Elektronika pro informační technologie (IEL)

Podobné dokumenty
Elektronika pro informační technologie (IEL)

Polovodiče, dioda. Richard Růžička

Elektronika pro informační technologie (IEL)

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

Elektrický proud v polovodičích

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

Polovodiče ELEKTROTECHNIKA TO M Á Š T R E J BAL

Elektronika pro informační technologie (IEL)

Polovodičové diody Definice

Nezkreslená věda Vodí, nevodí polovodič? Kontrolní otázky. Doplňovačka

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

Sada 1 - Elektrotechnika

VY_32_INOVACE_06_III./2._Vodivost polovodičů

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

Polovodičové prvky. V současných počítačových systémech jsou logické obvody realizovány polovodičovými prvky.

Laboratorní práce č. 2: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

7. Elektrický proud v polovodičích

Elektřina a magnetizmus polovodiče

Laboratorní práce č. 3: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

7. Elektrický proud v polovodičích

17. Elektrický proud v polovodičích, užití polovodičových součástek

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Obrázek 1: Schematická značka polovodičové diody. Obrázek 2: Vlevo dioda zapojená v propustném směru, vpravo dioda zapojená v závěrném směru

ELEKTRONICKÉ PRVKY TECHNOLOGIE VÝROBY POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ

V-A charakteristika polovodičové diody

Polovodiče. Co je polovodič? Polovodiče jsou látky, jejichž rezistivita leží při obvyklých teplotách v intervalu 10 Ω m až 8

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

Dioda jako usměrňovač

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

2.3 Elektrický proud v polovodičích

MĚŘENÍ POLOVODIČOVÉHO USMĚRŇOVAČE STABILIZACE NAPĚTÍ

Jméno autora: Mgr. Zdeněk Chalupský Datum vytvoření: Číslo DUM: VY_32_INOVACE_16_ZT_E

VOLTAMPÉROVÉ CHARAKTERISTIKY DIOD

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Měření VA charakteristik polovodičových diod

Osnova: 1. Polovodiče materiály, dotace 2. Polovodičové diody 3. Dynamické parametry. 5. Aplikace diod

Základy elektrotechniky

Obrázek a/struktura atomů čistého polovodičeb/polovodič typu N

1.1 Usměrňovací dioda

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

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově. 07_3_Elektrický proud v polovodičích

Polovodičov. ové prvky. 4.přednáška

Základy elektrotechniky

Neřízené polovodičové prvky

Metodický návod: 5. Zvyšování vnějšího napětí na 3 V. Dochází k dalšímu zakřivování hladin a rozšiřování hradlové vrstvy.

Určení čtyřpólových parametrů tranzistorů z charakteristik a ze změn napětí a proudů

Měření charakteristik fotocitlivých prvků

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

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ MEII MĚŘENÍ NA AKTIVNÍCH SOUČÁSTKÁCH

Autor: Mgr. Lucia Klimková Název školy: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. města Prahy

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, polovodiče

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

3.5. Vedení proudu v polovodičích

Druhy materiálů, princip vedení, vakuovaná technika. Ing. Viera Nouzová

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH, PLYNECH A POLOVODIČÍCH

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

Elektřina a magnetizmus závěrečný test

Zvyšování kvality výuky technických oborů

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

5. Vedení elektrického proudu v polovodičích

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

A8B32IES Úvod do elektronických systémů

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

Voltampérová charakteristika diody

Název projektu: EU peníze školám. Základní škola, Hradec Králové, M. Horákové 258

MĚŘENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

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

- Stabilizátory se Zenerovou diodou - Integrované stabilizátory

V nejnižším energetickém stavu valenční elektrony úplně obsazují všechny hladiny ve valenčním pásu, nemohou zprostředkovat vedení proudu.

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

Úvod do moderní fyziky. lekce 9 fyzika pevných látek (vedení elektřiny v pevných látkách)

ELEKTRICKÝ PROUD ELEKTRICKÝ ODPOR (REZISTANCE) REZISTIVITA

Polovodičové součástky

Polovodičové usměrňovače a zdroje

MĚŘENÍ VA CHARAKTERISTIK POLOVODIČOVÝCH DIOD

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

MĚŘENÍ POLOVODIČOVÝCH DIOD 201-3R

Nalezněte pracovní bod fotodiody pracující ve fotovoltaickem režimu. Zadáno R = 100 kω, φ = 5mW/cm 2.

