W1 pn dioda
-
Upload
hoangxuyen -
Category
Documents
-
view
231 -
download
2
Transcript of W1 pn dioda
Złącze p-n, diody półprzewodnikowe. Elementy optoelektroniczne.Prostowniki. Zasada działania BJT, charakterystyki statyczne, modele,parametry. Układy polaryzacji i stabilizacja punktu pracy. Parametry roboczewzmacniacza. Przełączanie tranzystora bipolarnego, inwerter. Zasadadziałania tranzystora JFET i MOSFET, charakterystyki statyczne, modele,parametry, zastosowania. Parametry wzmacniacza. Układy polaryzacjii stabilizacja punktu pracy. Tranzystor bipolarny i unipolarny jako sterowaneźródła prądowe. Przełączanie, inwerter CMOS. Półprzewodnikowe
Elektronika – program
źródła prądowe. Przełączanie, inwerter CMOS. Półprzewodnikoweprzyrządy mocy. Charakterystyki statyczne i dynamiczne. Wzmacniaczróżnicowy. Źródła prądowe i napięciowe, obciążenia aktywne, lustroprądowe. Wzmacniacze operacyjne, parametry, sprzężenie zwrotne i układypracy. Wzmacniacz pomiarowy. Układy z nieliniowym sprzężeniemzwrotnym. Komparatory. Stopnie wyjściowe i wzmacniacze mocy.Stabilizatory ciągłe i impulsowe. Podstawowe rodzaje układów logicznychi ich charakterystyki elektryczne. Współpraca układów cyfrowychi analogowych. Przetworniki A/C i C/A. Specyfika układów scalonych.Tendencje rozwoju mikroelektroniki.
Poznanie zjawisk fizycznych, zasad działaniai parametrów elementów elektronicznych,sposobów wykorzystania ich przy realizacjiukładów analogowych i wybranych układówimpulsowych w zastosowaniach cyfrowych .
Cel wykładu
impulsowych w zastosowaniach cyfrowych .Analiza i projektowanie prostych układówmetodami elementarnymi (przykłady nawykładzie i na projekcie) z wykorzystaniemsymulacji komputerowej (praca w domu).
Elektronika – Jakub Dawidziuk
1 .Filipkowski A.: Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe. WNT, Warszawa, 2006.2. Nosal Z., Baranowski J.: Układy elektroniczne, cz.I - Układy analogowe liniowe. WNT, Warszawa, 2003.3. Baranowski J., Czajkowski G.: Układy elektroniczne, cz.II - Układy analogowe nieliniowe i impulsowe. WNT, Warszawa, 2004.4. Tietze U., Schenk Ch.: Układy półprzewodnikowe. WNT, Warszwa, 2009.
Literatura podstawowa i pomocnicza
2009.5. Horowitz P., Hill W.: Sztuka elektroniki. Cz. I i II. WKiŁ, Warszawa, 2006.
1.Górecki P.: Wzmacniacze operacyjne. Wydawnictwo BTC, Warszawa, 2002. 2.Rusek M., Pasierbinski J.: Elementy i układy elektroniczne. WNT, Warszawa, 2006.3.Sedra A.S.., Smith K.C.: Microelectronic Circuits. Oxford University Press New York ; Oxford, 2004.4. Praca zbiorowa: Elementy i układy elektroniczne, projekt i laboratorium, WPW, 2007.
JEDNOSTKI MIAR - PRZEDROSTKI
T – 1012 tera
G - 109 giga
M - 106 mega
k - 103 kilo
Przy skracaniu jednostki z przedrostkiem, symbol jednostki nast ępuje po przedrostku, bez odst ępu. Nazwy jednostki nie pisze si ę
k - 103 kilo
m - 10-3 mili
µ - 10-6 mikro
n - 10-9 nano
p - 10-12 piko
f - 10-15 femto
Nazwy jednostki nie pisze si ę dużą liter ą, jeśli jest ona podawana w pełnym brzmieniu, zarówno z przedrostkiem, jak i bez niego; du że litery stosuje się tylko w skrótach. Piszemy: herc i kiloherc, ale Hz i kHz; wat, miliwat i megawat, ale, W, mW i MW.
Symbole, du że i małe litery
SymboleDuże litery Q, I, V, U, R, G, C, L i inne oznaczj ą
warto ści statyczne tzn. niezale żne od czasu (lub
bardzo wolno zmienne tzn. quasi-statyczne).
