2010-12-09

1

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:

1. Diody półprzewodnikowe

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

2010-12-09

2

Polaryzacja diody półprzewodnikowej:

w kierunku przewodzenia:

w kierunku zaporowym:

Styk diody po stronie

półprzewodnika P = anoda.

Po stronie N = katoda.

Charakterystyka prądowo-napięciowa diody

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

Przykładowa charakterystyka

2010-12-09

3

Rodzaje diod

- dioda prostownicza

małej lub dużej mocy

najczęściej krzemowa lub germanowa,

wykorzystywana w układach prostowników.

Najprostszy układ prostownika półokresowego

zastosowanie diody jako prostownik jednofazowy jednopołówkowy

u

D

u

R

R

u

~

i

u

ωt

2

π

u

R

i

ωt

2

π

u

R

i

u

Rśr

ωt

2

π

u

D

przebieg napięcia zasilającego

przebieg prądu i napięcia na odbiorniku

przebieg napięcia na diodzie

2010-12-09

4

- 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).

- dioda elektroluminescencyjna (LED)

Emituje światło podczas przepływu prądu.

2010-12-09

5

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.

Typy tranzystorów bipolarnych

typ NPN:

typ PNP:

Sterując bardzo małym prądem bazy I

B

uzyskuje się zmiany dużo większego

prądu kolektora I

C

o przeciwnym kierunku.

Tranzystor jest więc wzmacniaczem prądu bazy.

2010-12-09

6

Wzmocnienie prądowe tranzystora - stosunek zmian prądu kolektora
do zmian prądu bazy:

B

C

I

I

np. dla tranzystorów krzemowych wzmocnienie wynosi kilka tysięcy.

Podstawowe układy pracy tranzystora

(tj. układy połączeń ze źródłem napięcia i obciążeniem)

W każdym układzie zachodzą inne relacje między wartościami prądów E, B, C
oraz inne zależności prądów od doprowadzonych napięć.

Ogólny schemat włączenia tranzystora do układu:

2010-12-09

7

Układ wspólnego emitera (WE) - podstawowy układ pracy tranzystora.

Małym prądem bazy sterujemy duży prąd kolektora.

Współczynnik wzmocnienia prądowego:

(najczęściej wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset)

B

C

I

I

K

Przykładowa charakterystyka:

Układ wspólnego kolektora (WC) - tzw. wtórnik emiterowy

Współczynnik wzmocnienia prądowego:

(najczęściej wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset)

B

C

B

C

B

B

E

I

I

I

I

I

I

I

K

1

2010-12-09

8

Układ wspólnej bazy (WB)

Współczynnik wzmocnienia prądowego:

1

E

C

I

I

K

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 I

G

-

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 I

G

. Zwiększenie prądu I

G

powoduje zmniejszenie napięcia przełączania U (rys.c).
Tyrystor pracuje w stanie zaporowym, gdy U<0.

2010-12-09

9

Podstawowe układy elektroniczne

1. Zasilacze sieciowe

Zadanie - przekształcenie napięcia sinusoidalnego na stałe.

Schemat funkcjonalny zasilacza

Przebiegi napięć na wyjściach

kolejnych elementów zasilacza

230 V
50 Hz

2010-12-09

10

Prostownik

przekształca prąd z dwukierunkowego na jednokierunkowy

Budowa i działanie różnych typów prostowników jednofazowych:

a) półokresowego, b) pełnookresowego, c) mostek Graetza,

d) przebiegi czasowe napięcia sieciowego u

s

i napięć wyjściowych

Budowa i działanie prostownika trójfazowego półokresowego i mostkowego,

przebiegi czasowe napięć wejściowych i wyjściowych

2010-12-09

11

Kondensator jako najprostszy filtr

wygładzanie tętnień (pulsacji)

2. Wzmacniacze

Zadanie - wzmocnienie energii sygnału. Odbywa się to kosztem energii

źródła zasilania. W zależności od tego jaki sygnał jest wzmacniany:
- wzmacniacze prądu

- wzmacniacze napięcia

(bardzo mała moc wyjściowa)

-wzmacniacze mocy (

duża moc wyjściowa)

Schemat funkcjonalny wzmacniacza

Najważniejszy parametr: wzmocnienie (inaczej - współczynnik wzmocnienia):

X

Y

K

sygnał wyjściowy

sygnał wejściowy

2010-12-09

12

Dla poprawy własności wzmacniaczy (zmniejszenie zniekształceń, zakłóceń) - stosuje

się tzw. układy sprzężenia zwrotnego. Jest to wykorzystanie sygnału wejściowego

(inaczej: sygnału zwrotnego lub sygnału sprzężenia) do sterowania wejściem układu.

Sygnał ten może być dodawany lub odejmowany od wejściowego (dodatnie lub

ujemne sprzężenie zwrotne).

Schemat funkcjonalny wzmacniacza ze sprzężeniem

zwrotnym

Wzmacniacz operacyjny

scalony wzmacniacz prądu stałego