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Otázka č.4. Silnoproudé spínací polovodičové součástky tyristor, IGBT, GTO, triak struktury, vlastnosti, aplikace.

Polovodičové diody Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

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

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

Unipolární tranzistor aplikace

r W. Shockley, J. Bardeen a W. Brattain, zahájil epochu polovodičové elektroniky, která se rozvíjí dodnes.

Manuál přípravku FPGA University Board (FUB)

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Součástky v elektronice pro OV_MET_2

(s výjimkou komparátoru v zapojení č. 5) se vyhněte saturaci výstupního napětí. Volte tedy

Elektrický proud. Elektrický proud : Usměrněný pohyb částic s elektrickým nábojem. Kovy: Usměrněný pohyb volných elektronů

Počítač jako osciloskop - přímé propojení zvukové karty s měřeným obvodem Václav Piskač, Brno 2011

6. STUDIUM SOLÁRNÍHO ČLÁNKU

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

MĚŘENÍ JALOVÉHO VÝKONU

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

Transkript:

Elektronika pro informační technologie (IEL) Třetí laboratorní cvičení Brno University of Technology, Faculty of Information Technology Božetěchova 1/2, 612 66 Brno - Královo Pole inecasova@fit.vutbr.cz 2016/2017

Základní informace Můj profil: http://www.fit.vutbr.cz/~inecasova Kancelář: A221 Konzultační hodiny: po domluvě emailem Osobní stránky IEL cvičení 3 2

Obsah Polovodičová dioda Úvod do problematiky Měření V-A charakteristiky diody Logický součet a součin v diodové logice IEL cvičení 3 3

POLOVODIČOVÁ DIODA IEL cvičení 3 4

Fyzikální princip PN přechodu Rozlišujeme polovodiče vlastní a nevlastní Vlastní (v praxi se příliš nepoužívají) Křemík (Si) Valenční vrstva 4 elektrony, chová se jako elektricky neutrální Příměsí vhodných prvků do čistého křemíku se tento stav naruší vznik 2 typů polovodičů IEL cvičení 3 5

Fyzikální princip PN přechodu Rozlišujeme polovodiče vlastní a nevlastní Vlastní (v praxi se příliš nepoužívají) Křemík (Si) Valenční vrstva 4 elektrony, chová se jako elektricky neutrální Příměsí vhodných prvků do čistého křemíku se tento stav naruší vznik 2 typů polovodičů Nevlastní polovodiče typu P Polovodiče typu N IEL cvičení 3 6

Fyzikální princip PN přechodu Typ N: elektronová vodivost, příměs o 1 el. více Příklad: 5-mocný fosfor (P) 5 elektronů ve valenční vrstvě 7

Fyzikální princip PN přechodu Typ N: elektronová vodivost, příměs o 1 el. více Příklad: 5-mocný fosfor (P) 5 elektronů ve valenční vrstvě v krystalu křemíku od každého atomu fosforu 1 volný elektron 8

Fyzikální princip PN přechodu Typ N: elektronová vodivost, příměs o 1 el. více Příklad: 5-mocný fosfor (P) 5 elektronů ve valenční vrstvě v krystalu křemíku od každého atomu fosforu 1 volný elektron Záporně nabitý materiál polovodič typu N 9

Fyzikální princip PN přechodu Typ P: děrová vodivost, příměs o 1 el. méně Příklad: 3-mocný bor (B) 3 elektrony ve valenční vrstvě IEL cvičení 3 10

Fyzikální princip PN přechodu Typ P: děrová vodivost, příměs o 1 el. méně Příklad: 3-mocný bor (B) 3 elektrony ve valenční vrstvě v krystalu křemíku od každého atomu boru 1 volné místo ("díra") IEL cvičení 3 11

