Podstawowe elementy elektroniczne

PODSTAWOWE ELEMENTY
ELEKTRONICZNE
Publikacja współfinansowana
ze środków Unii Europejskiej
w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
1. Diody półprzewodnikowe
Złącze PN - podstawa budowy i działania diody, tranzystora, tyrystora.
Wykorzystywane zjawisko tworzenia się warstwy zaporowej na styku
półprzewodników typu N (negative) i P (positive).
Złącze PN:
a) półprzewodniki przed zetknięciem, b) po ich zetknięciu:
2
Zjawisko dyfuzji elektronów i dziur:
- elektrony przechodzą z półprzewodnika typu N do półprzewodnika typu P
- dziury przechodzą z półprzewodnika typu P do półprzewodnika typu N
3
Polaryzacja diody półprzewodnikowej:
w kierunku przewodzenia:
Styk diody po stronie
półprzewodnika P = anoda.
Po stronie N = katoda.
w kierunku zaporowym:
4
Charakterystyka prądowo-napięciowa diody
Przykładowa charakterystyka
U – napięcie przewodzenia
dla diody krzemowej ok. 0,7 V
dla diody germanowej ok. 0,2 V
Umax – maksymalne napięcie wsteczne
zależy od typu diody ,
od kilku do nawet ok. 1 kV
5
Rodzaje diod
- dioda prostownicza małej lub dużej mocy
najczęściej krzemowa lub germanowa,
wykorzystywana w układach prostowników.
6
Najprostszy układ prostownika półokresowego
zastosowanie diody jako prostownik jednofazowy jednopołówkowy
u
przebieg napięcia zasilającego
2π
i
ωt
uD
~
przebieg prądu i napięcia na odbiorniku
u
uR
R
uR
i
uR
i
uRśr
2π
uD
ωt
przebieg napięcia na diodzie
2π
ωt
7
- dioda Zenera
Stosowana w układach stabilizacji napięcia. Przeznaczona
do pracy przy polaryzacji w kierunku zaporowym.
- dioda pojemnościowa (warikap)
Zmiana pojemności złącza PN pod wpływem
doprowadzonego napięcia. Wykorzystywana do strojenia
obwodów rezonansowych.
-fotodioda
Jonizacja materiału półprzewodnikowego pod wpływem
światła (zmiana natężenia padającego światła powoduje
zmianę parametrów elektrycznych).
8
- dioda elektroluminescencyjna (LED)
Emituje światło podczas przepływu prądu.
9
2. Tranzystory bipolarne
Służą do wzmacniania sygnałów elektrycznych.
Tranzystor bipolarny ma 3 warstwy NPN lub PNP, a więc są 2 złącza PN.
Skrajne warstwy: kolektor (C) i emiter (E), warstwa środkowa - baza (B)
W fototranzystorze złącze C-B ma takie własności, jak fotodioda.
Gdy złącze jest nieoświetlone, między bazą a emiterem płynie mały prąd.
10
Typy tranzystorów bipolarnych
typ NPN:
typ PNP:
Sterując bardzo małym prądem bazy IB uzyskuje się zmiany dużo większego
prądu kolektora IC o przeciwnym kierunku.
Tranzystor jest więc wzmacniaczem prądu bazy.
11
Wzmocnienie prądowe tranzystora - stosunek zmian prądu kolektora
do zmian prądu bazy:
I C

I B
np. dla tranzystorów krzemowych wzmocnienie wynosi kilka tysięcy.
12
Podstawowe układy pracy tranzystora
(tj. układy połączeń ze źródłem napięcia i obciążeniem)
Ogólny schemat włączenia tranzystora do układu:
W każdym układzie zachodzą inne relacje między wartościami prądów E, B, C
oraz inne zależności prądów od doprowadzonych napięć.
13
Układ wspólnego emitera (WE) - podstawowy układ pracy tranzystora.
Małym prądem bazy sterujemy duży prąd kolektora.
Przykładowa charakterystyka:
Współczynnik wzmocnienia prądowego:
(najczęściej wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset)
IC
K
IB
14
Układ wspólnego kolektora (WC) - tzw. wtórnik emiterowy
Współczynnik wzmocnienia prądowego:
(najczęściej wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset)
K
I
I E I B  IC

 1 C
IB
IB
IB
15
Układ wspólnej bazy (WB)
Współczynnik wzmocnienia prądowego:
K
IC
1
IE
16
3. Tyrystory
Pełnią funkcje przełącznika o charakterystyce dwustanowej.
W praktyce oznacza to, że znajdują się w stanie przewodzenia lub nieprzewodzenia
prądu elektrycznego.
Przy zerowym prądzie bramki IG - tyrystor zachowuje się jak dioda spolaryzowana
w kierunku zaporowym.
Po przekroczeniu napięcia przełączenia - przechodzi w stan przewodzenia.
Pracą tyrystora steruje się za pomocą prądu bramki IG. Zwiększenie prądu IG
powoduje zmniejszenie napięcia przełączania U (rys.c).
Tyrystor pracuje w stanie zaporowym, gdy U<0.
17