Fakulta biomedic ınsk eho inˇzen yrstv ı Teoretick a elektrotechnika Prof. Ing. Jan Uhl ıˇr, CSc. L eto 2017

Podobné dokumenty
Polovodičové diody Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Dioda - ideální. Polovodičové diody. nelineární dvojpól funguje jako jednocestný ventil (propouští proud pouze jedním směrem)

Polovodičové diody Definice

Polovodičové diody. Dělení polovodičových diod podle základního materiálu: Germaniové Křemíkové Galium-arsenid+Au

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

Projekt Pospolu. Polovodičové součástky diody. Pro obor M/01 Informační technologie

VOLTAMPÉROVÉ CHARAKTERISTIKY DIOD

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je v tomto případě zenerova dioda její hodnoty jsou uvedeny v tabulce:

Neřízené polovodičové prvky

Základy elektrotechniky

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Nelineární obvody. V nelineárních obvodech však platí Kirchhoffovy zákony.

Polovodiče, dioda. Richard Růžička

Elektronika pro informační technologie (IEL)

- Stabilizátory se Zenerovou diodou - Integrované stabilizátory

Praktikum III - Optika

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Součástky s více PN přechody

A8B32IES Úvod do elektronických systémů

2. Pomocí Theveninova teorému zjednodušte zapojení na obrázku, vypočtěte hodnoty jeho prvků. U 1 =10 V, R 1 =1 kω, R 2 =2,2 kω.

11. Polovodičové diody

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Parametry a aplikace diod

15. Elektrický proud v kovech, obvody stejnosměrného elektrického proudu

1. Stanovte a graficky znázorněte charakteristiky vakuové diody (EZ 81) a Zenerovy diody (KZ 703).

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřený předmětem jsou v tomto případě polovodičové diody, jejich údaje jsou uvedeny v tabulce:

FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 3 FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 4

Tel-30 Nabíjení kapacitoru konstantním proudem [V(C1), I(C1)] Start: Transient Tranzientní analýza ukazuje, jaké napětí vytvoří proud 5mA za 4ms na ka

Otázka č. 3 - BEST Aktivní polovodičové součástky BJT, JFET, MOSFET, MESFET struktury, vlastnosti, aplikace Vypracovala Kristýna

Základy elektrotechniky

Úloha 5: Charakteristiky optoelektronických součástek

17. Elektrický proud v polovodičích, užití polovodičových součástek

ELEKTRICKÝ PROUD ELEKTRICKÝ ODPOR (REZISTANCE) REZISTIVITA

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Charakteristiky diod. Cvičení 5. Elektronické prvky A2B34ELP. V-A charakteristika diody a její mezní parametry

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Dioda jako usměrňovač

TYRISTORY. Spínací součástky pro oblast největších napětí a nejvyšších proudů Nejčastěji triodový tyristor

1 Polovodiče základní pojmy, vlastnosti. Přechody, diody, jejich struktura, vlastnosti a aplikace.

U BR < 4E G /q -saturační proud ovlivňuje nárazovou ionizaci. Šířka přechodu: w Ge 0,7 w Si (pro N D,A,Ge N D,A,Si ); vliv U D.

Základy elektrotechniky 2 (21ZEL2) Přednáška 1

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY

4. NELINEÁRNÍ NESETRVAČNÉ OBVODY

Fyzikální praktikum...

ZÁKLADY ELEKTROTECHNIKY pro OPT

Laboratorní práce č. 3: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

Polovodičové usměrňovače a zdroje

Charakteristiky optoelektronických součástek

Abstrakt. fotodioda a fototranzistor) a s jejich základními charakteristikami.

Praktikum II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úloha č. 11. Název: Charakteristiky diod

Základní pasivní a aktivní obvodové prvky

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Elektrická měření proud, napětí, odpor

Elektronické součástky - laboratorní cvičení 1

FYZIKA II. Petr Praus 6. Přednáška elektrický proud

Kompenzovaný vstupní dělič Analogový nízkofrekvenční milivoltmetr

Obvodové prvky a jejich

TEORIE ELEKTRICKÝCH OBVODŮ

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ MEII MĚŘENÍ NA AKTIVNÍCH SOUČÁSTKÁCH

4. Z modové struktury emisního spektra laseru určete délku aktivní oblasti rezonátoru. Diskutujte,

ELEKTRONICKÉ PRVKY 7 Výkonové a spínací aplikace tranzistorů 7.1 Ztrátový výkon a chlazení součástky První a druhý průraz bipolárního

2.3 Elektrický proud v polovodičích

způsobují ji volné elektrony, tzv. vodivostní valenční elektrony jsou vázány, nemohou být nosiči proudu

1.1 Usměrňovací dioda

Fotoelektrické snímače

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Charakteristiky optoelektronických součástek

Elektronické praktikum EPR1

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Téma: Měření voltampérové charakteristiky

Fotodioda ve fotovodivostním a fotovoltaickém režimu OPTRON

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Elektrická měření pro I. ročník (Laboratorní cvičení)

