wydział informatyki, elektroniki i telekomunikacji...
TRANSCRIPT
![Page 1: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/1.jpg)
2014-05-13
1
ELEMENTY ELEKTRONICZNE
dr inż. Piotr Dziurdzia paw. C-3, pokój 413; tel. 617-27-02, [email protected]
dr inż. Ireneusz Brzozowski paw. C-3, pokój 512; tel. 617-27-24, [email protected]
AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE
Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Katedra Elektroniki
IE
UE
0
Co to jest?
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne 2
n
p
B2
E
B1
UBB ' < UBB
'' < UBB'''
UE
IE
IB
UBB E’
RE
ujemna rezystancja
pn pnq 000
pn pnq 0
![Page 2: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/2.jpg)
2014-05-13
2
ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE
Pracują w stanie:
• blokowania (wyłączenia) – bardzo duża rezystancja,
• przewodzenia (włączenia) – bardzo mała rezystancja.
Już poznane to:
• dioda: polaryzacja zaporowa i przewodząca,
• tranzystor unipolarny: stan zatkania i przewodzenia
• tranzystor bipolarny: stan odcięcia i nasycenia
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – elementy przełączające 3
ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE
tranzystor jednozłączowy dynistor, diak tyrystor, triak
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – elementy przełączające 4
![Page 3: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/3.jpg)
2014-05-13
3
TRANYZSTOR JEDNOZŁĄCZOWY
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – tranzystor jednozłączowy 5
n
p
B2
B1
UE
IE
IB
UBB E
rb2
rb1
E'
UE'
BBBB
BBBBBE U
rr
rUrIU
21
11'
Gdy dioda zatkana (IE=0):
21
1
BB
B
rr
r
wewnętrzny współczynnik podziału
IE
UE
0
UBB ' < UBB
'' < UBB'''
IE ↗ rb1 ↘ Uj ↗ IE ↗ URE ↗ UE ↘
TRANYZSTOR JEDNOZŁĄCZOWY
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – tranzystor jednozłączowy 6
n
p
B2
E
B1
E B2
B1
emiter typu p
E B2
B1
emiter typu n
Philips Semiconductors:
2N2646
UBB = 0
UBB > 0
ujemna rezystancja
nasycenie blokowanie
![Page 4: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/4.jpg)
2014-05-13
4
TRANYZSTOR JEDNOZŁĄCZOWY PARAMETRY
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – tranzystor jednozłączowy 7
Philips Semiconductors: 2N2646
zakres ujemnej rezystancji
TRANYZSTOR JEDNOZŁĄCZOWY ZASTOSOWANIE
Generator – wykorzystanie ujemnej rezystancji
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – tranzystor jednozłączowy 8
RL
R2R1
Cwy
UE
t
Uwy
(URL)
t
UE
![Page 5: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/5.jpg)
2014-05-13
5
STRUKTURA p-n-p-n
Brak polaryzacji:
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – struktura p-n-p-n 9
p++ n p+ n++
J1 J2 J3 A K
Polaryzacja zaporowa:
p++ n p+ n++
J1 J2 J3 A K
J1 – zaporowo, J2 – przewodząco, J3 – zaporowo
STRUKTURA p-n-p-n
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – struktura p-n-p-n 10
Polaryzacja przewodząca:
p++ n p+ n++
J1 J2 J3 A K
J1 – przewodząco, J2 – zaporowo, J3 – przewodząco
Polaryzacja przewodząca:
p++ n p+ n++
J1 J2 J3 A K
J1 – przewodząco, J2 – „przewodząco”, J3 – przewodząco
IA
blokowanie
przewodzenie akumulacja elektronów
akumulacja dziur
![Page 6: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/6.jpg)
2014-05-13
6
DYNISTOR
EiT 2010 r. PD&IB Elementy elektroniczne – dynistor 11
A K IA
UAK
A K
A K
A K
UBR
UH UB0
IH
IB0
UB0 – napięcie załączenia
UH – napięcie podtrzymania
UBR – napięcie przebicia IH – prąd podtrzymania
STRUKTURA p-n-p-n z BRAMKĄ
EiT 2010 r. PD&IB Elementy elektroniczne – tyrystor 12
p++ n p+ n++
J1 J2 J3 A K
G
Pod wpływem prądu bramki IG następuje wstrzykiwanie elektronów z katody przez złącze J3, które wywołują przebicie lawinowe w złączu J2 zanim napięcie UAK
osiągnie UB0 – załączenie tyrystora
tyrystor sterowany dynistor Raz załączony tyrystor nie może być wyłączony prądem bramki (chyba, że jest to GTO).
