L. Fišer, UFMT, VŠCHT Praha
Polovodiče - s jedním PN přechodem (dvojpóly)
Polovodič a PN přechod N
• • • • •
P
m.n. = elektrony
Dioda detekční, spínací a usměrňovací Zenerona dioda Kapacitní dioda LED (svíticí dioda) Polovodičový LASER
m.n. = díry
pohyb el. a děr → rekombinace → zůstanou vázané díry a el. → stabilní prost. náboj → elektrické pole → rovnováha 27.2.2008
Základy elektr. 2. přednáška
1
27.2.2008
Propustný x Závěrný směr N katoda
P anoda
N
N
Prop.
Zav.
+ na P
⎯
⎯
na N
Základy elektr. 2. přednáška
VA charakteristika UBR - průrazné napětí v závěrném směru
na P
+ na N
UMAX → IMAX je dáno maximálním příkonem
P
(teplo, které lze vyzářit)
⎛ ⎛⎜ q⋅U ⎞⎟ ⎞ I = I 0 ⋅ ⎜ e ⎝ k ⋅T ⎠ − 1⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠
P
q, k - konstanty I0 - nasycený proud v záv. sm.
Pozn. Anoda a Katoda 27.2.2008
3
Základy elektr. 2. přednáška
4
27.2.2008
Pulsní režim diody trr -
Základy elektr. 2. přednáška
5
Komutace u diody t je 1-ky až 100-ky ns
závěrná zotavovací doba bývá v řádu 1 až100 ns
tS - doba vyprázdnění tF - doba ustálení Múže způsobovat rušení i při 50 Hz 10 % IR 90 % IR
27.2.2008
Základy elektr. 2. přednáška
U vysokých frekvencí nezanedbatelný závěrný proud 6
27.2.2008
Základy elektr. 2. přednáška
7
1
L. Fišer, UFMT, VŠCHT Praha
Možnosti výroby PN přechodu Bodový -
Slitinový
Možnosti výroby PN přechodu Fotolitografické technologie
„přivaření“ kovoveho hrotu k monokrystalu polovodiče
- na monokrystal N se položí legující materiál P (např Indium) + zahřátí (550 °C pro Ge a 1400 °C pro Si) → slitinový přechod problematická reprodukovatelnost
Difuzní
-
1 až 15 µm
27.2.2008
d
selektivni difuze s oxidovým maskováním
vzniká difuzí „P legování“ do monokrystalu N z plynné fáze reprodukovatelný pozvolný přechod cca 1 µm za hodinu
Základy elektr. 2. přednáška
8
27.2.2008
1) epitaxní růst 2) selektivni difuze
Základy elektr. 2. přednáška
9
Křemík x Germanium
Detekční diody • pro usměrňování malých signálů vyšších kmitočtů
Ge: nižší prahové napětí nižší průrazné napětí závěrné vyšší záv. proud
(detekce = demodulace)
• malé závěrné napětí a nízké proudy • malá kapacita, relatvně rychlé • Hrotové • Planární
Si: vyšší prahové napětí vyšší průrazné napětí závěrné nižší záv. proud
Malá plocha PN přechodu 27.2.2008
odleptaný dif. přechod → malá plocha přech.
Základy elektr. 2. přednáška
10
27.2.2008
Spínací diody
Základy elektr. 2. přednáška
11
Diody - příklad použití
• V obvodech s obdélníkovým průběhem napětí • Minimální závěrná zotavovací doba trr • Malá kapacita přechodu • Germaniové hrotové Ochrana před přepólováním zdroje
10 až 200 ns, 10 až 50 V, 5 až 30 mA
• Křemíkové plošné
Odrušení komutátorov. motorku
5 až 100 ns, 20 až 120 V, 10 až 100 mA 27.2.2008
Základy elektr. 2. přednáška
Stabilizace napětí (prahové napětí) teplomer
12
27.2.2008
Základy elektr. 2. přednáška
13
2
L. Fišer, UFMT, VŠCHT Praha
Diody - příklad použití
Diody - příklad použití a) hradlo OR (logický součet) b)hradlo AND (logický součin)
Ochrana měřidla proti přetížení
27.2.2008
Ochrana tranzistoru při spínání indukční zátěže
Indikace napětí nad UR U < UR ⇒ záv. sm. U > UR ⇒ prop. sm.
Základy elektr. 2. přednáška
14
c) generátor schodového napětí d) měříč kmitočtu C1<< C2 27.2.2008
Spojování diod, pouzdření diod
měřidlem teče proud Základy elektr. 2. přednáška
15
Zenerova dioda • Využívá se Zenerova průrazu v závěrném směru • Použití jako stabilizátor napětí
Sériové - zvýšení závěrného napětí Kompenzace Teplotní závislosti
Paralelní - zvýšení propustného proudu 27.2.2008
Základy elektr. 2. přednáška
16
27.2.2008
Jednocestné usměrnění
Základy elektr. 2. přednáška
17
Diodový můstek
Hodnoty střídavého proudu efektivní střední
Dvoucestný usměrňovač z jediného zdroje střídavého proudu
proud dodáva kondenzátor 27.2.2008
Základy elektr. 2. přednáška
Napětí za filtrací 18
27.2.2008
Základy elektr. 2. přednáška
19
3
L. Fišer, UFMT, VŠCHT Praha
Průběhy napětí po dvoucest. Usměrnění
Dvoucestné usměrnění
za diodami, bez zátěže Vyžaduje pro svou činnost dva zdroje střídavého proudu v protifázi (=dvojí vinutí)
na filtračním kondenzátoru, se zátěží
Stačí pouze 2 diody úbytek pouze na 1 diodě
kdyby se usměrňovalo jednocestně 27.2.2008
Základy elektr. 2. přednáška
20
27.2.2008
Filtrace po usměrnění
Základy elektr. 2. přednáška
Varikap (kapacitní dioda)
Kondenzátorem
• Kapacita přechodu je řiditelná napětím, (jednotky až stovky pF) • Používá se pro ladění LC obvodů • Je potřeba zajistit oddělení VF a ladicího signálu • vyrábí se s přechodem: Strmým
C=
Tlumivkou
27.2.2008
Základy elektr. 2. přednáška
22
27.2.2008
LED Dioda
+
-
21
Postupným
k U
C=
k U
3
Základy elektr. 2. přednáška
23
Polovodičový LASER Stimulovaná emise
Polovodič Mat např: GaAs - IČ GaAsP - Červ. GaP - Červ. InGaP - Zel. SiC - Modra
Fabry - Perotův rezonátor tvořený lomem krystalu napařená kovová vrstva (=zcadlo) odraz 100% a 98%
Spontánní emise Vodivostní p. Zakázaný p. Valenční p. 27.2.2008
Základy elektr. 2. přednáška
Rekombinace díry a elektronu 24
27.2.2008
Základy elektr. 2. přednáška
25
4
L. Fišer, UFMT, VŠCHT Praha
Polovodičový LASER
LASER Řízení výkonu pomocí optické zpětné vazby
27.2.2008
Základy elektr. 2. přednáška
26
27.2.2008
Základy elektr. 2. přednáška
27
LED a LASER
27.2.2008
Základy elektr. 2. přednáška
28
5
