1. Porównaj właściwości półprzewodników , izolatorów i przewodników.

Rozróżniamy je ze względu na właściwości elektryczne. Przewodniki mają bardzo małą rezystywność ( ρ=10^-8 do 10^-7Ωm ). Podstawowe materiały zaliczane do przewod. to metale i ich stopy. Podstawowa cecha przewod. z metali czystych to wzrost rezystywności z temp. ( 4%/deg ). Wykorzystywane w elektronice itp.Izolatory z kolei bardzo dużą (10⁸ do 10¹⁸ ). Charakt. się słabym przewod. elektr. i ulegają polaryzcji. Wszystkie właściwości izolatorów zależą od stanu skupienia, temp. , ciśnienia , zanieczyszczeń, struktury. Stosowane w budowie kondens. , obwodów druk. , przewodów i kabli elektr. Natomiast półprzewod. charakteryzują się rezystywnoscią rzędu 10^-7 do 10^-3. Podst. materiał półp. to krzem. Z niego wykonuje się większość tranz. i diod oraz niemal wszystkie ukł. scalone. Również bardzo dobrym półp. ale jeszcze nie tak rozpow. jest arsenek galu stosowany w elem. optoele. i mikrofal., oraz ukł scalonych ( pamięci o bardzo krótkim czasie dostępu ). Charakt. się bardzo silną zależnością właściwości od zanieczyszczeń, zakłóceń sieci kryst. oraz temp., prominiow. , silnych pól elekt. i magnet.

2. Omów działanie złączowego tranzystora unipolarnego JFET.

Składa się zasadniczo z warstwy półprzewod.typu n (w tranz. z kanałem typu n) lub półprzewod. typu p (w tranz. z kanałem typu p). Warstwa ta tworzy kanał. W obszar kanału wdyfundowuje się domieszki dające obszar innego typu niż kanał, które w ten sposób tworzy złącze zwane bramką. Między kanałem i bramką tworzy się złącze typu p - n .Tranzystor JFET ma trzy elektrody: S (źródło) jest elektrodą, z której wypływają nośniki ładunku do kanału; D (dren) elektroda do której dochodzą nośniki ladunku; G (bramka) jest elektr. sterującą przepływem ładunków.Źródło i dren tranz. JFET są spolar. tak, aby umożliwić przepływ nośników większościowych przez kanał w kierunku od źródła do drenu (w tranz. typu p przepływają dziury, a w n elektrony). Złącze bramka - kanał dla obu tranz. powinno być spolaryz. zaporowo. Warstwa ta ma dużą rezystancję, więc powoduje zmniejszenie czynnego przekroju kanału, przez który przepływa prąd. Wraz ze wzrostem polaryzacji złącza p-n w kierunku wstecznym, rozszerza się warstwa zaporowa, czyli zwiększa się jej wnikanie w kanał. Można więc stwierdzić, że dla ustal. napięcia źródło-dren, rezystancja kanału i prąd drenu, będzie funkcją napięcia bramka-źródło

3. Omów działanie tranzystora bipolarnego.

Tranz. ten stanowi kombinację dwóch półp. złącz p-n, wytworzonych w jednej płytce półp. Nośnikami ładunku elektr. są elektrony i dziury. Możliwe są dwa rodzaje uszeregowania obszarów p-n-p oraz n-p-n , które dają dwa przeciwstawne tranz. Zasada ich działania jest jednakowa, różnice występują tylko w polaryzacji zew. źródeł napięcia i w kierunku przypływu prądów. Jeżeli weźmiemy tranz. n-p-n to w stanie równowagi, bez polaryz. przechodzenie elektr.z emitera i kolektora do bazy tranz.oraz dziur z bazy do obu przylegających obszarów jest hamowane przez pole utworzone przy obu złączach. Przyłożenie ujemnego napięcia do emitera względem bazy ( spolaryzowanie ) powoduje obniżenie bariery emiterowej. Przez złącze emiter-baza płynie prąd dyfuzyjny, podobnie jak w diodzie, ponieważ zostaje zwiększona liczba elektronów wprowadzanych do emitera. Po drodze część tych elektronów rekombinuje z dziurami, które są nośnikami większościowymi w obszarze bazy. Nadmiarowe dziury wyprowadzane z bazy do obszaru emitera rekombinują tam z istniejącymi tam elktronami. Nie uczestniczą one w przepływie prądu kolektorowego i dla tego zmniejsz się ich liczba przez odpow . konstr. tranz. Jeżeli złącze kolektor-baza jest spolaryzowane w kierunku wstecznym, to pole elektryczne występujące w tym złączu powoduje unoszenie nośników z obszaru bazy do obszaru kolektora. Wartość prądu płynącego przez kolektor może być regulowana przez zmianę napięcia polaryzującego złącze emiter-baza.