Fyzikální princip PN přechodu Typ P: děrová vodivost, příměs o 1 el. méně Příklad: 3-mocný bor (B) 3 elektrony ve valenční vrstvě v krystalu křemíku od každého atomu boru 1 volné místo ("díra") Kladně nabitý materiál polovodič typu P IEL cvičení 3 12

Fyzikální princip PN přechodu Příměsi s 5 valenčními elektrony (např. fosfor) Donory: dodávají do krystalu křemíku volné elektrony IEL cvičení 3 13

Fyzikální princip PN přechodu Příměsi s 5 valenčními elektrony (např. fosfor) Donory: dodávají do krystalu křemíku volné elektrony Příměsi se 3 valenčními elektrony (např. bor) Akceptory: vytvářejí v křemíku kladně nabité "díry", které elektrony přitahují IEL cvičení 3 14

Fyzikální princip PN přechodu Příměsi s 5 valenčními elektrony (např. fosfor) Donory: dodávají do krystalu křemíku volné elektrony Příměsi se 3 valenčními elektrony (např. bor) Akceptory: vytvářejí v křemíku kladně nabité "díry", které elektrony přitahují Takto upravené materiály jsou však samy o sobě prakticky nepoužitelné, jelikož neposkytují dostatek volných elektronů pro vedení proudu. IEL cvičení 3 15

Fyzikální princip PN přechodu Příměsi s 5 valenčními elektrony (např. fosfor) Donory: dodávají do krystalu křemíku volné elektrony Příměsi se 3 valenčními elektrony (např. bor) Akceptory: vytvářejí v křemíku kladně nabité "díry", které elektrony přitahují Takto upravené materiály jsou však samy o sobě prakticky nepoužitelné, jelikož neposkytují dostatek volných elektronů pro vedení proudu. Řešení: spojíme polovodiče typu P a N PN přechod IEL cvičení 3 16

PN přechod napětí nepřipojeno Rozhraní materiálů P a N hradlová vrstva (potenciálová bariéra) IEL cvičení 3 17

PN přechod napětí nepřipojeno Rozhraní materiálů P a N hradlová vrstva (potenciálová bariéra) Volné elektrony (-) jsou přitahovány k dírám (+) rekombinace zánik páru (elektron se náhodně setká s dírou, ztratí část energie a zaplní díru) IEL cvičení 3 18

PN přechod v závěrném směru Připojeno vnější napětí Kladná polarita (+) vnějšího napětí u polovodiče N přitahuje elektrony (-) IEL cvičení 3 19

PN přechod v závěrném směru Připojeno vnější napětí Kladná polarita (+) vnějšího napětí u polovodiče N přitahuje elektrony (-) Záporná polarita (-) vnějšího napětí u polovodiče P přitahuje díry (+) IEL cvičení 3 20

PN přechod v závěrném směru Připojeno vnější napětí Kladná polarita (+) vnějšího napětí u polovodiče N přitahuje elektrony (-) Záporná polarita (-) vnějšího napětí u polovodiče P přitahuje díry (+) potenciálová bariéra se zvětšuje a proud neprotéká IEL cvičení 3 21

PN přechod v propustném směru Připojeno vnější napětí Kladná polarita (+) vnějšího napětí u polovodiče P odpuzuje díry (+) IEL cvičení 3 22

PN přechod v propustném směru Připojeno vnější napětí Kladná polarita (+) vnějšího napětí u polovodiče P odpuzuje díry (+) Záporná polarita (-) vnějšího napětí u polovodiče N odpuzuje elektrony (-) a tlačí je směrem k přechodu IEL cvičení 3 23

PN přechod v propustném směru Připojeno vnější napětí Kladná polarita (+) vnějšího napětí u polovodiče P odpuzuje díry (+) Záporná polarita (-) vnějšího napětí u polovodiče N odpuzuje elektrony (-) a tlačí je směrem k přechodu potenciálová bariéra zaniká a začíná protékat proud dochází k rekombinaci elektronů a děr IEL cvičení 3 24

PN přechod v praxi dioda Polovodičová dioda má tuto značku: Jedná se vlastně o polovodičový PN přechod Má dvě elektrody kladnou: anodu, P (delší) zápornou: katodu, N (kratší) IEL cvičení 3 25