Elektronika pro informační technologie (IEL)

Elektřina a magnetizmus polovodiče

VÝKONOVÉ TRANZISTORY MOS

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Bipolární tranzistory

Měření charakteristik fotocitlivých prvků

Laboratorní práce č. 2: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

SOUČÁSTKY ELEKTRONIKY

3. Diody, tranzistory, tyristory, triaky, diaky. Použitá literatura: Jan Kesl: Elektronika I. a II. Internet

Projekt Pospolu. Polovodičové součástky tranzistory, tyristory, traiky. Pro obor M/01 Informační technologie

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

Základy elektrotechniky - úvod

Polovodiče ELEKTROTECHNIKA TO M Á Š T R E J BAL

III. Stacionární elektrické pole, vedení el. proudu v látkách

Voltampérová charakteristika diody

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Elektrický proud v polovodičích

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Ochranné prvky pro výkonovou elektroniku

Pedagogická fakulta v Ústí nad Labem Fyzikální praktikum k elektronice 2 Číslo úlohy : 1

FET Field Effect Transistor unipolární tranzistory - aktivní součástky unipolární využívají k činnosti vždy jen jeden druh majoritních nosičů

VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_16_Unipolární tranzistor Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Miroslav Krýdl

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Elektrická měření proud, napětí, odpor

6. STUDIUM SOLÁRNÍHO ČLÁNKU

VY_32_INOVACE_6/15_ČLOVĚK A PŘÍRODA. Předmět: Fyzika Ročník: 6. Poznámka: Vodiče a izolanty Vypracoval: Pták

Transkript:

Fakulta biomedicínského inženýrství Teoretická elektrotechnika Prof. Ing. Jan Uhlíř, CSc. Léto 2017

8. Nelineární obvody nesetrvačné dvojpóly 1

Obvodové veličiny nelineárního dvojpólu 3. 0 i 1 i 1 1.5 [ma] u 1 0. 0-1.5-3. 0-2.4-1.2 0. 0 1.2 2.4 [V ] u 1 2

Polovodičový přechod dioda - nevede - vede P N - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - N P N 3

Voltampérová charakteristika křemíkové diody Aproximace V-A charakteristiky založená na fyzikálních veličinách určujících vztah mezi proudem a napětím ) u D nu i D = I S (e θ 1 4

i D je proud procházející diodou při napětí u D I S je nasycený (saturační) proud přechodu U θ je teplotní napětí U θ = kθ q 26 mv k = 1, 38.10 23 [J/K] (joule na kelvin) je Boltzmanova konstanta q = 1, 602.10 19 [C] (coulombu) je elementární náboj θ je absolutní teplota (v Kelvinech) Emisní součinitel n se mění v rozmezí 1 < n < 2 a závisí na technologii Když je θ = 300 K, je nu θ 26 52 mv Při napětí u D U θ (propustná polarizace) dostaneme pro průběh voltampérové charakteristiky i D = I S e u D nu θ 5

Statické parametry diod I F max maximální trvalý střední propustný proud; konstrukcí diody, okolní teplotou, způsobem chlazení je určen maximální proud, který smí diodou procházet v propustném směru; při jeho překročení je nebezpečí tepelného zničení diody. Další významný parametr uvádí maximální proud pro impulsní režim činnosti. U Rmax maximální závěrné napětí; závěrný proud diody prudce narůstá, jestliže se napětí blíží k napětí označovanému jako průrazné napětí. Při něm vzroste intenzita elektrického pole uvnitř přechodu nad mez, za níž dochází k vytrhávání nosičů náboje z krystalové mřížky polovodiče a jejich lavinovitému množení. Jde o průraz, který může vést k destrukci, je-li provázen současným přehřátím přechodu. U D prahové napětí; napětí, které musíme vložit na diodu v propustném směru, aby začal protékat znatelný proud. Pro křemíkové diody lze pracovat s U D 0, 6 0.8 V. Pro praktické účely je skutečnost existence napětí na propustně pólované diodě popsána napětím U F při určitém proudu I F. 6

Dělič napětí s diodou R D i U 1 ud U 1 = Ri u d = Ri nu θ ln ( ) i I 0 pro u d U θ Řešení (transcendentní rovnice) grafické numerické aproximativní linearizace po úsecích 7

Grafické řešení i [ma] 8 6 Dioda (U θ = 25 mv, I 0 = 10 14 A) 4 2 4,33 R = 1000 Ω 0 0 0,67 1 2 3 4 5 u [V] 8

Numerické řešení např. Newtonova metoda U 1 = Ri u d = Ri nu θ ln x n1 = x n f(x n) f (x n ) ( i I 0 ) = U 1 Ri nu θ ln i n1 = i n U 1 R i n nu θ ln ( ) i n I0 R U θ i n ( i I 0 ) = 0 9