4. Omów działanie tyrystora i podstawowe jego zastosowania.

Zwany także sterowaną diodą krzemową składa się z czterech warstw półprzew. p-n-p-n. ZASADA DZIAŁANIA: Napięcie zew. przykładane między anodę i katodę, polaryzuje złącze emiter-baza (p₁-n_1­) i baza-kolektor (n₁-p₂) w przeciwnych kierunkach. Gdy anoda ma potencjał ujemny względem katody, to złącze p₁-n_1­ jest spolaryzowane wstecznie, a złącze p₂-n₂ w kierunku przewodzenia. W kierunku wstecznym spolaryz. jest również złącze p₂-n₂ . W obwodzie anoda-katoda płynie niewielki prąd wsteczny. W miarę zwiększania napięcia U_AK, przy pewnej jego wartości następuje przebicie złącza p₁-n₁, a następnie p₂-n₂. W tym stanie pracy tyrystor zchowuje się jak dioda spolaryzowana zporowo. Przy polaryzacji anody napięciem dodatnim względem katody są możliw dwa stany: blokowania i przewodzenia. Jeżeli napięcie U_GK jest mniejsze od napięcia progowego złącza baza-emiter (p₂-n₂) to tyrystor jest w stanie stabilnym blokowania. Załączenie tyrystora, czyli przejście ze stanu blok. do stanu przewodzenia, jest możliwe po przekroczeniu określonej wartości prądu i napięcia anodowego.ZASTOSOWANIE: Tyrystory sosuje się najczęściej w obwodach, w których płyną duże prądy i napięcia, np. elktroenergetyce, trakcji elektrycznej, napędach elektrycznych, w układach egulacji o dużych mocach

5. Termistor - zasada działania i zastosowania.

Termistor jest rezystorem półprzewod., charakt. się dużym współczynnikiem temperaturowym rezystancji α_T. Współczynnik ten określa zmianę rezystancji termistora przy zmianie temperatury o ΔT , gdy ΔT→ 0. Współcz. ten określamy jako:

Termistory wykonuje się z tlenków, np. tlenku manganu, niklu, kobaltu, glinu, żelaza itd. Od rodzaju użytych tlenków i ich proporcji w mieszaninie zależą właściwości termistora.ZASTOSOWANIE: Termistory stosuje się do pomiaru temperatury, do kompensacji wpływu temp. w układach elektronicznych, do stabilizcji napięcia, amplitudy drgań, do automatycznej regulacji wzmocnienia, do ochrony elem. przed przeciążeniem, do pomiaru strumienia cieczy i gazów, do przetwarzania prądu zmiennego na stały, do generacji drgań itp.

6. Omów ograniczenia pracy diod półprzewodnikowych

napięcie progowe ( U_T0 ) poniżej którego prąd ma bardzo małą wartość ( diody germanowe 0,2 - 0,3 V ; diody krzemowe 0,6 - 0,8 V )

napięcie przebicia ( U_BR ) przy którym dioda spolaryzowana zaporowo ulega przebiciu, zaczyna przewodzić ( najczęściej ulega zniszczeniu )

napięcie max. wsteczne ( U_Rmax ) określane jako 0,8 wartości przebicia jest to dopuszczalne napięcie wsteczne dla którego dioda nie ulega przebiciu ( rzędu kilkudziesięciu V )

prąd max. przewodzenia ( I_max ) jest to max. wartość prądu , która może przepłynąć przez diodę spolaryzowaną w przewodzeniu ( 2 - 3 mA )

dopuszczaln temp. złącza ( T_jmax ) dla diod germanowych 353K, a diody krzem. 423K

7. Podaj zastosowania tranzystora bipolarnego , omów jego działanie wzmacniające.

Tranz. bipol. jest elem. półp. czynnym , zdolnym do wzmacniania mocy sygnałów elektrycznych. Pełni podstawową rolę w elektronicznych układach analogowych i cyfrowych, jako wzmacniacz , detektor , przełącznik.

