Radomír Matonoha

Uživatel:   nepřihlášen
úvodúvodInformace o oboru Elektronické počítačové systémyInformace o oboru StrojírenstvíInformace o oboru AdministrativaInformace o oboru Silniční dopravaHlavní obrázek

Elektrický proud v polovodičích

 

Pojem polovodiče

 

polovodiče - látky, jejichž rezistivita je při běžné teplotě větší než kovů

-   jejich elektrické vlastnosti výrazně závisí na teplotě

-   např. Si, Ge, Se, Te, C

 

termistor - teplotně závislý rezistor vyrobený ze směsi oxidů

-   s rostoucí teplotou se jeho odpor rychle zmenšuje

 

fotorezistor   - jeho odpor závisí na osvětlení; z CdS

-   při osvětlení odpor klesá

 

Vedení elektrického proudu v čistém polovodiči. Vlastní vodivost

 

- další popis se váže k čistému krystalickému křemíku

 

křemík - má 14 elektronů, 4 z toho vytvářejí vazby a 10 je pevně vázáno k jádru

-   na uvolnění elektronu z kovalentní vazby je potřeba energie 1,1 eV

-   při běžných teplotách kolem 20 °C dochází k vytřesení některých elektronů z vazeb

-   na místě elektronu vzniká díra – prázdné místo, kde převládá kladný náboj

-   volné elektrony a díry se v krystalu chaoticky pohybují

-   volný elektron při setkání s dírou ztrácí část své energie zaplňuje díru a zapojuje se zpět do vazebné dvojice

-   tímto způsobem se v polovodiči udržuje dynamická rovnováha mezi tvorbou a zánikem párů elektron-díra

 

generace – tvorba páru elektron-díra

 

rekombinace – zánik páru elektron-díra

 

vlastní vodivost -  při zapojení polovodiče do elektrického obvodu v něm vzniká elektrické pole způsobené uspořádaným pohybem děr ve směru intenzity elektrického pole a volných elektronů ve směru opačném

-   výsledný elektrický proud ve vodiči je součtem proudu elektronového a děrového

-   I = Ie + Id

-   může ji vyvolat tepelný pohyb krystalové mřížky a dopad záření na povrch polovodiče (viz fotorezistor)

 

vlastní polovodiče - látky výhradně s vlastní vodivostí

 

vnitřní fotoelektrický jev - generování párů elektron-díra vlivem světelného záření

 

- větší význam má příměsová vodivost polovodičů


Příměsové polovodiče

 

- vodivost polovodiče může být ovlivněna příměsemi – obr. str. 89

 

příměsová vodivost polovodičů – vodivost vyvolaná pomocí pěti- nebo tří-mocných příměsí

 

příměsové polovodiče - polovodiče s příměsovou vodivostí

-   při zahřívání se u nich začíná projevovat i vlastní vodivost - nežádoucí

 

elektronová vodivost  - získá ji např. krystal křemíku příměsí prvku s oxidačním číslem 5 (As)

-   k vazbě se uplatní jen 4 elektrony, jeden zůstane volný – volně se pohybuje krystalem

-   z příměsi je donor – daruje elektron a z ní se stane kladný, nepohyblivý ion

-   majoritní (většinové) nosiče náboje – elektrony

-   minoritní (menšinové) nosiče náboje – díry

-   polovodiče typu N

 

děrová vodivost  - do křemíku se přimísí prvek s oxidačním číslem 3 (Al)

-   příměs obsadí jen tři vazby, vznikne díra

-   z příměsi je akceptor – přijímá elektron přiskočivší od sousedního křemíku, stane se z ní záporný nepohyblivý ion

-   majoritní (většinové) nosiče náboje – díry

-   minoritní (menšinové) nosiče náboje – elektrony

-   polovodiče typu P

 


Přechod PN. Polovodičová dioda

 

 polovodičová dioda - součástka se dvěma vývody připojenými na jeden přechod PN

 

anoda – vývod připojený k polovodiči typu P

 

katoda – vývod připojený polovodiči typu N

 

hradlová vrstva   - přechod mezi P a N; je silná cca 1μm

-   intenzita elektrického pole v ní směřuje z N do P

 

diodový jev – závislost odporu diody na polaritě zdroje – viz dále

 

propustný směr  - potenciál anody je větší než potenciál katody

-   obvodem prochází proud

-   elektrické pole vytvořené zdrojem překoná elektrické pole hradlové vrstvy

-   v oblasti přechodu PN dochází k rekombinacím elektronů a děr

 

závěrný směr   - potenciál katody je větší než potenciál anody

-   obvodem proud neprochází

-   zvětší se elektrické pole hradlové vrstvy a dioda je prakticky nevodivá

 

voltampérová charakteristika diody - graf závislostí proudu procházejícího diodou na připojeném napětí

