Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Wykład elektronika Urządzenia półprzewodnikowe. Podział materiałów: dielektryki, półprzewodniki, metale ∆E g.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Wykład elektronika Urządzenia półprzewodnikowe. Podział materiałów: dielektryki, półprzewodniki, metale ∆E g."— Zapis prezentacji:

1 Wykład elektronika Urządzenia półprzewodnikowe

2 Podział materiałów: dielektryki, półprzewodniki, metale ∆E g

3 Najważniejszym półprzewodnikiem jest krzem Si, przerwa energetyczna ∆E=1.1 eV Gęstość nośników prądu w półprzewodniku określa się literami n oraz p W krzemie domieszkowanym arsenen (As) nosnikami sa elektrony i ten typ półprzewodnika oznacza się literą n (negative)

4 Półprzewodnik domieszkowany: poziom akceptorowy W krzemie domieszkowanym borem (B) nosnikami są dziury i ten typ półprzewodnika oznacza się literą p (positive)

5 Złącze n-p

6 Równaniem Shockley’a złącza półprzewodnikowego np Anoda (p) Katoda (n) Dioda jest elementem nieliniowym bo prąd nie jest liniowa funkcją przyłożonego napięcia Jeżeli przyłożymy dodatnie napięcie do anody (p) to przez diodę popłynie prąd (dioda przewodzi) Jeżeli przyłożymy ujemne napięcie do anody (p) to prąd nie popłynie (dioda nieprzewodzi)

7 Niektóre rodzaje diod półprzewodnikowych: 1. dioda prostownicza 2. dioda Zenera 3. dioda elektroluminiscencyjna (LED 5. dioda detekcyjna 6. dioda pojemnościowa (warikap) 4. fotodioda 7. dioda tunelowa

8 Dioda prostownicza Dioda prostownicza służy do uzyskania napięcia o jednej polaryzacji („wyprostowania” napięcia zmiennego). Dioda przewodzi prąd tylko w jednym kierunku (przy polaryzacji przewodzenia). Parametry diody prostowniczej: 1. Maksymalny prąd przewodzenia I max od 0.1 A do 1000 A 2. Maksymalne napięcie wsteczne U wst od 2 V do kilkuset woltów 3. Prąd wsteczny I r rzędu  A 4. Napięcie przewodzenia przy I max 0.2 V dla germanowej diody do 0.7 V dla diody krzemowej

9 Dida Zenera Dioda Zenera służy do stabilizacji napięć. Pracuje przy napięciu „wstecznym” (zaporowym) Parametrami diody Zenera jest: 1. Napięcie stabilizacji U DZ (na rysunku U r =17,1 V 2. Moc dopuszczalna lub prąd dopuszczalny

10 Dioda elektroluminiscencyjna (LED) Napięcia przewodzenia przy diodach świecących wynoszą od 1.9 V do 4 V

11 Fotodioda U pol - + RU wyj Fotodioda jest włączona zaporowo ! Fotony padając na fotodiodę generują w złączu nośniki prądu i prąd wsteczny diody się zmienia

12 Dioda detekcyjna Dioda detekcyjna ma bardzo małe napięcie przewodzenia

13 Dioda pojemnościowa (warikap) Dioda pojemnościowa jest włączona zaporowo i jej pojemność C w pF zależy od przyłożonego napięcia wstecznego od 6 do 20 pF Dioda pojemnościowa służy do strojenia obwodów rezonansowych LC

14 Dioda tunelowa Dioda tunelowa ma obszar o ujemnej impedancji tzn. ze zwiększeniem napięcia opór maleje Typowe U p to 70 mV a U v 400 mV; a I p to kilkanaście miliamperów Dioda tunelowa służy do detekcji wysokoczęstotliwościowych (GHz) sygnałów lub jako generatorów

15 Transformatory Transformatory to urządzenia pozwalające na zmianę napięć i prądów zmiennych bez straty mocy Jak działa transformator (zdjęcie i WIKIPEDI) Transformator składa się z: 1. Uzwojenie pierwotne (zasilanie) 2. Uzwojenie wtórne (wyjście) 3. Rdzeń ferromagnetyczny Zmienne napięcie na wyjściu U 2 jest zależne od napięcia na wejściu wzorem: Jeżeli N 2 >N 1 to napięcie na wyjściu U 2 jest większe od U 1. Jeżeli N 2