8. Omów parametry zastępcze tranzystora macierzy [h] , omów ich sens fizyczny.

Parametry zastępcze ( różniczkowe ) tranz. są wielkościami opisującymi właściwości tranz. przy małych sygnałach prądu zmiennego.Dla sygnałów o małych amplitudach tranzystor jest czwórnikiem liniowym. Czwórnik taki opisują dwa równania, nazywane parą równań czwórnika .Njczęściej stosowanymi parametrami są parametry mieszane [ h ]. Sens fizyczny poszczególnych parametrów:

- impedancja wejściowa przy zwartym wyjściu

- współczynnik sprzężenia zwrotnego przy rozwartym wejściu

- współczynnik sprzężenia zwrotnego przy zwartym wyjściu

- admitancja wyjściowa przy rozwartym wejściu

9. Omów zasadę pracy oświetlanego złącza p-n .

Oświetlenie złacza p-n powoduje:

-przy pracy w ukł.bez polar. zewnętrznej, powstanie siły elektromotorycznej; złącze p-n pracuje w tym wypadku jako źródło energii elektr.(fotoogniwo)

-przy ukł. z polaryz. zew. wzrost prądu, w tym zaś jako dioda (fotodioda)

Przyczyną zjawisk zachodzących w oświetl. złączu p-n jest generacja świetlna par elektr.-dziura w obszrze warstwy zaporowej. Pod wpływem pola elektr. istniejące w warstwie zap. nośniki są unoszone w dwie przeciwne strony: dziury do obszru p, elektr do n. Zmagazynowane w ten sposób nośniki w przypadku złącza rozwartego tworzą ład. nieskompensowane co wiąże się z istnieniem siły elektr. Natomiast przy zwartym złaczu p-n generow. przez światło nośniki wpływają do obwodu, zwiększając w ten sposób prąd.

10. Narysować i omówić schemat zastępczy diody półprzewodnikowej.

W warunkach pracy statycznej dioda możemy brać pod uwagę jedynie: sterowane źródło prądowe jako prąd upływu I, rezystancję upływu R_u ( rzędu kilku megaomów ) w kierunku zaporowy oraz rezystancji szeregowej R_s (rzędu ułamka Ohma) w kieruku przewodzenia.Natomiast w warunkach pracy dynamicznej dodatkowo przy szybkich zmianch sygnału oprócz prądu przewodzenia płynie przez złącze prąd przesunięcia, związany ze zmianą ładunku magazynowanego w warstwie zaporowej i bazie złącza, więc należy uwzględnić również pojemność złączową C_j oraz pojemność dyfuzyjną C_d.

11. Omówić ograniczenia obszaru pracy tranzystora bipolarnego.

dopuszczalne napięcie kol.-emiter U_Cemax - wynika ze zjawiska powielania lub przebicia lawinowego w złączu kolekt. ( od kilkunastu do ok. 2kV )

max. prąd kolektora I_Cmax - wynika ze zmniejszenia współcz. β_o w zakr. dużych prądów i małych napięć , może być również narzucona przez przepalenie doprow. lub zniszczeń złączy ( od kilkudziesięciu mA dla tranz. małej mocy do kilkudziesięciu A dla dużej mocy )

moc maksymalna P_Cmax - jak może wydzielić się na tranz. w przybliżeniu równa mocy wydzielanej na złączu kolektor.. Wartość mocy wynika z dopuszczalnej temperatury złącza T_jmax , temp. otoczenia T_a i rez. cieplnej między złączem a otoczeniem R_th

napięcie progowe U_T0 - poniżej którego prąd bazy jest bardzo mały ( dla tranz. krzemowych 0,5-0,8V )

12. Omówić wpływ temperatury na przebieg charakterystyk statycznych złącza p.-n.

W zakresie przewodzenia zbliża się do osi Y , a w kierunku wstecznym obniża się w dól i zmniejsza się napięcie przebicia. i nap. wsteczne.