-   dvě části: v propustném a závěrném směru

-   proud je velmi malý, začíná růst teprve při dosažení prahového napětí Uf0

-   při trvalém zatížení nesmí překročit hodnotu IFM

 

usměrňovací dioda – napětí na ní nesmí překročit hodnotu průrazného napětí UBR

 

stabilizační dioda  - pracuje i v závěrném směru po překročení průrazného Zenerova napětí UZ

-   v průrazném režimu proud rychle roste už při nepatrném zvýšení závěrného napětí >> stabilizační obvody

 

hrotové diody – přechod PN tvořen kovovým hrotem

 

luminiscenční diody - větší prahové napětí; rekombinace elektronů a děr v přechodu spojeny se vznikem viditelného nebo IR záření

 

fotodiody  -  konstruovány tak, aby do blízkosti přechodu PN mohlo proniknout záření, které generuje páry elektron-díra

-   osvětlené vodivé i v závěrném směru, samy zdrojem elektrického napětí


Tranzistor

 

β = ΔICIB

 

tranzistor - je tvořen krystalem polovodiče se dvěma přechody PN

 

báze – B – střední část přechodu

kolektor C

emitor E – značí se šipkou

 

tranzistor NPN – šipka značící E ven

 

tranzistor PNP – šipka značící E dovnitř

 

tranzistorový jev - malé napětí vzbuzuje v obvodu báze proud, který je příčinou většího proudu v obvodu kolektorovém

-   viz str. 97

-   proud báze IB je tvořen elektrony, které pronikají z emitoru do báze

-   v malém objemu báze je nedostatek děr, se kterými by se mohly rekombinovat; elektrony jsou zároveň přitahovány ke kolektoru, který má kladný potenciál

-   elektrony jsou v oblasti báze menšinovými nosiči náboje >> mohou volně procházet do kolektoru (velký Ic), jen malá část se rekombinuje (malý IB)

 

proudový zesilovací činitel  - β - charakterizuje zesilovací funkci tranzistoru

-   β = ΔICIB    při UCE = konst.

-   ΔIC......změna kolektorového proudu

-   ΔIB......změna proudu báze – iniciuje ΔIC

-   β je řádově 102

 

planární technologie výroby - tranzistor vznikne v destičce vyříznuté z monokrysalu křemíku s vodivostí např. N; na destičce se pak postupnými operacemi vytváří struktura tranzistoru

 

bipolární tranzistory – viz výše – na jeho činnosti se uplatňují oba typy nosičů náboje, elektrony i díry

 

unipolární tranzistory = FET

-   kolektorový proud není řízen IB, ale napětím

-   vstupní odpor Rvst →∞ >>  vstupní proud → 0

-   >> tranzistory řízené elektrickým polem

-   FET = Field Effect Tranzistor

 

unipolární tranzistor s indukovaným kanálem N - na destičce typu P jsou dvě oblasti s vodivostí N, které tvoří kolektor a emitor

-   tenká vrstva kovu naneseného na destičce plní funkci řídící elektrody G – Gate

-   je-li na řídící elektrodě kladné napětí UGE, kolektorovým obvodem prochází proud


Integrovaný obvod

 

integrovaný obvod  -  v křemíkové destičce malého rozměru – čipu je tvořen celý funkční systém, obsahující tranzistory, diody, rezistory aj.

-   schematická značka viz str. 101 – vstupní a výstupní svorky + svorky pro připojení zdroje

 

operační zesilovače - zesilují střídavý a stejnosměrný proud, umožňují matematické operace

-   ke konstrukci číslicových převodníků – převod analogového signálu na číslicový a naopak

 

obvody pro zpracování číslicového signálu - zpracovávají sled impulzů napětí měnících se skokem mezi dvěma napětími

-   nižší hodnota – logická 0

-   vyšší hodnota – logická 1

 

mikroprocesor – integrovaný obvod, jehož logické operace lze programovat





Přiložené soubory

Na tuto stránku byly připojeny následující soubory:

#1

Dokument aplikace Microsoft Word

DOC

Informace o souboru
Jméno:priklady-proud-v-latkach.doc
Popis:--
Velikost:       379 kb
Staženo:4006x
Nahráno:07. ledna 2009
Stažení souboru

Pro stažení souboru klikněte na odkaz

[   Stáhnout soubor   ]


#2

Dokument aplikace Microsoft Word

DOC

Informace o souboru
Jméno:reseni--proud-v-latkach.doc
Popis:--
Velikost:       972 kb
Staženo:825x
Nahráno:07. ledna 2009
Stažení souboru

Pro stažení souboru klikněte na odkaz

[   Stáhnout soubor   ]



Aktualizováno:   07. ledna 2009 17:28:12

Stránka byla zobrazena:   2121x