16 Wygląd transformatora małej mocy z rdzeniem żelaznym Transformator toroidalny

17 Uzyskiwanie napięć stałych z napięć zmiennych (z sieci energetycznej 230 V) transformator prostownik filtr stabilizator U sieć U stab Transformator zmniejsza napięcie zmienne Prostownik wytwarza tętniące napięcie dodatnie Filtr „wygładza” tętnienia Stabilizator „usuwa” tętnienia i wytwarza napięcie stałe o żądanej wartości U wyj

18 Prostownik jednopołówkowy C1C1

19 Prostownik dwupołówkowy (układ Graetza) Po podłączeniu kondensatora filtrującego C

20 Prostownik dwupołówkowy z dwiema diodami Zaleta: tylko dwie diody Wada: prąd płynie podczas jednego półokresu sieci tylko przez połowę uzwojeń i transformator jest bardziej skomplkowany

21 Podwajacz napięcia

22 Tranzystory bipolarne Dioda to jedno złącze np czyli połączenie dwóch półprzewodników jeden typu n (przewodnictwo elektronowe) a drugi typu p (przewodnictwo dziurowe) p n anoda katoda W diodzie mamy jedno złącze prostujące Tranzystor bipolarny to dwa złącza prostujące położone bisko siebie pn p npn lub Tranzystor ma trzy elektrody kolektor baza emiter Mamy dwa typy tranzystorów !! 1.pnp 2.npn Emiter jest ze strzałką!!!!

23 Działanie tranzystora bipolarnego K B E kolektor baza emiter p n p K B E Jeżeli przyłożymy napięcie między kolektor (K) a emiter E to tranzystor nie przewodzi bo albo jedno złącze pn albo drugie złącze np jest spolaryzowane zaporowo!!! Jednak ponieważ złącza pn i np leżą bardzo blisko siebie to prąd baza-emiter wpływa silnie na zaporowo spolaryzowane złącze K-B i prąd z kolektora do emitera popłynie!!! Mały prąd baza-emiter wywołuje duży prąd kolektor-emiter!! Prąd kolektora I k Prąd baza-emiter I B Prąd emitera I E Prąd emitera I e jest sumą prądów I B oraz I K I E =I K +I B

24 W tranzystorze pnp do kolektora K musi być przyłożone napięcie ujemne względem emitera E !!! K B E kolektor baza emiter W tranzystorze npn do kolektora K musi być przyłożone napięcie dodatnie względem emitera E!!! Strzałka do wewnątrz tranzystora oznacza tranzystor pnp !! K B E kolektor baza emiter Strzałka na zewnątrz tranzystora oznacza tranzystor npn !! Tranzystor bipolarny pracuje (stan aktywny) wtedy kiedy złącze K-B (kolektor-baza) jest spolaryzowane zaporowo a złącze B-E (baza-emiter) przewodząco !!! tzn. dla typu npn do kolektora musi być przyłożone napięcie dodatnie a dla typu pnp ujemne

25 Złącze baza-emiter musi być spolaryzowane przewodząco aby prąd bazy (I B ) popłynął i wywołał prąd kolektora. Ckarakterystyka I c w funkcji U CE dla różnych prądów bazy (I B ) wygląda: Tranzystor bipolarny można uważać w przybliżeniu za źródło prądu (I c ) sterowane prądem bazy (I B )

26 Stany pracy tranzystora w zależności od polaryzacji złącz: 1. Stan aktywny (najczęściej): złącze K-B zaporowo złącze B-E przeodząco (I c >0 2. Stan odcięcia : złącze K-B zaporowo złącze B-E zaporowo (I c =0) 3. Stan nasycenia: złącze K-B przewodząco złącze B-E przewodząco (I c =I max ) 4. Stan inwersji (nieprawidłowy): złącze K-B przewodząco złącze B-E zaporowo Tranzystor jako przełącznik„Tranzystorowy człowiek” według książki W.Hill

27 Pasmo graniczne tranzystora Budowa różnego typu tranzystorów powoduje, że częstość graniczna jest różna. Istnieją tzw. pasożytnicze pojemności C KB oraz C EB ograniczające pasmo przenoszenia Opór r bb oraz C EB tworzą filtr dolnoprzepustowy

