c w obszar barier s ju ukształtowane w w ski strumie i transportowane w warunkach istnienia silnego pola elektrycznego. Wówczas no niki te poruszaj si ze stał pr dko ci maksymaln i dalsze zmiany napi cia i wzrost pola elektrycznego nie powoduj wyra nego przyrostu pr du. Gwałtowny wzrost pr du nast puje wówczas, gdy zaczyna dominowa efekt lawinowy, poniewa wówczas obszar barierowy jest długi. Typowe warto ci napi cia odci cia kanału s zawarte w granicach l ... 6 V, a napi cia przebicia 20 ... 60 V (rys. 38.2.). Rys.38.2. Charakterystyki drenowe tranzystora JFET przy napi ciu na bramce jako parametrze. Temat 39: Tranzystor MOSFET - budowa i zasada działania. Na rys. 39.1. pokazano budow dwóch rodzajów tranzystorów IGFET. W słabo domieszkowane podło e typu p wdyfundowane s obszary n o silnym domieszkowaniu. Mi dzy tymi obszarami znajduje si kanał ze słabo domieszkowanego materiału typu n. Mo e te nie by adnego kanału wbudowanego (rys. 39.1b). Bramka jest odizolowana od obszarów wdyfundowanych i podło a warstw dwutlenku krzemu. Dzi ki istnieniu tej warstwy rezystancja wej ciowa bramki jest bardzo du a, o warto ci rz du 1012....1014 . Podobnie jak w tranzystorach bipolarnych wykonuje si w tym przypadku elementy komplementarne, w których podło e jest typu n. Dren i ródło stanowi obszary typu p, kanał te mo e by wbudowany (typ p) poprzez wdyfundowanie. Rys.39.1. Budowa tranzystora unipolarnego IGFET z bramk izolowan : a) z wbudowanym kanałem n; b) z zaindukowanym kanałem n W tranzystorach IGFET, nie maj cych kanału wdyfundowanego, transport no ników mi dzy ródłem i drenem nast puje w obszarze pod powierzchni dwutlenku krzemu, gdzie w pewnych warunkach tak e powstaje kanał. Sposób powstawania tego kanału jest ró ny w ró nych rodzajach tranzystorów IGFET. W .niektórych typach tranzystorów kanał tworzy si dopiero wówczas, gdy napi cie bramki przekroczy pewn warto progow . ZASADA DZIAŁANIA. Je eli do bramki zostanie przyło one napi cie dodatnie, to powstanie kanał wzbogacony, a je li ujemne — to kanał zubo ony. W tranzystorze z kanałem wzbogaconym, wzrost napi cia UGS powy ej warto ci napi cia progowego UT powoduje powstanie kanału. Napi cie progowe UT jest to napi cie, jakie nale y Rys.39.2. Zmiany szeroko ci kanału przyło y do bramki, aby powstała pod wpływem napi cia na drenie warstwa inwersyjna. Ka dy przy stałym napi ciu na bramce: a) w zakresie małych napi na nast pny przyrost napi cia UGS drenie; b) w zakresie napi powoduje przyrost ładunku odpowiadaj cym „zamkni ciu” wprowadzanego przez bramk , który kanału przy drenie; c) w zakresie jest kompensowany ładunkiem napi po przekroczeniu napi cia no ników powstaj cego kanału. W UDSs. tranzystorze z kanałem zubo onym, B - podło e wzrost napi cia UGS powoduje silniejsze zubo enie kanału, a wreszcie przy pewnej jego warto ci, równej tzw. napi ciu odci cia UGSoff, kanał zanika. Je eli napi cia UDS i UGS b d porównywalne, to pr d drenu b dzie zale ny liniowo od napi cia UDS – kanał pełni wówczas funkcj rezystora liniowego (rys.39.2a). Dalszy wzrost napi cia UDS powoduje, tak jak w tranzystorze zł czowym, spadek napi cia na rezystancji kanału. W okolicy drenu nast puje wówczas zmniejszenie inwersji, a do całkowitego jej zaniku. Mówimy wtedy o odci ciu kanału. Warto nasycenia (rys.39.2b). napi cia UDS, przy której nast puje odci cie kanału nazywamy napi ciem Temat 20 : Tyrystory. Tyrystor jest czterowarstwow diod półprzewodnikow (NPNP) sterowan . Ma on trzy elektrody: katod (K), bramk (G) i anod (A). Elektrod steruj c jest bramka. Tyrystor mo e przewodzi pr d jednokierunkowo, tj. od anody do katody. Rys.20.1. Tyrystor: a) budowa; b) symbol graficzny. G – bramka; K – katoda; A – anoda. ZASADA DZIAŁANIA TYRYSTORA. Zasad działania tyrystora mo na omówi w trzech kolejnych stanach jego działania. 