Półprzewodnik typu N - domieszkowy

Półprzewodnik typu N można otrzymać przez wprowadzenie do chemicznie czystego germanu lub krzemu pierwiastka pięciowartościowego np: fosforu , arsenu , antymonu.

Wprowadzenie atomu pierwiastka pięciowartościowego daje jeden elektron nadmiarowy który nie wchodzi w wiązania siatki krystalicznej.

W modelu pasmowym wyraża się to jako dodatkowy obsadzony poziom dozwolony ulokowany w pobliżu pasma przewodnictwa. Taki poziom nazywamy donorowym a domieszkę pięciowartościową

domieszką donorową. Wszystkie elektrony zarówno te w paśmie podstawowym jak i na poziomach donorowych są powiązane z atomami, a w paśmie przewodnictwa brak jest elektronów swobodnych. Półprzewodnik taki nie może przewodzić prądu elektrycznego.

Jeśli temperatura wzrośnie rozpocznie się proces generacji par elektron-dziura z pasma podstawowego, a poziomy donorowe ulegną jonizacji.

W temperaturze pokojowej praktycznie wszystkie poziomy donorowe są zjonizowane co oznacza że na poziomach donorowych nie ma elektronów lecz wszystkie znajdują się w paśmie przewodnictwa.

Półprzewodnik typu P -domieszkowy

Przewodniki typu P można otrzymać przez wprowadzenie do chemicznie czystego germanu lub krzemu pierwiastka trójwartościowego np: boru , indu , glinu.

Wprowadzenie domieszki pierwiastka trójwartościowego powoduje że powstaje jedno miejsce w wiązaniu nie zapełnione przez elektron. Odpowiada to w modelu pasmowym nie obsadzonym

poziomem rozmieszczonym w pobliżu pasma podstawowego. Poziom ten nazywamy poziomem akceptorowym.

Domieszka trójwartościowa to domieszka akceptorowa a atom tej domieszki to akceptor .

W temperaturze pokojowej na poziomy akceptorowe są przenoszone elektrony z pasma podstawowego. Elektrony na tych poziomach są uwięzione i nie mogą brać udziału w prądzie elektrycznym . Po takim elektronie w paśmie podstawowym pozostaje dziura.

Półprzewodnik typu I -samoistny - to przewodnictwo elektryczne w półprzewodnikach nieuwarunkowane występowaniem zakłóceń atomowych sieci krystalicznej, lecz powstające na skutek pobudzenia cieplnego lub pod wpływem pola elektrycznego. Występuje we wszystkich półprzewodnikach, lecz zwykle jest bardzo małe w porównaniu z przewodnictwem niesamoistnym.

Stan równowagi występuje wtedy, gdy wypadkowy prąd w złączu jest równy zeru, tzn. gdy liczba przemieszczanych nośników mniejszościowych jest równa liczbie dyfundujących nośników większościowych.

Polaryzacja w kierunku zaporowym- wzrost wew. Pola powoduje wyhamowanie większościowych dziur i elektronów pozostawiając jedynie znikomy prąd nośników mniejszościowych

Polaryzacja w kierunku przewodzenia- nawet niewielki spadek wewnętrznego pola powoduje znaczny spadek liczby zawracanych elektronów i dziur przyczyniając się do znacznego wzrostu natężenia prądu nośników większościowych.

Diody prostownicze są przeznaczone do prostowania napięcia bądź prądu przemiennego o małej częstotliwości. Prostowanie jest to przetwarzanie prądu przemiennego na prąd jednokierunkowy.

Diody te pracują przy zmieniającej się cyklicznie polaryzacji w kierunku przewodzenia i polaryzacji w kierunku zaporowym. Głównymi parametrami diody prostowniczej jest dopuszczalna wartość średnia prądu wyprostowanego i dopuszczalne napięcie wsteczne pracy.

1. Dopuszczalną temperaturą złącz germanowych jest około 360 K, a złącz krzemowych — około 430 K.

2.Diody prostownicze o dużej mocy są zwykle zaopatrzone w radiatory, chłodzone z wymuszonym obiegiem powietrza.

3.Diody prostownicze warstwowe używane są do prostowania prądu o częstotliwości nie przekraczającej na ogół 400 Hz.