Wyłączenie następuje przez zanik prądu anodowego, lub zmianę polaryzacji napięcia UAK.
![Page 7: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/7.jpg)
2014-05-13
7
TYRYSTOR
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – tyrystor 13
IA
UAK UBR
UH UB0
IH IIN
IL
UB1 UB2
A K
G
A K
G
IG=0
IG1 IG2 >
UBx – napięcie załączenia przy Igx
UH – napięcie podtrzymania
UBR – napięcie przebicia IH – prąd podtrzymania IL – prąd pewnego przełączenia IIL – prąd włączenia przy UB0
TYRYSTOR
zastosowanie • obwody o dużych prądach i napięciach
elektroenergetyka, napędy elektryczne, trakcje elektryczne, układy regulacji operujące na dużych mocach
• przekształtniki o fazowym sterowaniu sterowniki napięcia zmiennego, sterowane prostowniki napięcia, falowniki
• w układach elektrotermicznych do regulacji mocy grzania
• w elektrotechnice samochodowej tyrystorowe układy zapłonowe, a także zastępują układy przekaźnikowe
• sterowanie oświetleniem tyrystorowe regulatory oświetlenia, ściemniacze
EiT 2010 r. PD&IB Elementy elektroniczne – tyrystor 14
![Page 8: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/8.jpg)
2014-05-13
8
DIAK
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – struktura n-p-n-p-n – diak 15
p++ n p+ n++
J1 J2 J3 A K
Dwie struktury: n-p-n-p i p-n-p-n połączone równolegle
n++ p n+ p++
J1 J2 J3 A K
p n p K
Struktura pięciowarstwowa: n-p-n-p-n
A
DIAK
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – diak 16
IA
UAK
A K
![Page 9: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/9.jpg)
2014-05-13
9
DWA TYRYSTORY - TRIAK
EiT 2010 r. PD&IB Elementy elektroniczne – triak 17
K
Struktura pięciowarstwowa: n-p-n-p-n z bramką
A
n
G
p n p
n
n
TRIAK
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – traiak 18
IA
UAK
A K
G
![Page 10: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/10.jpg)
2014-05-13
10
PÓŁPRZEWODNIKOWE PRZYRZĄDY ŁADUNKOWE
CCD – Charge-Coupled Devices
EiT 2013 r. PD&IB 19
G
półprzewodnik
typu P
B (podłoże)
O (SiO2)
Kondensator MOS
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – CCD 20
UG >> 0
zubożenie
warstwa zubożona
studnia potencjału brak inwersji
generacja termiczna – prąd ciemny
Czas relaksacji termicznej – czas potrzebny na wypełnienie
obszaru zubożonego ładunkiem QI i powstanie warstwy inwersyjnej (nasycenie)
równowaga termodynamiczna potencjał powierzchniowy:
Fs 2F – potencjał Fermiego
![Page 11: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/11.jpg)
2014-05-13
11
Struktura CCD
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – CCD 21
G1
półprzewodnik
typu P
B (podłoże)
O (SiO2)
G6 G2 G3 G4 G5
S D
Jak to działa?