Małe litery q, i, v, u, r, g i inne oznaczaj ą funkcje czasu
odpowiednich wielko ści czyli naprawd ę: q(t), i(t), v(t),
u(t) lub wielko ści dynamiczne tzn. definiowane w
oparciu o przyrosty lokalne.
Wyjątki:
t – czas, T – temperatur w skali bezwzgl ędnej,
f – częstotliow ść, ω- częstość.
Pierwszy ostrzowy tranzystor
POCZĄTEK ERY PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH 1943-1959
1948 wynalezienie tranzystora ostrzowego
Bardeen, Brattain, Shockley
Nagroda Nobla w 1956
1950 opracowano diody mocy 100 A USA
1951 tranzystor zł ączowy Shockley
1957 tyrystor (SCR) (Bell Lab, USA)
1959 pierwszy układ scalony Kilby
Nagroda Nobla w 2000
germanowy na stole laboratoryjnym w Bell Laboratories - rok 1947
1. Właściwo ści materiałów półprzewodnikowych
2. Półprzewodniki samoistne i domieszkowane
Elementy półprzewodnikowe i układy scalone
3. Złącze pn
4. Polaryzacja zł ącza
5. Charakterystyki pr ądowo -napięciowe
6. Parametry techniczne diod
ELEKTRONIKA 1 – Jakub Dawidziuk
Rozwój elektroniki był i jest ściśle związany z rozwojem przyrz ądów półprzewodnikowych (PP), osi ąganiem przez nie większych pr ądów przewodzenia, wy ższych napi ęć blokuj ących i korzystniejszych parametrów dynamicznych.
Przyrz ądy półprzewodnikowe to:
diody półprzewodnikowe,
Rodzaje przyrz ądów półprzewodnikowych
tranzystory bipolarne i unipolarne,
tyrystory konwencjonalne, wył ączalne i sterowane napi ęciowo,
układy scalone analogowe i cyfrowe.
Struktura krystaliczna monokryształu krzemu (Si)koncentracja atomów 5 ·1022 cm -3
a=2-3 Å, (1 Å = 10 -10 m)
Krzem na ostatniej powłoce ma cztery elektrony wale ncyjne. Aby zapełni ć tę powłok ę, atomy zajmuj ą miejsce w siatce krystalicznej w taki sposób, że każdy z nich jest zwi ązany swoimi elektronami walencyjnymi z czterema s ąsiednimi atomami, tworz ąc wiązanie kowalentne.
Model planarny pojedynczego atomu i periodycznej struktury półprzewodnika
Krzem na ostatniej powłoce ma cztery elektrony walencyjne (warto śćiowo ść
4). Decyduj ą one o wła ściwo ściach chemicznych i elektrycznych. Sie ć
krystaliczna ma przy tym tak ą budow ę, że atomy s ą wzajemnie zwi ązane
ze sob ą poprzez uwspólnienie tych elektronów - jest to tzw. wi ązanie
kowalencyjne (kowalentne). kowalencyjne (kowalentne).
Dopóki temperatura (i energia) kryształu jest niewielka, elektrony walencyjne s ą związane w sieci kryształu. Brak wolnych elektronów uniemo żliwia zatem przepływ ładunku elektrycznego.
Generacja pary elektron -dziura w pp samoistnym
Dopóki temperatura (i energia) kryształu jest
niewielka, elektrony walencyjne s ą związane
w sieci kryształu. Brak wolnych elektronów uniemo żliwia zatem
przepływ ładunku elektrycznego.
Gdy temperatura jest
mm
m
l
RS
S
lR
Ω=
Ω=
=
2
ρ
ρ
Gdy półprzewodnik znajduje si ę w polu elektrycznym, zaczyna działa ć
na niego przyło żone napi ęcie, co objawia si ę przeciwbie żnym ruchemelektronów i dziur. Ładunki w pp poruszaj ą się także pod wpływem drga ń
sieci krystalicznej zwi ązanych z energi ą ciepln ą, gromadz ąc si ę w jednymobszarze tworz ąc tzw. pr ąd dyfuzyjny (swobodny przepływ ładunkówwiększo ściowych.)
Gdy temperatura jest wysoka przyrost energii
powoduje rozerwanie wiązań kowalencyjnych, a
elektrony zaczynaj ą przewodzi ć prąd.