Fotodioda jest zbudowana podobnie jak zwykła dioda krzemowa. Różnica jest w obudowie, gdyż znajduje się tam soczewka płaska lub wypukła, umożliwiająca oświetlenie jednego z obszarów złącza. Fotodiody wykonuje się z krzemu lub arsenku galu.
Fotodiodę można traktować jako źródło prądu o wydajności zależnej od natężenia oświetlenia. Fotodiodę polaryzuje się zaporowo zewnętrznym źródłem napięcia. Pod wpływem oświetlenia przez fotodiodę płynie prąd wsteczny, który zwiększa się ze wzrostem oświetlenia. Przy braku oświetlenia przez fotodiodę płynie niewielki ciemny prąd wsteczny I₀ wywołany generacją termiczną nośników. Prąd ten narasta liniowo wraz ze wzrostem wartości napięcia wstecznego.

Układy prostownikowe, w zależności od struktury i liczby faz zasilającego napięcia przemiennego, dzieli się na: jedno i wielofazowe. Jeżeli napięcie podlega prostowaniu w czasie jednego półokresu każdej z faz, to prostownik jest nazywany półfalowym lub jednokierunkowym. Jeżeli natomiast napięcie prostowane jest w czasie obu półokresów, to prostownik jest nazywany całofalowym, dwukierunkowym lub mostkowym. Dodatkowy podział układów prostowniczych występuje ze względu na elementy z jakich został on wykonany: 1.prostowniki niesterowane (diodowe) 2.prostowniki sterowane (tyrystorowe lub tranzystorowe) 3.prostowniki niejednorodne (zawierające zarówno diody jak i tyrystory lub tranzystory)

Jakość napięcia wyprostowanego.

Średnia wartość napięcia wyprostowanego wynosi:

Wartość skuteczna napięcia wyprostowanego, dla całego okresu, obliczona z zależności:

Filtr jest to fragment obwodu elektrycznego lub obwodu elektronicznego odpowiedzialny za przepuszczanie lub blokowanie sygnałów o określonym zakresie częstotliwości lub zawierającego określone harmoniczne. Ze względu na konstrukcję i rodzaj działania filtry można podzielić na: 1.pasywne - nie zawierają elementów dostarczających energii do obwodu drgającego, zawierają tylko elementy RLC (jednostopniowe lub wielostopniowe) 2. aktywne - zawierają zarówno elementy RLC, jak również i elementy dostarczające energię do filtrowanego układu np. wzmacniacze, układy nieliniowe. Filtry można również podzielić na typy obwodów w jakich są używane: 1.analogowe 2. cyfrowe

Tranzystory - są to elementy półprzewodnikowe z trzema elektrodami, mające właściwości wzmacniania sygnału elektrycznego.
Rozróżnia się dwa rodzaje tranzystorów:

1.Tranzystory bipolarne, których działanie opiera się na przepływie zarówno prądu elektronowego, jak i dziurowego, 2.Tranzystory unipolarne, zwane też polowymi w których przepływ prądu zachodzi za pośrednictwem nośników tylko jednego znaku.

Opis zasady działania- jeżeli napięcie U_GS=0 i U_DS ma małą wartość to prąd zmienia się liniowo w funkcji przyłożonego napięcie (tranzystor zachowuje się jak rezystor). Podczas narastania napięcia UDS złącze PN jest coraz silniej polaryzowane zaporowo, przy czym polaryzacja ta jest silniejsza w pobliżu drenu. Przy pewnej wartości napięcia UDS=UDSsat=UP następuje zamknięcie kanału. Dalszy wzrost napięcia powoduje że kanał jest zamykany coraz bliżej źródła. Tranzystor wchodzi w stan nasycenia, a prąd przez niego płynący jest prądem nasycenia.

Stany pracy tranzystora-> kier. polar. złącze emiter-baza-> kier. polar. złącze kolektor-baza

ZATKANIE-ZAPOROWY-ZAPOROWY

PRZEWODZENIE AKTYWNE-PRZEWODZEMOE-ZAPOROWY

NASYCENIE-PRZEWODZENIA-PRZEWODZENIA

PRZEWODZENIE INWERSYJNE-ZAPOROWY-PRZEWODZENIA

Układy pracy tranzystora i własności.

