Polovodi e. Petr Ba ina. 16. ledna 2017

Transkript

1 16. ledna 2017

2 jsou materiály, které za normálních podmínek nevedou elektrický proud. Za n kterých podmínek v²ak vedou elektrický proud (nap. p i zm n teploty, p i osv tlení atd... ).

3 P íklady polovodi k emík germanium selen slou eniny galia

4 Vlastní vodivost - elektrony a díry K emík má ve valen ní vrstv 4 elektrony. na tomto schématu je kaºdý k emík obklopen 8 elektrony (4 vlastní, 4 sousedních atom ) nevodivý stav

5 Elektrony a díry p i vy²²í teplot atomy více kmitají a díky tomu se m ºe uvolnit elektron - vznikne pár volný elektron a díra elekron má záporný náboj a díra se chová jako by byla kladná ástice v elektrickém poli se záporné elektrony p esouvají jedním sm rem a kladné díry opa ným sm rem polovodi em protéká elektrický proud

6 El. proud v polovodi ích je to ustálený pohyb elektron jedním sm rem a kladných d r opa ným sm rem p i vy²²í teplot vzniká více volných elektron a d r klesá odpor polovodi e

7 El. sou ástky tvo ené polovodi i termistor - teplotn závislý rezistor fotorezistor - sv teln závislý rezistor

8 P ím sové polovodi e Vlastnosti polovodi je moºné ovlivnit p idáním atom jiných prvk. Rozli²ujeme polovodi e typu P a polovodi e typu N.

9 Polovodi P "pozitivní"d rová vodivost (p ebytek kladných d r); v praxi vzniká p idáním atom trojmocných prvk mezi atomy 4 mocných prvk (nap. atom hliníku mezi atomy k emíku)

10 N "negativní"eletronová vodivost (p ebytek záporných elektron ) v praxi vzniká p idáním atom p timocných prvk mezi atomy 4 mocných prvk (nap. atom fosforu mezi atomy k emíku)

11 PN p echod skládá se z polovodi e P a polovodi e N uºití - polovodi ová dioda, tranzistory, integrované obvody...

12 Polovodi ová dioda sou ástka, která je tvo ena jedním p echodem PN propou²tí el. proud pouze jedním sm rem - uºití jako usm r ova íkáme, ºe dioda má propustný a záv rný sm r

13 Jednocestný usm r ova ve st ídavém obvodu je zapojena pouze jedna dioda, která propou²tí proud pouze jedním sm rem - vzniká stejnosm rný proud

14 Dvoucestný usm r ova tvo en v t²inou 4 diodami; proupou²tí proud v obou p lperiodách na obrázku je Graetzovo zapojení

15 Druhy diod svítivá dioda (LED - Light Emitting Diode) - p i pr chodu el. proudu svítí pozn.: LASER - Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation, tj. 'zesilování sv tla stimulovanou emisí zá ení - speciální druh svítivé diody fotodioda - m ní sv telnou energii na elektrickou - výroba el. proudu (fotovoltaické lánky)

16 Tranzistory sou ástka tvo ená více p echody PN Základní vlastností tranzistoru je schopnost zesilovat malé zm ny nap tí nebo proudu na vstupu mohou vyvolat velké zm ny nap tí nebo proudu na výstupu uºití jako spína, zesilova tranzistorový jev objeven 1947 (Shockley,Bardeen, Brattain) - Nobelova cena za fyziku a nástup miniaturizace po íta základní sou ásti integrovaných obvod

17 Unipolární tranzistor p enos náboje probíhá pouze pomoc jednoho druhu ástic (jen elektony nebo díry) n kdy se ozna ují jako tranzistory ízené polem (FET - Field-Eect Transistor) pouºívá se jako spína - dokáºe vypnout a zapnout obvod miliardkrát za sekundu umoºnily digitalizaci pozn.: p evod do dvojkové soustavy 81 =

18 bipolární tranzistory tvo en 2 p echody PN 2 druhy - NPN a PNP 3 vývody: e-emitor, b-báze, c-kolektor pom cka - "en pé en - ²ipka ven"

19 zesilova malou zm nou proudu v bázovém obvodu nastane velká zm na proudu v kolektorovém obvodu I B - bázový proud, I C - kolektorový proud

20 Integrované obvody sou ástky, které obsahují velké mnoºství vodi, rezistor, kondenzátor, diod a tranzistor monolitický integrovaný obvod = v²echny sou ástky jsou vyrobeny v jednom krystalu - ipu procesor - univerzální integrovaný obvod, který je programovatelný

21 Dal²í polovodi ové sou ástky tyristor - sou ástka, která slouºí ke spínání obvod s velkým proudem a nap tím (uºití nap. v lokomotivách polovodi ové pam ti magnetorezistor - uºití nap. tení záznamu na pevných discích po íta Zenerova dioda - dioda, která propou²tí proud i v záv rném sm ru; pouºívá se jako stabilizátor nap tí