13. Co to jest transoptor , jak jest zbudowany i do czego służy.

Transoptor jest to optoelektr. przyrząd półp. który stanowi elektrycznie izolowana, a optycznie sprzężona para fotoemiter-fotodetektor. Transoptor umożliwia jednokierunkowy przepływ sygnału od obw. wejśćiowego w którym znajduje się fotoemiter, do obwodu wyjściow. zawierającego fotodetektor. Fotoemiter to zwykle dioda elektroluminescencyjna emitująca promień. w dalekiej podczerw., natomiast fotodetektor to najczęściej fotodioda lub fototranzystor. Transoptor z fototyrystorem działa jak element przełączający wyłączany impulsem promieniowania diody lumines. Transoptory stosuje się w celu elektrycznego ( galwanicznego ) odizolowania układów ze sobą współpracujących przy dopuszcz. różnicy napięć między nimi nie przekraczjących napięcia przebicia transoptora (1-50kV). Może przenosić zarówno syg. cyfrowe jak i analogowe.

14. Zdefiniować współczynniki wzmocnienia tranzystora α i β

α - współcz. wzmoc. prądowego w ukł. ze wspólną bazą OB definiowany jako ujemny stosunek prądu kolekt. I_c do prądu emitera I_E ( przy pominięciu prądu zerowego I_CB0 ) przy U_CB = const

β - współcz. wzmoc. prądowego w ukł. ze wspólną bazą OE definiowany jako stosunek prądu kolekt. I_c do prądu emitera I_B przy U_CE = const

15. Podać podstawowe parametry diody prostowniczej i jej narażenia w układach prostowników.

napięcie progowe ( U_T0 ) poniżej którego prąd ma bardzo małą wartość ( diody germanowe 0,2 - 0,3 V ; diody krzemowe 0,6 - 0,8 V )

napięcie przebicia ( U_BR ) przy którym dioda spolaryzowana zaporowo ulega przebiciu, zaczyna przewodzić ( najczęściej ulega zniszczeniu )

napięcie max. wsteczne ( U_Rmax ) określane jako 0,8 wartości przebicia jest to dopuszczalne napięcie wsteczne dla którego dioda nie ulega przebiciu ( rzędu kilkudziesięciu V )

prąd max. przewodzenia ( I_max ) jest to max. wartość prądu , która może przepłynąć przez diodę spolaryzowaną w przewodzeniu ( 2 - 3 mA )

dopuszczaln temp. złącza ( T_jmax ) dla diod germanowych 353K, a diody krzem. 423K

Podstawowym czynnikiem jaki ma wpływ na pracę diody prostow. jest jej przegrzewanie zwłaszcza dla diod mocy ( prądy powyżej 5-10A ). W celu zachowania poprawności pracy stosuje się radiatory o odpowiedniej wielkości.

16. Zdefiniować wielkość prądu podtrzymania I_H tyrystora.

Prąd podtrzymania I_H jest to prąd do jakiego trzeba zmniejszyć prąd anodowy tyrystora, aby tyrystor przeszedł ze stanu przewodzenia do stanu blokowania czyli wyłączyć tyrystor.

17. Omów znane podziały tranzystorów , podaj przykłady.

1. -tranzystory bipolarne(warstwowe,FET); -unipolarne (polowe,JFET,IGFET)

2. -małej częstot. małej mocy; - małej częstot. dużej mocy; -wielkiej częstot.; -mikrofalowe; -dużej mocy wysokonapięciowe;

18. W jaki sposób można wyłączyć przewodzący tyrystor , podaj przykład.

Należy zmniejszyć prąd anodowy poniżej prądu podtrzymania I_H.