Półprzewodniki domieszkowane
Własno ści pp samoistnych mog ą być znaczniezmienione je żeli do siatki krystalicznej zostan ą
wprowadzone domieszki. Domieszkowanie powodujezmniejszenia rezystancji materiału samoistnego. Ka żdyatom domieszki mo że wziąć udział w przewodzeniuprądu w postaci jednego swobodnego elektronu lubprądu w postaci jednego swobodnego elektronu lubdziury. Materiał samoistny zawiera w 1 cm 3 około 10 10
elektronów i dziur. Koncentracja domieszki wznosiokoło 1015 cm -3 wolnych elektronów lub dziur. Liczbanośników prądu zwi ększa si ę około 105 razy . Tyle razyzmniejszona zostaje rezystancja półprzewodnika.
Półprzewodniki domieszkowanedonorami - pp typu „n” akceptorami - pp typu „p”
jon=rdze ń
Półprzewodnik typu n
Ruchome elektrony (no śniki wi ększościowe), nieruchome jony dodatnie
Półprzewodnik typu p
Ruchome dziury (no śniki wi ększościowe), nieruchome jony ujemne
Złącze pn niespolaryzowane – stan równowagi
Złącze pn jest podstawow ą struktur ą mikroelektroniki i optoelektroniki: diody (prostownicze, pojemno ściowe itd.), emitery promieniowania (LED, lasery), detektory promieniowania, ogniwa słoneczne, inne wielowarstwo we pp.
Złącze p-n• Złącze p-n powstaje wtedy, gdy w krysztale półprzewodnika wytwor zone
zostan ą dwa obszary o odmiennym typie przewodnictwa p i n. Schemat złącza p-n i jego niektóre wła ściwo ści przedstawiono na rysunku ⇒.
• Koncentracja elektronów swobodnych w obszarze n jest znacznie wi ększa niż w obszarze p, w którym stanowi ą one no śniki mniejszo ściowe. Podobnie koncentracja dziur w obszarze p jest znacznie wi ększa ni ż w obszarze n. Wskutek ró żnicy koncentracji nast ępuje dyfuzja no śników wi ększo ściowych: elektronów z obszaru n do p i dziur z obszaru p do n. Nośniki te po przej ściu warstwy granicznej ulegaj ą rekombinacji. W wyniku procesu dyfuzji w warstwie granicznej (obszarze przej ściowym) po stronie obszaru n zanikaj ą warstwie granicznej (obszarze przej ściowym) po stronie obszaru n zanikaj ą elektrony swobodne, a pozostaj ą niezrównowa żone elektrycznie dodatnie jony donorów, tworz ąc dodatni ładunek przestrzenny. W analogiczny sposób powstaje ujemny ładunek przestrzenny w granicznej wars twie przej ściowej po stronie obszaru p. Na złączu powstaje pole elektryczne i bariera potencjału. Pole elektryczne przeciwdziała dyfuzji no śników większo ściowych, natomiast sprzyja przepływowi generowanych t ermicznie nośników mniejszo ściowych: elektronów swobodnych z obszaru p do n i dziur w kierunku przeciwnym. Opisany powy żej przepływ no śników większo ściowych nazywa si ę prądem dyfuzyjnym , a przepływ no śników mniejszo ściowych - prądem termicznym .
Polaryzacja zł ącza
Polaryzacja w kierunku przewodzenia i zaporowym oraz pr ądy w zł ączu
Charakterystyka pr ądowo -napięciowa diody
Parametry pracy diody zł ączowej
URWM – szczytowe wsteczne napi ęcie pracy,
URRM – powtarzalne szczytowe napi ęcie wsteczne,
URSM – niepowtarzalnie szczytowe napi ęcie wsteczne.
Model eksponencjalny diody
k = 1,38×10-23 J/K
pA
25 mV; 1/VT = 40 V-1
V=U napięcie
ang. voltage
Potencjał k = 1,38×10 J/K
q = 1,6×10-19 C
Model może być używany w znanych z elektrotechniki metodach analizy.
Potencjał elektrokinetyczny
Modele diody odcinkowo -liniowe
Spadek napi ęcia na diodzie przyjmuje si ę stały równy 0,6 - 0,7 V.
Odcinkowo -liniowa metoda analizy Zastąp nieliniowe charakterystyki odcinkami (segmentami) liniowymi.
Wykonaj liniow ą analizę w ramach ka żdego odcinka (segmentu).
Przykład: zbudujmy przekształtnik pr ąd zmienny AC(Alternating Current) – prąd stały DC (Direct Current ).
Przykład: przekształtnik AC – DC
Testowanie diod (zł ącz pn)
Parametry katalogowe diody prostowniczej
Obudowy diod i mostków