Struktura CCD – transport ładunku
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – CCD 22
G1
półprzewodnik
typu P
B (podłoże)
O (SiO2)
G6 G2 G3 G4 G5
S D
UG 1 = Uin UG2 = U1
UG2
U2
U1
t1
UG3
U2
U1
t1
t2
t2
![Page 12: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/12.jpg)
2014-05-13
12
Struktura CCD – transport ładunku
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – CCD 23
G1
półprzewodnik
typu P
B (podłoże)
O (SiO2)
G6 G2 G3 G4 G5
S D
UG2 = U1 UG 1 = 0 UG2 = U2
UG2
U2
U1
t1
UG3
U2
U1
t1
t2
t2
Struktura CCD – transport ładunku
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – CCD 24
G1
półprzewodnik
typu P
B (podłoże)
O (SiO2)
G6 G2 G3 G4 G5
S D
UG 1 = 0 UG2 = U1 UG2 = 0
UG2
U2
U1
t1
UG3
U2
U1
t1
t2
t2
t3
t3
![Page 13: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/13.jpg)
2014-05-13
13
Struktura CCD – transport ładunku
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – CCD 25
G1
półprzewodnik
typu P
B (podłoże)
O (SiO2)
G6 G2 G3 G4 G5
S D
UG2 = 0 UG 1 = 0 UG3 = 0
UG2
U2
U1
t1
UG3
U2
U1
t1
t2
t2
Uzas
Uout
RL
Iout
t3
t3
Struktura CCD należy do grupy:
CTD charge transport devices
UG6 = U1 UG4 = 0 UG5 = 0
t
t
Struktura CCD
Struktura CCD (podział):
• SCCD – surface charge-coupled device
• BCCD – bulk charge-coupled device z kanałem zagrzebanym
Sposoby wprowadzania ładunku (informacji):
• generacja lawinowa pod bramką G1
• wstrzykiwanie nośników z obszaru dyfuzyjnego obok pierwszej elektrody
• generacja nośników w skutek oświetlenia – zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – CCD 26
![Page 14: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/14.jpg)
2014-05-13
14
Struktura CCD
Parametry:
• maksymalna wielkość gromadzonego ładunku
• sprawność (efektywność) transportu ładunku stosunek ładunku odebranego na wyjściu do ładunku na wej.
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – CCD 27
Zjawiska:
• skończony czas przelotu (dyfuzja termiczna )
• rekombinacja i pułapkowanie ładunku w stanach powierzchniowych
• istnienie barier potencjałów pomiędzy studniami
• różne prędkości elektronów
nD
L
5,2
2
L – odległość, miedzy bramkami Dn – wsp. dyfuzji elektronów
Sensor optyczny CCD
BUDOWA i DZIAŁANIE
EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne – CCD 28
G11
p-podłoże
B
O (SiO2)
G12 G13 G21 G22 G33 G31 G32 G23 1
2
3
h h h
out
U1
![Page 15: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/15.jpg)
2014-05-13
15
Sensor optyczny CCD
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – sensor CCS 29
„Hydrauliczna” zasada działania
http://www.science.ca/scientists/scientistprofile.php?pID=129&pg=1
Sensor optyczny CMOS
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – sensor CMOS 30
„Aktywny piksel”
http://en.wikipedia.org/wiki/Active_pixel_sensor
![Page 16: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/16.jpg)
2014-05-13
16
Porównanie CCD i CMOS
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – sensor CMOS 31
CCD CMOS
Duży zakres dynamiki Średni zakres dynamiki
Małe szumy Większe szumy, ale szybszy
Duży pobór mocy Średni pobór mocy
Średnia niezawodność Bardziej niezawodny
(scalenie w jednym chipie)
Małe rozmiary pikseli Większe rozmiary pikseli
Wymaga układów zewnętrznych (odczytowych)
Scalony w jednym chipie
Duży współczynnik wypełnienia
Mniejszy współczynnik wypełnienia
Analogowy sygnał wyjściowy Cyfrowy sygnał wyjściowy
Sensory CCD i CMOS
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – sensor CCD vs. CMOS 32
http://www.digital-photography.pl/index.php?lang=pl&page=artykuly&sp1=T4CMOS_CCD
![Page 17: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/17.jpg)
2014-05-13
17
BEZZŁĄCZOWE ELEMENTY
PÓŁPRZEWODNIKOWE
warystor, termistor, fotorezystor, piezorezystor, rezonator piezoelektryczny,
hallotron, magnetorezystor
EiT 2012 r. PD&IB 33
WARYSTOR
Półprzewodnikowy nieliniowy rezystor o silnej zależności rezystancji od napięcia
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – warystor 34
http://and.elektroda.eu/elektronika/inne/surge/
http://www.cyfronika.com.pl/iark3p2_smd.htm
I
U
węglik krzemu
tlenki metali
bIAU
A – stała materiałowa b – współczynnik nieliniowości (zwykle od 0,1 do 1)
U
VDR – Voltage Dependent Resistor
![Page 18: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/18.jpg)
2014-05-13
18
WARYSTOR
Budowa: Struktura polikrystaliczna z węgliku krzemu (SiC) lub tlenku cynku (ZnO) spiekana z domieszkami innych
tlenków metali (Bi2O3, MnO, Sb2O3, itp.)