28 Tranzystor jako czwórnik U wej U wyj Zwykle jedna z elektrod tranzystora E lub B lub K jest wspólna i mamy trzy podstawowe układy tranzystorowe: Układ ze wspólną bazą (WB) Układ ze wspólnym emiterem (WE) Układ ze wspólnym kolektorem (WC)

29 Czwórnik tranzystorowy cd. Najczęściej opis czwórnika tranzystorowego przedstawia się w równaniami hybrydowymi typu [h] U 1 =h 11 I 1 + h 12 U 2 I 2 =h 21 I 1 + h 22 U 2

30 Wzmacniacze tranzystorowe WE, WC, WB (wspólny emiter WE; wspólny kolektor WC; wspólna baza WB Jakie parametry wzmacniaczy będziemy wyznaczać: 2. Impedancja (oporność) wejściowa R we 3. Impedancja (oporność) wyjściowa R wy

31 Idea wzmacniacz ze wspólnym emiterem (WE) RLRL B K E Tranzystor npn (bo strzałka na zewnątrz) Więc napięcie zasilania U cc dodatnie +U cc Opornik obciążenia R L U2U2 U1U1 Wzmocnienie napięciowe jest duże dla WE

32 Opór wyjściowy wzmacniacza ze wspólnym emiterem Potraktujmy przez chwilę tranzystor jako opornik R tranz (jest to nieprawidłowe) U2U2 RLRL R tranz U cc Otrzymaliśmy dzielnik napięcia R tranz jest bardzo duży (patrz wykres) więc

33 Pasmo przenoszenia wzmacniacza ze wspólnym emiterem Ponieważ ze wzrostem napięcia na wejściu wzrasta prąd kolektora I c to napięcie na wyjściu maleje Wzmacniacz ze wspólnym emiterem odwraca fazę! Kondensator pasożytniczy C bk złącza baza-kolektor przenosi w przeciwnej fazie część napięcia z wyjścia do wejścia (Efekt Millera) to napięcie na wyjściu maleje (K u maleje) Pasmo przenoszenia wzmacniacza WE jest najmniejsze w porównaniu z innymi układami (WC oraz WB)

34 Cechy wzmacniacza ze wspólnym emiterem WE 5. Ograniczone od góry pasmo przenoszenia (efekt Millera) - wada 6. Wzmacniacz WE odwraca fazę (napięcie na wyjściu maleje kiedy napięcie na wejściu rośnie)

35 Układy praktyczne wzmacniacz ze wspólnym emiterem (WE) C 1 kondensator odcinający od wejścia napięcie stałe – (wzmacniacz przestaje wzmacniać napięcia stałe) C 2 kondensator odcinający od wyjścia napięcie stałe (stałe napięcie kondensatora nie przechodzi na wyjście) νdνd

36 Dobór warunków pracy wzmacniacza ze wspólnym emiterem (WE) Punkt pracy to napięcie kolektor-emiter (U c ) przy zerowym napięciu wejściowym (U wej =0) 3. Punkt pracy powinien leżeć „poniżej” hiperboli mocy (strata mocy w tranzystorze to P=I c *U c ) Producent określa moc maksymalną P max Napięcie zasilania E musi być dodatnie bo tranzystor jest npn (strzałka na zewnątrz) i złącze np KB (kolektor baza) ma być spolaryzowane zaporowo 1. Podczas wzmacniania największe napięcie na kolektorze (U c ) może być równe napięciu zasilania E kiedy prąd baza-emiter <=0 (I B =0) ; wówczas prąd kolektora I c =0 i nie ma spadku napięcia na R L (I c *R L =0 a U c =E-I c *R L )

37 Jak dobrać opór polaryzujący złącze baza-emiter R B aby uzyskać napięcie na kolektorze U c =1/2E ? (metoda przybliżona) 8. Ponieważ napięcie złącza pn baza-emiter U BE nie jest większe od 0.6 V

38 Wady najprostszego układu ze wspólnym emiterem Ponieważ wartość β dla danego typu tranzystora ma duży rozrzut i zależy od temperatury to punkt pracy (napięcie U c ),które zależy od β, zmienia się. Poprawiony układ ze wspólnym emiterem (WE) RLRL RBRB

39 Wzmacniacz ze wspólnym emiterem (WE) i stabilizacją punktu pracy o dużym wzmocnieniu dla prądów zmiennych

40 Wzmacniacz ze wspólnym kolektorem (WK) lub z angielskiego (WC) Idea RLRL U wej U wyj Napięcie na wejściu (U wej ) jest podzielona między napięcie na wyjściu (U wyj ) i napięcie baza-emiter (U BE ) U BE Wzmocnienie napięciowe dla WK jest równe K u =1 !!!! (nie wzmacnia!!!) Opór wejściowy wzmacniacza ze wspólnym kolektorem (WK) jest bardzo duży !!! Wzmocnienie prądowe dla WK K i =β (DUŻE) !!!