1. Do anody doł czono biegun ujemny ródła pr du, a do katody dodatni. W tym przypadku powstaj dwie szerokie warstwy zaporowe. Tyrystor nie Rys.20.2. Zmiany szeroko ci przewodzi pr du elektrycznego. Na warstwy zaporowej tyrystora przy przeł czaniu do anody: charakterystyce pr dowo – napi ciowej a) minusa ródła pr du; jest to zakres pracy oznaczony przez b) plusa ródła pr du; (a). c) charakterystyka tyrystora. 2. Do anody doł czono biegun dodatni ródła pr du, a do katody ujemny. W tyrystorze nast puje polaryzacja zł czy 1 i 3 w kierunku przewodzenia. Zł cze 2 jest spolaryzowane w kierunku zaporowym. Cały spadek napi cia pojawia si na tym zł czu. Przepływ pr du przez tyrystor jest równie zablokowany. Na charakterystyce jest to zakres pracy (b). 3. - Przy podnoszeniu napi cia na anodzie, po przekroczeniu napi cia krytycznego Uk, nast puje narastanie pr du przy malej cym równocze nie napi ciu (c – rezystancja ujemna), po czym tyrystor przechodzi w stan przewodzenia. Spadek napi cia na tyrystorze jest wtedy niewielki (ok. 1,2V), a pr d w kierunku przewodzenia bardzo du y. Tyrystory znajduj zastosowanie w nast puj cych układach: sterownikach pr du stałego (zwanych inaczej prostownikami sterowanymi) – stosowanych w stabilizatorach napi cia stałego i w automatyce silników pr du stałego; - - sterownikach pr du przemiennego – stosowanych w automatyce silników indukcyjnych, w technice o wietleniowej i elektrotermii; ł cznikach i przerywaczach (stycznikach) pr du stałego i przemiennego – stosowanych w automatyce nap du elektrycznego, układach stabilizacji napi cia, elektrotermii i technice zabezpiecze ; przemiennikach cz stotliwo ci – stosowanych w automatyce silników indukcyjnych, technice ultrad wi ków i w przetwornicach (np. pr du stałego na stały o wy szym napi ciu lub pr du przemiennego na zmienny o innej cz stotliwo ci – w urz dzeniach zasilaj cych); rzadziej w układach impulsowych; w generatorach odchylania strumienia elektronowego w kineskopach telewizorów kolorowych, w urz dzeniach zapłonowych silników spalinowych (zapłon tyrystorowy) i w modulatorach impulsów w radiolokacji ( o czasie trwania 0,1÷100 s) Rys.20.3. Tyrystory: 1 – du ej mocy; 2 – małej mocy; 3 – z radiatorem, 4 – tyrystor symetryczny (triak). A – anoda; K – katoda; G – bramka; K1 – wyprowadzenie pomocnicze katody. Temat 21 : Elementy optoelektroniczne. Elementami optoelektronicznymi nazywamy elementy elektroniczne zwi zane z wykorzystaniem fal wietlnych (od podczerwieni do ultrafioletu). Półprzewodnikowymi elementami optoelektronicznymi s : • elementy przetwarzaj ce fale wietlne na sygnały elektryczne (np. fotorezystory, fotodiody, fototranzystory, lasery, przetworniki obrazu: CCD i APS); • elementy emituj ce wiatło, czyli przetwarzaj ce pr d elektryczny na fale wietlne (np. diody wiec ce LED, diody laserowe, kineskopy, wy wietlacze, moduły wy wietlaczy). 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 zale y od kierunku napi cia doprowadzonego do fotorezystora. Rys.21.1. Szkic fotorezystora – strumie wietlny; 1 – wiatłoczuła warstwa półprzewodnika, 2 – okienko przezroczyste dla wiatła, 3 – obudowa hermetyczna, 4 – doprowadzenie Fotorezystory s wykonane na ogół ze zwi zków kadmu i ołowiu, a tak e germanu z domieszk cynku, miedzi i złota. Fotorezystory stosuje si jako detektory promieniowania widzialnego i podczerwonego w urz dzeniach fotometrii i automatyki. Fotodioda jest elementem zbudowanym ze zł cza PN, w którym wykorzystuje si zale no pr du wstecznego od strumienia wietlnego padaj cego na zł cze PN. Zł cze PN jest umieszczone w obudowie hermetycznej z okienkiem Rys.21.2. Szkic fotodiody – strumie wietlny; 2 – okienko przezroczyste dla wiatła, 3 – obudowa