Polovodi£e
Petr Ba°ina 16. ledna 2017
Petr Ba°ina
Polovodi£e
Polovodi£e
Polovodi£e jsou materiály, které za normálních podmínek nevedou elektrický proud. Za n¥kterých podmínek v²ak vedou elektrický proud (nap°. p°i zm¥n¥ teploty, p°i osv¥tlení atd. . . ).
Petr Ba°ina
Polovodi£e
P°íklady polovodi£·
k°emík germanium selen slou£eniny galia
Petr Ba°ina
Polovodi£e
Vlastní vodivost - elektrony a díry
K°emík má ve valen£ní vrstv¥ 4 elektrony. na tomto schématu je kaºdý k°emík obklopen 8 elektrony (4 vlastní, 4 sousedních atom·)
nevodivý stav Petr Ba°ina
Polovodi£e
Elektrony a díry
p°i vy²²í teplot¥ atomy více kladné díry opa£ným sm¥rem ⇒ polovodi£em kmitají a díky tomu se protéká elektrický proud m·ºe uvolnit elektron vznikne pár volný elektron a díra elekron má záporný náboj a díra se chová jako by byla kladná £ástice v elektrickém poli se záporné elektrony p°esouvají jedním sm¥rem a
Petr Ba°ina
Polovodi£e
El. proud v polovodi£ích
je to ustálený pohyb elektron· jedním sm¥rem a kladných d¥r opa£ným sm¥rem p°i vy²²í teplot¥ vzniká více volných elektron· a d¥r ⇒ klesá odpor polovodi£e
Petr Ba°ina
Polovodi£e
El. sou£ástky tvo°ené polovodi£i
termistor - teplotn¥ závislý rezistor fotorezistor - sv¥teln¥ závislý rezistor
Petr Ba°ina
Polovodi£e
P°ím¥sové polovodi£e
Vlastnosti polovodi£· je moºné ovlivnit p°idáním atom· jiných prvk·. Rozli²ujeme polovodi£e typu P a polovodi£e typu N.
Petr Ba°ina
Polovodi£e
Polovodi£ P
"pozitivní"d¥rová vodivost (p°ebytek kladných d¥r); v praxi vzniká p°idáním atom· trojmocných prvk· mezi atomy 4 mocných prvk· (nap°. atom hliníku mezi atomy k°emíku)
Petr Ba°ina
Polovodi£e
Polovodi£e N
"negativní"eletronová vodivost (p°ebytek záporných elektron·) v praxi vzniká p°idáním atom· p¥timocných prvk· mezi atomy 4 mocných prvk· (nap°. atom fosforu mezi atomy k°emíku)
Petr Ba°ina
Polovodi£e
PN p°echod
skládá se z polovodi£e P a polovodi£e N uºití - polovodi£ová dioda, tranzistory, integrované obvody...
Petr Ba°ina
Polovodi£e
Polovodi£ová dioda
sou£ástka, která je tvo°ena jedním p°echodem PN propou²tí el. proud pouze jedním sm¥rem - uºití jako usm¥r¬ova£ °íkáme, ºe dioda má propustný a záv¥rný sm¥r
Petr Ba°ina
Polovodi£e
Jednocestný usm¥r¬ova£
ve st°ídavém obvodu je zapojena pouze jedna dioda, která propou²tí proud pouze jedním sm¥rem - vzniká stejnosm¥rný proud
Petr Ba°ina
Polovodi£e
Dvoucestný usm¥r¬ova£
tvo°en v¥t²inou 4 diodami; proupou²tí proud v obou p·lperiodách na obrázku je Graetzovo zapojení
Petr Ba°ina
Polovodi£e
Druhy diod
svítivá dioda (LED - Light Emitting Diode) - p°i pr·chodu el. proudu svítí pozn.: LASER - Light Ampli cation by Stimulated Emission of Radiation, tj. 'zesilování sv¥tla stimulovanou emisí zá°ení - speciální druh svítivé diody fotodioda - m¥ní sv¥telnou energii na elektrickou - výroba el. proudu (fotovoltaické £lánky)
Petr Ba°ina
Polovodi£e
Tranzistory
sou£ástka tvo°ená více p°echody PN Základní vlastností tranzistoru je schopnost zesilovat malé zm¥ny nap¥tí nebo proudu na vstupu mohou vyvolat velké zm¥ny nap¥tí nebo proudu na výstupu uºití jako spína£, zesilova£ tranzistorový jev objeven 1947 (Shockley,Bardeen, Brattain) - Nobelova cena za fyziku a nástup miniaturizace po£íta£· základní sou£ásti integrovaných obvod·
Petr Ba°ina
Polovodi£e
Unipolární tranzistor
p°enos náboje probíhá pouze pomoc jednoho druhu £ástic (jen elektony nebo díry) n¥kdy se ozna£ují jako tranzistory °ízené polem (FET Field-Eect Transistor) pouºívá se jako spína£ - dokáºe vypnout a zapnout obvod miliardkrát za sekundu umoºnily digitalizaci pozn.: p°evod do dvojkové soustavy 81 = 64 ∗ 1 + 32 ∗ 0 + 16 ∗ 1 + 8 ∗ 0 + 4 ∗ 0 + 2 ∗ 0 + 1 ∗ 1 ⇒ 1010001
Petr Ba°ina
Polovodi£e
bipolární tranzistory
tvo°en 2 p°echody PN 2 druhy - NPN a PNP 3 vývody: e-emitor, b-báze, c-kolektor
pom·cka - "en pé en - ²ipka ven"
Petr Ba°ina
Polovodi£e
zesilova£
malou zm¥nou proudu v bázovém obvodu nastane velká zm¥na proudu v kolektorovém obvodu IB - bázový proud, IC - kolektorový proud Petr Ba°ina
Polovodi£e
Integrované obvody
sou£ástky, které obsahují velké mnoºství vodi£·, rezistor·, kondenzátor·, diod a tranzistor· monolitický integrovaný obvod = v²echny sou£ástky jsou vyrobeny v jednom krystalu - £ipu procesor - univerzální integrovaný obvod, který je programovatelný
Petr Ba°ina
Polovodi£e
Dal²í polovodi£ové sou£ástky
tyristor - sou£ástka, která slouºí ke spínání obvod· s velkým proudem a nap¥tím (uºití nap°. v lokomotivách polovodi£ové pam¥ti magnetorezistor - uºití nap°. £tení záznamu na pevných discích po£íta£· Zenerova dioda - dioda, která propou²tí proud i v záv¥rném sm¥ru; pouºívá se jako stabilizátor nap¥tí
Petr Ba°ina
Polovodi£e