41 Cechy wzmacniacza ze wspólnym kolektorem (WK) 5. pasmo przenoszenia dość duże - zaleta 6. Wzmacniacz WK nie odwraca fazy (napięcie na wyjściu „wtóruje” napięciu na wejściu stąd nazwa WK „WTÓRNIK”)

42 Ustalenie punktu pracy wzmacniacza ze wspólnym kolektorem, czyli dobrać opór polaryzujący złącze baza-emiter R B aby uzyskać napięcie na wyjściu U c =1/2E ? RBRB RLRL U wej U wyj E Robimy to dokładnie tak jak przy wzmacniaczu ze wspólnym emiterem (WE) C Poprawiony układ stabilizujący punkt pracy Dzielnik utworzony z R 1 = R 2 daje napięcie równe połowie napięcia zasilania V cc

43 Poprawiony układ stabilizatora napięcia Jeżeli w napięciu zasilania występują tętnienia to układ je eliminuje (filtr RC)

44 Stabilizator napięcia wykorzystujący wzmacniacz ze wspólnym kolektorem (WK) (wtórnik emiterowy) Pokazywaliśmy już diodę Zenera stabilizującą napięcie Ten układ ma wadę bo z naszego stabilizowanego źródła napięcia nie możemy czerpać dużych prądów Diodę Zenera umieszczamy na wejściu wzmacniacza ze wspólnym kolektorem i uzyskujemy takie samo stabilne napięcie ale możemy czerpać duże prądy Takie by nie przekroczyć mocy określonej przez producenta P=I*U Opornik R c służy do zabezpieczenia tranzystora wyniku zwarcia wyjścia (opornik R c ogranicza prąd zwarcia)

45 Tranzystorowe źródło prądu Napięcie na bazie 5.6 V jest stabilne więc na emiterze napięcie jest także stabilne (pomniejszone o napięcie baza-emiter U BE ) Przez odbiornik w kolektorze płynie stały prąd 0.5 mA

46 Wzmacniacz symetryzujący o wzmocnieniu K u =1 Mamy dwa wyjścia na których sygnał jest identyczny ale przesunięty w fazie o 180 0

47 Wzmacniacz ze wspólną bazą (WB) Idea WB Układ praktyczny RERE RLRL Opór wejściowy b. mały (r BE ) Opór wyjściowy duży zbliżony do R L Pasmo przenoszenia duże Nie odwraca fazy Ze względu na pasmo przenoszenia stosowany w głowicach telewizyjnych i radiowych

48 Zamiast oporu R L mamy impedancję równolegle połączonych indukcyjności L oraz C

49 Układ o dużym oporze wejściowym

50 W klasie A jeżeli sygnału nie ma (U wej =0; linia przerywana) to i tak płynie prąd kolektora I c i na tranzystorze wydziela się moc P=I c *U KE W klasie B jeżeli sygnału nie ma (U wej =0) to nie płynie prąd kolektora (I c =0) i na tranzystorze nie wydziela się moc P=I c *U KE =0 Klasy pracy wzmacniaczy tranzystorowych

51 Prąd kolektora (I c ) wzmacniacza mocy dla wzmacniaczy klasy A; B; C W klasie A przez tranzystor zawsze płynie prąd kolektora I c przez cały okres T W klasie B prąd I c płynie w dodatniej połowie okresu przez czas T/2 W klasie C prąd płynie przez czas t

52 Układ przeciwsobny (wykorzystywany we wzmacniaczach mocy W układzie przeciwsobnym dla napięć dodatnich pracuje górny tranzystor npn (klasa B) a dolny jest „zatkany”(nie przewodzi) Dla napięć ujemnych pracuje dolny tranzystor (klasa B) pnp a górny jest ”zatkany” (nie przewodzi) Przy zerowym napięciu wejściowym (U 1 =0) żaden tranzystor nie przewodzi i nie jest tracona moc!