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – warystor 35
ZnO
Bi2O3
Ziarnista struktura warystora odpowiada elektrycznej sieci
kondensatorów i rezystorów oraz złącz półprzewodnikowych na
krawędzi ziaren
WARYSTOR
Parametry: – max. napięcie pracy
– napięcie charakterystyczne (przy danym prądzie)
– max. prąd
– max. rozpraszana moc
– max. energia rozpraszanego impulsu (i jego parametry)
– pojemność
Zastosowanie: – zabezpieczenia obwodów przed przepięciami
(zasilacze, prostowniki, rozwierane styki, linie energetyczne i transformatory, odgromniki itd.)
– stabilizacja napięcia – filtry, przetworniki częstotliwości (wykorzystanie nieliniowości)
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – warystor 36
![Page 19: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/19.jpg)
2014-05-13
19
TERMISTOR
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – termistor 37
Półprzewodnikowy nieliniowy rezystor o rezystancji zależnej od temperatury
T
http://sklepelektroniczny.com
http://www.eres.alpha.pl/
CTC PTC
NTC
R
T NTC
U
I
Ch-ki rezystancyjno-temperaturowe
Ch-ka napięciowo-prądowa
T
B
NTCT AeR _
BTPTCT eAAR 21_
A, A1, A2 – stałe wsp., B – stała materiałowa
TERMISTOR
Rodzaje: • NTC – (Negative Temperature Coefficient) ujemny
współczynnik temperaturowy – wzrost temperatury powoduje zmniejszanie się rezystancji
• PTC – (Positive Temperature Coefficient) – dodatni współczynnik temperaturowy, tak zwany – wzrost temperatury powoduje wzrost rezystancji (pozystor)
• CTR – (Critical Temperature Resistor) – skokowa zmiana rezystancji – wzrost temperatury powyżej określonej powoduje gwałtowny wzrost rezystancji (bezpieczniki polimerowe)
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – termistor 38
CTC PTC
NTC
R
T
![Page 20: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/20.jpg)
2014-05-13
20
Jak działa termistor?
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – termistor 39
kT
E
i
g
eATTn 22
3
310105,1300 cmKni
31mmczyli w możemy znaleźć 15 milionów swobodnych elektronów !!!
i tyleż samo dziur ;))
Jaka jest wrażliwość zmian koncentracji swobodnych elektronów
i dziur w samoistnym krzemie w otoczeniu temperatury T=300K?
należy obliczyć:
222
3
kT
E
Tn
dT
dn
g
i
i
i
po podstawieniu danych otrzymujemy: %3.8300 Ki
kT
E
bg
eAT 2
TERMISTOR
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – termistor 40
Budowa: Bryła odpowiednio dobranego i ukształtowanego
półprzewodnika z wyprowadzeniami.
Mieszanina sproszkowanych materiałów półprzewodnikowych (tlenki: manganu, niklu, kobaltu i miedzi) połączona odpowiednim spoiwem, sprasowana
i spieczona w wysokiej temperaturze.
Mogą być wykonane jako:
pałeczki, krążki, pierścienie, cylindry, bryłki, cienkie warstwy naniesione podłoże, itd.
A. Świt, J. Pułtorak, „Przyrządy półprzewodnikowe”, WNT, Warszawa, 1979
![Page 21: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/21.jpg)
2014-05-13
21
TERMISTOR
Parametry: – rezystancja nominalna (R25) – wartość rezystancji w temp. 25oC
– temperaturowy współczynnik rezystancji (TWR, T) dla CTR – temperatura krytyczna
– dopuszczalna moc strat
– tolerancja
Zastosowanie: – pomiar i regulacja temperatury
– kompensacja temperaturowa innych elementów
– obwody opóźniające i ograniczające prądy rozruchu
– ograniczniki natężenia prądu (CTR)
– stabilizacja napięcia i amplitudy drgań
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – termistor 41