VA charakteristika charakteristika diody Ideálně by měla asi vypadat nějak takto To by znamenalo, že po připojení napájecího napětí bude proud protékat pouze jedním směrem VA = volt-ampérová charakteristika IEL cvičení 3 26

VA charakteristika charakteristika diody Skutečná charakteristika ale vypadá takto: Diodou prochází proud i v tzv. závěrném směru. Pokud překročí maximální povolenou hodnotu, dojde k (destruktivnímu) průrazu a u většiny typů diod i k jejich zničení (existují výjimky Zenerova dioda) IEL cvičení 3 27

VA charakteristika charakteristika diody Si otevírá se při U D =0,4V, otevřená je při U D =0,5V průraz cca při cca 300V IEL cvičení 3 28

PŘEHLED VYBAVENÍ IEL cvičení 3 29

Nepájivé pole Sloupce V bodované části budete pracovat s nepájivým polem, měřit budete pomocí multimetru Nepájivé pole sloupce jsou vodivě propojeny! Izolační žlábek ukončuje vodivé propojení sloupce Izolační žlábky Řádky IEL cvičení 3 30

Multimetr Nastavit vždy před přivedením napájecího napětí!! DCV stejnosměrné napětí Ω odpor Zem (GND) DCA stejnosměrný proud Test vodiče Měření (U, I, R) IEL cvičení 3 31

Zelený přípravek LED diody (K, A) Tlačítka Potenciometry IEL cvičení 3 32

Nové vybavení diody červená černá IEL cvičení 3 33

ÚKOL 1 V-A CHARAKTERISTIKA DIODY IEL cvičení 3 34

V-A charakteristika diody Postup zapojení IEL cvičení 3 35

V-A charakteristika diody Postup zapojení Rezistor modelován jako potenciometr IN: 5V, OUT: 0V, JEZDEC: připojit na LED DCV: 20V (paralelně) DCA: 20m (sériově) IEL cvičení 3 36

ÚKOL 2 LOGICKÉ OPERACE AND, OR V DIODOVÉ LOGICE IEL cvičení 3 37

Úkol: Logický součin a součet v diodové logice Ověřte, zda jsou následující obvody schopny realizovat logické operace OR (součet) a AND (součin) Součet (OR) Součin (AND) Napětí v bodech A, B jsou vstupy obvodu, C je výstup (regulujte pomocí potenciometrů) Log. 0 v rozsahu 0 1 V, log. 1 v rozsahu 3 5V IEL cvičení 3 38

Reference [1] Webové stránky cvičení IEL, dostupné online z: https://www.fit.vutbr.cz/study/courses/iel/priv ate/labs/.cs IEL cvičení 3 39

Děkuji Vám za pozornost!

ÚKOL DIODOVÝ USMĚRŇOVAČ IEL cvičení 3 41

Využití diod Propustný směr: diodou prochází proud Závěrný směr: průchod proudu je blokován Využití: Usměrňovače Také např. jako ochrana zařízení před nesprávnou polaritou napájecího napětí IEL cvičení 3 42

Usměrňovače Existuje několik druhů usměrňovačů, v rámci dnešní laboratoře budeme pracovat s tzv. jednocestným usměrňovačem Princip činnosti v praxi viz obrázek IEL cvičení 3 43

Úkol: Diodový usměrňovač Pro ověření funkce diodového usměrňovače zapojte na přípravku následující soustavu diferenciálních rovnic y = u y 0 = 10 u = y u 0 = 0 Na přípravku se tato soustava dá zapojit následovně: Pozn.: vzhledem k součástkám v přípravku bude harmonický průběh tlumený Pozn.: Pozor, prvky jsou invertující IEL cvičení 3 44

Úkol: Diodový usměrňovač usměrnění Nyní připojte k obvodu, který generuje harmonický signál, diody a ověřte, že ho opravdu usměrňují Obvody budete připojovat za invertor Poznámka: hodnoty R nastavte dostatečně velké, tj. alespoň v řádu jednotek či desítek kω IEL cvičení 3 45