53 Wzmacniacz mocy klasy D 1. Sygnał akustyczny jest zamieniany na ciąg impulsów o wysokiej częstotliwości z wypełnieniem zależnym od amplitudy sygnału akustycznego 2. Na wyjściu jest niskoczęstotliwościowy filtr LC który „odtwarza” sygnał akustyczny a „wycina” szybkie przełączanie

54 Tyrystor to jakby dioda sterowana impulsem napięcia Po przyłożeniu impulsu napięcia napięcie między bramką a katodą tyrystora tyrystor przewodzi aż do czasu kiedy napięcie między katoda a anodą spadnie lub gdy prąd zaniknie Tyrystor Triak, to rodzaj tyrystora przewodzącego w obu kierunkach

55 Przerzutnik Schmitta ma dwa stany na wyjściu: wysoki i niski Jeżeli na wejściu napięcie przekroczy pewien próg napięcia U g stan na wyjściu zmienia się z niskiego na wysoki Powrót do stanu niskiego następuje kiedy napięcie na wejściu spadnie poniżej U d U d

56 Wzmacniacz różnicowy 1. Jeżeli na obu wejściach jest to samo napięcie to na wyjściu napięcie się nie zmienia Wzmacniacz różnicowy stosuje się np. przy długich kablach doprowadzających napięcie do wejścia. Wówczas w długich kablach szum indukuje identyczne napięcie zakłócające, które nie jest wzmacniane we wzmacniaczu różnicowym. Przykładem jest tzw. „skrętka” przy sieciach komputerowych. W obu przewodach symetrycznej „skrętki” zakłócenia indukują identyczne (podobne) napięcia, które nie są wzmacniane we wzmacniaczu symetrycznym wzmacniaczu różnicowym.

57 Tranzystory polowe (FET- Field Effect Transistor) (unipolarne) Tranzystor bipolarny K B E n p n Tranzystor polowy W tranzystorze polowym mamy trzy elektrody Dren (Drain; D); Bramka (Gate; G ); Źródło (Source; S); Rysunki z książki Kutty, i z internetu W tranzystorze polowym małe napięcie (pole elektryczne) bramka-źródło (G-S) powoduje zmianę oporu dren-źródło (D-S) Głowna różnica: tranzystorem bipolarnym steruje prąd tranzystorem polowym steruje napięcie

58 Zasada działania tranzystora polowego

59 Charakterystyki tranzystorów polowych typu p i typu n n p

60 Tranzystory polowe MOSFET (z izolowaną bramką) Skrót MOSFET pochodzi od Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor Typu p normalnie Załączony (dla U GS =0 prąd Drenu (I D ) płynie Typu n normalnie Załączony (dla U GS =0 prąd Drenu (I D ) płynie Typu p normalnie wyłączony (dla U GS =0 prąd Drenu (I D ) nie płynie Typu n normalnie wyłączony (dla U GS =0 prąd Drenu (I D ) nie płynie

61 Typy tranzystorów MOSFET i ich charakterystyki

62 Podstawowe układy z tranzystorami polowymi: wspólne źródło (WS); wspólny dren (WD); wspólna bramka (WG) Wspólne źródło WS (odpowiednik wspólnego emitera) Wspólny dren WD (odpowiednik wspólnego kolektora) Wspólna bramka WG (odpowiednik wspólnej bazy) Idea Układy praktyczne

63 Układy polaryzacji tranzystorów polowych (WS) Układ polaryzacji dodatkowym źródłem napięcia Układ automatycznej polaryzacji

64 Parametry układów wspólne źródło (WS) RDRD

65 Parametry układu ze wspólnym drenem (WD)

66 Tranzystor polowy razem z tranzystorem bipolarnym Z ksiązki W.Hill „Sztuka…”

67 Porównanie wzmacniaczy ze wspólnym emiterem (WE) i ze wspólnym źródłem (WS) 5. Opór wejściowy: zdecydowanie większy dla tranzystora polowego

68


Pobierz ppt "Wykład elektronika Urządzenia półprzewodnikowe. Podział materiałów: dielektryki, półprzewodniki, metale ∆E g."

Podobne prezentacje


Reklamy Google