T
R
RT
T
1
FOTOREZYTOR
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – fotorezystor 42
Półprzewodnikowy nieliniowy rezystor o rezystancji zależnej od oświetlenia
(natężenia promieniowania widzialnego i niewidzialnego)
R
E
Ch-ka rezystancyjno-oświetleniowa Ch-ka prądowo-napięciowa
E
ERRE
00
RE – rezystancja fotorezystora E – natężenie oświetlenia R0 – rezystancja przy natężeniu E0
– współczynnik materiałowy dla CdS = 0,5 1
LDR – Light Dependent Resistor
http://www.cyfronika.com.pl Pmax
I
U
Umax
E1
E2
E3
E4
E5
E1 < E2 < E3 < E4 < E5
FIII 0I0 – prąd ciemny IF – prąd fotoelektryczny
![Page 22: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/22.jpg)
2014-05-13
22
FOTOREZYSTOR
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – fotorezystor 43
U
h półprzewodnik
Przewodność:
)( 00 pnq pn
I0 + IF
ilość nadmiarowych, samoistnych nośników:
pLGpn
GL – prędkość generacji p – czas życia nośników nadmiarowych
wzrost przewodności:
))(( pnpq
fotoprzewodnictwo
Materiały: CdS – siarczek kadmu CdSe – selenek kadmu CdTe – tellurek kadmu PbS, PbSe, CdHgTe, InSb, PbSnTe i inne
FOTOREZYSTOR
Parametry: – czułość widmowa
– rezystancja ciemna - bez oświetlenia
– rezystancja przy określonym oświetleniu (np. 10lx, 100lx)
– czułość max. dla długości fali
– dopuszczalna moc strat
– czas odpowiedzi (przełączania),
Zastosowanie: – proste mierniki oświetlenia
– automatyczne włączanie oświetlenia
– detektory promieniowania kosmicznego
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – fotorezystor 44
![Page 23: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/23.jpg)
2014-05-13
23
PIEZOREZYTOR
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – piezorezystor 45
Półprzewodnikowy nieliniowy rezystor o rezystancji zależnej od naprężenia lub
deformacji mechanicznej
tensometry czujniki mechano-elektryczne
piezoelektryczność [gr.], zjawisko piezoelektryczne, fiz. powstawanie ładunku elektrycznego na ściankach niektórych kryształów pod
wpływem ich ściskania lub rozciągania wzdłuż jednej z osi krystalograficznych; odkryta 1880 przez Pierre’a i Paula Curie; wykorzystywana w przyrządach pomiarowych, mikrofonach,
gramofonach. http://encyklopedia.pwn.pl/haslo.php?id=3957064
PIEZOREZYSTOR
Tensometr krzemowy
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – piezorezystor 46
lkR
R
0
S
lR
Tensometr rezystancyjny
pręt krzemowy (wym.: 0,1x0,1x510mm)
Rl odkształcenie:
mała czułość l S
l
lR
R
k0
0
R – rezystancja płytki po przyłożeniu siły, R0 – rezystancja początkowa (bez działania siły) l – długość płytki po przyłożeniu siły, l0 – początkowa długość płytki (bez działania siły
k = 1,63,5
k = 40300 podkładka izolacyjna
![Page 24: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/24.jpg)
2014-05-13
24
PIEZOREZYSTOR - TENSOMETR
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – piezorezystor 47
Parametry: – czułość
– rezystancja
– wymiary
Zastosowanie: – tensometry półprzewodnikowe
– piezorezystancyjne czujniki ciśnienia (w układach scalonych)
– piezoelektryczny czujnik przyspieszenia
– silnik piezoelektryczny (mikrosilnik)
REZONATOR PIEZOELEKTRYCZNY
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – rezonator piezoelektryczny 48
Płytka wycięta z monokryształu kwarcu (SiO2) po doprowadzeniu napięcia sinusoidalnego zaczyna drgać z częstotliwością rezonansową, w skutek odwrotnego
efektu piezoelektrycznego.