Řešení v Matlabu i(1)=1e-3; for n=1:10, i(n1)=i(n) ((5-1000*i(n)-0,025*ln(i(n)/1e-14))/(10000,025/i(n))); end; iterace i(1) i(5) v miliampérech 1.0000 4.2847 4.3301 4.3301 4.3301 ud = 0,67 V 10

Linerizace po úsecích např. propustný vs. nepropustný stav Zvolíme i d podle očekávaného pracovního režimu ve vodivém stavu. Pak du d di d = nu θ i d = r d u d = nu θ ln i d I 0 U p = u d r d i d 11

Pro i d = 10 ma = r d = 2, 5 Ω a U p = 0, 665 V Aproximace dvěma úseky: pro i > 0, r d = 2, 5 Ω pro i 0, r d = i [ma] 8 6 r d Dioda (U θ = 25 mv, I 0 = 10 14 A) 4 2 R = 1000 Ω 0 U p 1 2 3 4 5 6 u [V] 12

Po úsecích lineární obvod U 1 = 5V, R = 1000 Ω, r d = 2, 5 Ω, U p = 0, 665 V i = U 1 U p R r d = 4, 324 ma, u d = U p r d i = 0, 676 V pokud U 1 < U p, pak r d = R r d i U 1 U p u d 13

Dynamické parametry diod bariérová kapacita Zpoždění reakce, např. napětí, při náhlé změně proudu se projevuje jako nelineární kapacita přechodu PN, která je z hlediska fyzikálního složena ze dvou složek. Statická (bariérová) kapacita je kapacita kondenzátoru, jehož polepy tvoří oblasti P a N a dielektrikem je vyprázdněná vrstva v okolí přechodu při závěrné polarizaci. Její tloušt ka závisí na vnějším napětí, takže pro bariérovou kapacitu platí přibližný vztah C T C T 0 ( 1 u D Uj ) m, (1) kde U j je tzv. difúzní potenciál (U j 0, 5 0, 9 V), u D je napětí při závěrné polarizaci záporné, C T 0 je konstanta závislá na ploše přechodu (kapacita při nulovém napětí), m je exponent závislý na typu přechodu (m 0, 3 až 0,5). 14

Dynamické parametry diod difúzní kapacita Difúzní kapacita se uplatňuje, je-li dioda pólována v propustném směru. Není ve skutečnosti tvořena izolační vrstvou a dvěma elektrodami. Využíváme podobnosti chování kapacitoru a propustně pólované diody. Pomocí difúzní kapacity popisujeme dynamické jevy, které provázejí průchod proudu přechodem. Pro difúzní kapacitu C D platí přibližně C D τi D 1 nu θ, (2) kde i D je proud procházející diodou a τ je efektivní doba života menšinových nosičů. Uvedený vztah je užitečný hlavně tím, že demonstruje přímou úměru mezi propustně tekoucím proudem a nahromaděným nábojem v prostoru polovodičo-vého přechodu. Takový náboj musí být při vypínání procházejícího proudu odveden, což může v některých aplikacích představovat závažný problém. 15

Přechodný děj na diodě D R 5kΩ u 1 u 2 10,0 5 V u1 [V] 0,0-10,0 10,0 0,0 vliv C T 4,2 V -5 V 0 V u2 [V] -10,0 t rr vliv C D 0,0 0,6 1,2 1,8 2,4 3,0 t [µs] 16

Dioda s přechodem kov-polovodič (Schottkyho dioda) Statická voltampérová charakteristika je podobná voltampérové charakteristice diody s přechodem PN, má však menší prahové napětí U D = 100 150 mv. Protože u diod tohoto typu je přenos uskutečňován většinovými nosiči, nedochází zde k hromadění menšinových nosičů a dosažitelná doba zotavení dosahuje jednotek pikosekund. 17

Zenerova a lavinová dioda Zenerovy (lavinové) diody jsou diody, které jsou navrženy tak, že je výrobní technologií zajištěna požadovaná hodnota průrazného napětí v rozmezí od jednotek do stovek voltů. V obvodech se pak předpokládá, že chlazením je zajištěno, že proud procházející za mezí průrazu nezpůsobí tepelnou destrukci. i D u D i D I Zn U Z U Zn u D I Zn 18

Fotodioda VA charakteristika (fotovoltaika) 19

LED Svítivé diody 20

Různé diody 21

Tunelová dioda Tunelová dioda je součástka tvořená přechodem PN. U tunelové diody však existují nosiče náboje, které přechodem mohou procházet (tunelují) při napětí nižším než je napětí prahové. Na VA charakteristice je oblast záporného odporu. i D I p I v U p U v ud 22

Kapacitní dioda (varicap a varactor) Varicap je vytvořen jako polovodičová dioda určená pro použití při závěrné polarizaci. Pracuje jako napětím řízený kapacitor. Využívá se převážně pro elektronické ladění rezonančních obvodů. Na stranách 4, 19, 20, 21 byl použit podklad http://www.spsemoh.cz/vyuka/zel/ Jozef Diviš 23