hermetyczna, 4 – doprowadzenie, 5 – zł cze PN Fototranzystor jest elementem trójwarstwowym PNP lub NPN, w którym pr d kolektora IC jest sterowany przez strumie wietlny padaj cy na baz . W fototranzystorze zmiany strumienia wietlnego powoduj znacznie wi ksze zmiany pr du ni w fotodiodzie, poniewa fototranzystor jest elementem wzmacniaj cym. Rys.21.2. Szkic fototranzystora – strumie wietlny; 2 – okienko przezroczyste dla wiatła, 3 – obudowa hermetyczna, 6 – zł cze PNP lub NPN Diody elektroluminescencyjne - LED zazwyczaj s wykonane z arsenku gallu GaAs lub fosforku gallu GaP. Zł cze PN jest umieszczone w obudowie metalowej z okienkiem przepuszczaj cym wiatło na zewn trz. Diody LED wiec podczas przepływu pr du przy polaryzacji w kierunku przewodzenia. Emitowany strumie wietlny jest tym wi kszy, im wi kszy jest pr d przepływaj cy przez diod . wiatło emitowane przez diod LED mo e 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 wska nik optyczny oraz w urz dzeniach sygnalizacyjnych jako ródło promieniowania. Diody LED s tak e zasadniczym elementem wielosegmentowych wska ników cyfrowych (wy wietlaczy liczników cyfrowych). Parametry diod LED (w zale no ci od typu): - rednica: 3 lub 5 mm - maksymalny pr d przewodzenia: 20 ÷ 500 mA - dopuszczalna moc wej ciowa: 0,1 ÷ 1 W - dopuszczalne napi cie wsteczne: 6 ÷ 15 V - napi cie przewodzenia: 1,65 V - cz stotliwo : 1 MHz Temat 23 : Oznaczenia elementów półprzewodnikowych. Tab. 23.1. 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 sprz cie powszechnego u ytku; E- w układach hybrydowych; YP – w sprz cie profesjonalnym (Y mo e by zast pione przez V,W,X lub Z). Cyfry charakteryzuj typ elementu. Dane techniczne katalogowe obejmuj warto ci parametrów oraz charakterystyki statyczne i dynamiczne, ewentualnie tak e 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 szczegółowo ci katalogu. Temat 24: Oznaczanie układów scalonych. Symbolika stosowana w oznaczeniu układów polskiej produkcji jest tworzona zgodnie z zasadami podanymi poni ej. • Pierwszy znak – litera – okre la wykonanie U – układ scalony półprzewodnikowy monolityczny wykonany w technologii bipolarnej; M - układ scalony półprzewodnikowy monolityczny wykonany w technologii unipolarnej. • Drugi znak – litera – okre la spełnian funkcj : C – układy cyfrowe, L – układy liniowe (analogowe). • Trzeci znak – litera – okre la zastosowanie: X – wykonanie prototypowe, do wiadczalne, Y – wykonanie do zastosowa w sprz cie profesjonalnym, A – do zastosowa specjalnych. Brak litery oznacza wyrób do zastosowa w sprz cie powszechnego u ytku. • Kolejny znak – cyfra – okre la zakres dopuszczalnej temperatury otoczenia: 1 - zakres inny ni wymienione poni ej, 4- od –55 do +85O C, 5- od –55 do +125O C, 6 - od –40 do +85O C, 7 - od 0 do +70O C, 8 - od –25 do +85O C. • Kolejny znak – cyfra – okre la numer serii. Dodatkowo mog wyst pi jedna lub dwie litery okre laj ce rodzaj serii: Dla układów TTL: Brak litery – seria standardowa, L – seria małej mocy, H – seria o zwi kszonej szybko ci, 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 porz dkow okre laj c rodzaj elementu • Na ko cu mo e wyst pi jeszcze litera okre laj ca rodzaj obudowy (F, S, H, J, N, L, K, M, P, R, T). Np.: N – obudowa dwurz dowa plastykowa (typu DIL – ang. Dual In Line), K – obudowa czterorz dowa plastykowa. UCY74LS132N – układ scalony półprzewodnikowy monolityczny wykonany w technologii bipolarnej (U), cyfrowy (C), do zastosowa w sprz cie profesjonalnym (Y), o dopuszczalnych temperaturach otoczenia w zakresie od 0 do +70O C, o numerze seryjnym 4, serii układów Schottky’ego (bardzo szybkich) małej mocy. Układ zawieraj cy w dwurz dowej obudowie plastykowej (N) cztery dwuwej ciowe bramki NAND z przerzutnikiem Schmitta (132).