2
0
20
22
1
)(
sk
k
s
sk
s
k
C
Cs
QssC
Qs
sZ
C0
Lk
Ck
rk
Model zastępczy
kk
sCL
1
rezonans szeregowy
k
ksk
r
LQ
dobroć rezonatora
0
0
02
11
C
C
CC
CCL
ks
k
kk
r
rezonans równoległy
Reaktancja XZ w funkcji częstotliwości dla bezstratnego rezonatora kwarcowego
Rysunek zaczerpnięto z S. Kuta „Elementy i układy elektroniczne”, AGH 2000
![Page 25: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/25.jpg)
2014-05-13
25
PÓŁPRZEWODNIK W POLU MAGNETYCZNYM
Wpływ pola magnetycznego na nośniki ładunku w półprzewodniku
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – półprzewodnik w polu magnetycznym 49
Ux I
Ex
ve
PÓŁPRZEWODNIK W POLU MAGNETYCZNYM
Wpływ pola magnetycznego na nośniki ładunku w półprzewodniku
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – półprzewodnik w polu magnetycznym 50
Ux I
B Siła Lorentz’a:
)( BvqF
ve
Ex
![Page 26: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/26.jpg)
2014-05-13
26
PÓŁPRZEWODNIK W POLU MAGNETYCZNYM
Wpływ pola magnetycznego na nośniki ładunku w półprzewodniku
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – półprzewodnik w polu magnetycznym 51
Ux I
Ex
BZ
V
Ey
zxHy BJRE
RH – stała Halla:
dla pp. donorowych: dla pp. akceptorowych: n
Hqn
R8
3
p
Hqp
R8
3
HALLOTRON
HALLOTRON
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – hallotron 52
Przyrząd półprzewodnikowy, działający w oparciu o zjawisko Halla
U
B
Ix1
Ix2
Ix3
Ch-ka oddziaływania pola magnetycznego
Ch-ka napięciowo-prądowa wyjściowa
zxH
y
yyyy
BIc
RU
IRUU
)0(
)0(
Ry – rezystancja obszaru roboczego RH – stała Halla c – grubość obszaru roboczego
Uy
Iy
B1
B2
B3
B1 < B2 < B3
Ch-ka napięciowo-prądowa oddziaływania prądu sterującego
Uy
Ix
B1
B2
B3 B1 < B2 < B3
http://www.cyfronika.com.pl
![Page 27: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/27.jpg)
2014-05-13
27
HALLOTRON
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – hallotron 53
Parametry: – czułość
– rezystancja wejściowa Rx
– temperaturowy współczynnik rezystywności i stałej Halla
– parametry graniczne (max. prąd, napięcie, temperatura pracy, itd.)
Zastosowanie: – pomiar natężenia pola magnetycznego
– różnego rodzaju czujniki ruchu
– pośredni pomiar dużych prądów, mocy itp.
– pomiary wielkości nieelektrycznych (kąt obrotu, przesunięcie, drgania itp.)
MAGNETOREZYSTOR - GAUSSOTRON
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – gaussotron 54
Półprzewodnikowy nieliniowy rezystor o rezystancji zależnej od pola magnetycznego
RB
B R0
Ch-ka rezystancyjna
2
0
0
0
SBR
RR
R
R B
R0 – rezystancja początkowa
S – kwadratowy współczynnik magnetorezystancji B – natężenie pola magnetycznego
B
![Page 28: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/28.jpg)
2014-05-13
28
GAUSSOTRON
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – gaussotron 55
Parametry: – rezystancja początkowa
– współczynnik magnetorezystancji
Zastosowanie: – podobne jak hallotrony
UKŁADY SCALONE
EiT 2014 r. PD&IB 56
![Page 29: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/29.jpg)
2014-05-13
29
UKŁAD SCALONY - DEFINICJA
Układ scalony – układ elektroniczny wykonany jako nierozłączne połączenie elementów elektronicznych, w jednym
cyklu technologicznym wewnątrz lub na wspólnym podłożu.
EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne – układy scalone 57
PODZIAŁ UKŁADÓW SCALONYCH
• Monolityczne – wykonane w „bryle” półprzewodnika
– bipolarne
– unipolarne
• Hybrydowe – wykonane na wspólnym podłożu
– cienkowarstwowe
– grubowarstwowe
EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne – układy scalone 58
• Analogowe – pracują z sygnałami analogowymi
• Cyfrowe – pracują z sygnałami cyfrowymi
![Page 30: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/30.jpg)
2014-05-13
30
UKŁADY SCALONE - PROJEKTOWANIE
EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne – układy scalone 59
NMOS
PMOS
tranzystor
UKŁADY SCALONE - PROJEKTOWANIE
EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne – układy scalone 60
rezystor cewka
kondensator
![Page 31: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/31.jpg)
2014-05-13
31
UKŁADY SCALONE - PROJEKTOWANIE
EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne – układy scalone 61
varaktor
UKŁADY SCALONE - PROJEKTOWANIE
EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne – układy scalone 62
![Page 32: Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022802/5c76c71609d3f2b0618bf7d7/html5/thumbnails/32.jpg)
2014-05-13
32
UKŁADY SCALONE - PROJEKTOWANIE
EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne – układy scalone 63
UKŁADY SCALONE - PROJEKTOWANIE
EiT 2014 r. PD&IB Elementy elektroniczne – układy scalone 64