19. Omów rodzaje diod półprzewodnikowych.

dioda prostownicza -stosowana w ukł. prost. urządzeń zasilających, przekształcających prąd zmienny w jednokier., w ukł prost. spełnia funkcję zaworu jednokier.

dioda stabilizacyjna - zwana diodą Zenera, stosowana w ukł. stabilizacji napięć, w ogranicznikach amplitudy, w ukł. źródeł napięć odnisienia. Wykorzystuje się ich pracę w zakresie przebicia. Łącząc taką diodę z rezystorem otrzymujemy najprostszy stabilizator napięcia;

diody uniwerslane - stos. w ukł. detekcyjnych, prostowniczych małej mocy i w ogranicznikach. Diody te charak. się niewielkim zakresem dopuszczalnych napięć i prądów i częstot.

diody impulsowe - przeznaczone do przełączania napięć i prądów oraz do formowania impulsów elektrycznych, w ukł spełniają najczęściej funkcję kluczy.Powinny charakt. się małą rezyst. w kierunku przewodzenia, a dużą w kier. wstecznym, oraz małą bezwładnością elekt. przy przełączaniu (szybkie)

diody mikrofalowe, specjalne, LED

20. Co to jest stan nasycenia a co to stan zatkania tranzystora bipolarnego.

stan nasycenia - obydwa złącza tranzystora są spolaryzowane w kierunku przewodzenia. Wartość napięcia nasycenia U_Cesat wynosi ok. 0,2V do pojedynczych woltów.Stan nasycenia odpowiada_{­ „}zwarciu” na zaciskach kolektor-emiter. Charakteryzuje go duża wartość prądu kolektora przy bardzo małych napięciach U_CE. Rezyst. wyjściowa tranz. w nasyceniu jest mała (od ułamka do kilkuset Ohmów )

stan zatkania ( odcięcia ) - obydwa złącza tranz. są spolaryzowane w kirunku wstecznym. Stan ten odpowiada „rozwarciu” na zciskach kolektor-emiter. Płynący prąd jest mały. Granicę między zakresami aktywnym i odcięcia stanowi prąd zerowy I­_CE0.

21. Podaj zasadę działania fotorezystora . Podaj jego podstawowe parametry.

Fotorezystor to element półp. bezzłączowy, który pod wpływem promieniowania świetlnego zmienia swoją rezystancję. Część światłoczułą stanowi cienka warstwa półprzewod. (1) wraz z elektrodami (2) osadzona na podłożu dielektrycznym (3). Działanie fotorez. oparta jest na zjawisku fotoelektr. wewnętrznym. Strumień światła o odpow. dł. fali wywołuje generację par elektron-dziura. Ta dodatkowa liczba elektronów i dziur zwiększ konduktywność półp., co w rezultacie powoduje zmniejszenie rezystancji fototranz. Zależność rezystancji fotorezystora R_E od natężenia oświetlenia E opisujemy wzorem
gdzie R_o rezystancja fotorez. przy natężeniu E_o, a γ to współcz. zależny od rodzaju materiału półp.

Podstawowe parametry charakteryzujące fotorez. to: -wartość rezystancji ciemnej R_o (rezystancji jaką ma fotorez. przy całkowicie zaciemnionej powierzch. czynnej); -wartość rezyst. jasnej R_E dla określonej wartości natężenia (najczęściej E=1000 lx); -dopuszczalne max. napięcie U_max i moc P_max ; -średni temp. współcz. czułości α_s

22. Czym się różnią półprzewodnik samoistny i domieszkowany.

półprzewodnik samoistny - charakteryzują dwa zjawiska generacja i rekombinacja; półp. niedomieszkowane (samoistne ) są zdolne do generacji termicznej par elektron-dziura pod wpływem wzrostu temp, czyli w paśmie przewodnictwa pojawiają się elektr. a w paśmie podstawowym wolne miejsc (dziury), jednocześnie zachodzi w nich proces odwrotny czyli „wypływanie” elektr. przez dziury - rekombinacja . Obydwa te procesy są w stanie równowagi.

półprzewodnik domieszkowany - to taki półprzewodnik , w który celowo wprowadzono domieszkę innego pierwiastka w celu osiągnięcia określonych cech lub typu półp.

23. Omówić rodzaje tranzystorów unipolarnych z izolowaną bramką.

Dzielimy je na tranzystory:

typu MOS (MOSFET) - tranz. ten tworzy metal, dielektr., półp.,a funkcję dielektr spełnia najczęściej warstwa tlenku SiO₂

cienkowarstwowy (TFT) - wykonane z półp. polikrystalicznego

---