Tranzystor pracujący w układzie OE::

- dużym wzmocnieniem prądowym
- dużym wzmocnieniem napięciowym
- dużym wzmocnieniem mocy

Napięcie wejściowe w OE jest odwrócone w fazie o 180 st. W stosunku do napięcia wejściowego. Rezystancja wejściowa jest rzędu kilkuset , a wyjściowa wynosi kilkadziesiąt k .

Tranzystor pracujący w układzie OB:

- małą rezystancję wejściową
- bardzo dużą rezystancje wyjściową
- wzmocnienie prądowe bliskie jedności

Tranzystor w tym układzie pracuje przy bardzo dużych częstotliwościach granicznych, niekiedy nawet rzędu GHz.

Tranzystor pracujący w układzie OC:

- dużą rezystancją wejściową (co ma istotne znaczenie we wzmacniaczach małej częstotliwości)
- wzmocnieniem napięciowym równym jedności (stąd jest nazywany również wtórnikiem emiterowym)
- dużym wzmocnieniem prądowym

Tyrystor - element półprzewodnikowy składający się z 4 warstw w układzie p-n-p-n. Jest on wyposażony w 3 elektrody, z których dwie są przyłączone do warstw skrajnych, a trzecia do jednej z warstw środkowych. Elektrody przyłączone do warstw skrajnych nazywa się katodą (K) i anodą (A), a elektroda przyłączona do warstwy środkowej - bramką (G, od ang. gate - bramka).

Tyrystor przewodzi w kierunku od anody do katody. Jeżeli anoda jest o dodatnim potencjale względem katody, to złącza skrajne typu p-n są spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze środkowe n-p w kierunku zaporowym.

Charakterystyka prądowo-napięciowa

Zależność prądu płynącego przez złącze od napięcia polaryzującego

Charakterystyczne zakresy pracy złącza oznaczone są różnymi kolorami:

- czerwony (polaryzacja w kierunku przewodzenia) - U < U_D, złącze praktycznie nie przewodzi, prąd jest bardzo mały; -niebieski (polaryzacja w kierunku przewodzenia) - U > U_D, złącze przewodzi, wraz ze wzrostem napięcia prąd znacząco rośnie; - zielony (polaryzacja w kierunku zaporowym) - płynie niewielki prąd unoszenia; - źółty (polaryzacja w kierunku zaporowym) - przebicie lawinowe lub zenera, prąd gwałtownie rośnie.

Stan zaworowy - występuje ( podobnie jak dla diody ) przy ujemnej polaryzacji anody względem katody. W stanie zaworowym podanie dodatniego sygnału bramkowego nie powoduje załączenia tyrystora, a jedynie wzrost prądu wstecznego ( rys 2.), tym samym wzrost strat mocy. Zwiększony prąd wsteczny może doprowadzić do przegrzania struktury PNPN i w efekcie do jej zniszczenia. Z tego powodu w obwodzie bramki należy eliminować możliwość pojawienia się dodatniego prądu bramki przy polaryzacji zaworowej tyrystora.
Stan blokowania - występuje przy dodatniej polaryzacji anody względem katody tyrystora, przy jednoczesnym braku prądu bramki. Dla tyrystora konwencjonalnego charakterystyka napięciowo-prądowa w stanie blokowania jest bardzo zbliżona do charakterystyki w stanie zaworowym.
Stan przewodzenia - występuje przy dodatniej polaryzacji anody względem katody oraz gdy w obwodzie sterującym bramka-katoda popłynie prąd wystarczający do załączenia tyrystora. W stanie przewodzenia, prąd w obwodzie bramki nie oddziałuje na prąd główny. Właściwości i parametry tyrystora będącego w stanie przewodzenia są takie same jak diody.

Czujniki termoelektryczne są to przyrządy reagujące na zmianę temperatury zmianą siły termodynamicznej wbudowanego w nie termoelementu. Połączone na jednym końcu dwa różne materiały; metale czyste, stopy metali lub niemetali, tworzą, „termoelement” inaczej popularną termoparę.

---