Materiały półprzewodnikowe

•pierwiastki grupy IV krzem, german, C(diament)
•związki pierwiastków grup III i V np. arsenek galu, azotek
galu, antymonek indu
•związki pierwiastków grup II i VI np. tellurek kadmu. CdS, ZnO
wytwarzane są w postaci monokryształów, polikryształów lub proszku.
pasmo zabronione w zakresie 0 -5 eV
napięcie progoweGe ~0,4VSi ~0,7V
(np. Ge 0,7 eV, Si 1,1 eV , GaAs 1,4 eV, GaN 3,4 eV).
Materiały półprzewodnikowe(właściwości)
•samoistne
•domieszkowane
–typu n -nadmiar elektronów, donorowa domieszka, (P,Sb)
–typu p -nadmiar dziur, akceptorowa domieszka, (Al, Ga, B)
•czułe na temperaturę,•czułe na światło,•zmieniają przewodność w polu elektrycznym.
Diody LED:gal+arsenel,fosforek azotek(czerwone,pomarańczowe,zielone,zolte)
,niebieskie generuje fale o 2x mniejszej dlug niż czerwone lecz potrzeba większego
napiecia progowego,moc 350mA,Zalety:lepsza sprawność swietlna,ograniczenie
energi,Wady:specjalna obudowa,rozp swiatla
Warystor•zabezpieczanie urządzeń przed przepięciami•służą jako odgromniki
hallotron
•do pomiaru wielkości elektromagnetycznych takich jak indukcja magnetyczna,
natężenie prądu, moc czy opór,
•w układach wykonujących operacje matematyczne i logiczne,
•w silnikach małej mocy, wirnik silnika jest magnesem, natomiast
cewki stojana są zasilane poprzez układ elektroniczny.
Hallotron wykrywa położenie magnesu i tak steruje załączaniem
poszczególnych uzwojeń, aby nadać wirnikowi ruch obrotowy

Tranzystor

Nazwa "tranzystor" pochodzi z połączenia słów transfer i rezystor.

Pierwszy tranzystor -ostrzowy -wykonano w 1948 roku. Konstruktorzy J. Bardeen,W.H. Brattain.

Pierwszy tranzystor bipolarny zbudował rok później inny amerykański fizyk -W.B. Shockley.

Zastosowania:sterowanie większym pradem za pomoca mniejszego pradu,w układach
wzmacniających kształtujących sygnaly oraz służących do wlaczania /wylaczania czegos,
energochłonne,dlatego lepszy tranzystor polowy

Uklad Darlingtona zastosowania:konwersja tranzystorow,do wykonania lepszych tranzystorow
typu pnp,rezystancja wejsciowa jest zwielokrotniona,co jest bardzo użyteczne,b duze wzmocnienie

Tranzystor iGBT

Tranzystor z izolowaną bramką. Przeznaczony do pracy w układach przełączających
dużej mocy szybko działających.sterowany napięciowo.Zastosowania:przybliżone do tranzystorow
bipolarnych stosowane do przelaczenia(np. niewielkich napiec duzych pradow)

Parametry tranzystora

•wzmocnienie prądowe,–α dla konfiguracji pracy OB, –β dla konfiguracji pracy OE,
•maksymalny prąd kolektora,–maksymalny prąd bazy
•maksymalne napięcie kolektor –emiter,–napięcie nasycenia CE
•moc,
•częstotliwość graniczna pracy
mały prąd bazy steruje dużym prądem kolektora
Tranzystor Polowy MOS
•bramka oddzielona izolacją od kanału
•zubożany n,p–kanał przygotowany w procesie produkcji,–napięcie bramki zmienia własności kanału,
•wzbogacany n,p–brak kanału,–napięcie bramki wytwarza warstwę inwersyjną –kanał,
CMOS
technologia umożliwiająca wytwarzanie tranzystorów n,p na tym samym „podłożu”
kanał powstaje lub zanika po spolaryzowaniu bramki
Zastosowania tranzystorów polowych•przełączniki
•wzmacniacze•sterowane rezystancje•układy cyfrowe

Porównanie tranzystorów bipolarnych i MOS

•tranzystory bipolarne wykorzystują sterowanie prądowe a MOS napięciowe,
•tranzystory MOS mają znacznie większą rezystancję wejściową,
•strata mocy w tranzystorze bipolarnym zależy od napięcia nasycenia tranzystora a w MOS
od rezystancji kanału (może być bardzo mała),
•tranzystory MOS posiadają lepsze własności częstotliwościowe, mniejsze szumy, większe
częstotliwości pracy.
Zastosowania tyrystorów i triaków
•przełączniki •prostowniki sterowane•falowniki
Porównanie tranzystorów i tyrystorów
•małe prędkości przełączania•brak możliwości wyłączania
Parametry tyrystora:napiecie wsteczne,prad przewodzenia,prad bramki,prad podtrzymania
Prawo Moore’a
Ekonomicznie optymalna liczba tranzystorów w układzie scalonym podwaja się co 18-24 miesiące.

Klasyfikacja wzmacniaczy•prądów stałych•zmiennych•selektywne•pomiarowe
•akustyczne–HI FI,–słuchawkowe,•mocy

Parametry wzmacniacza

•impedancja wejściowa•wzmocnienie–napięciowe,–prądowe,–mocy
•impedancja wyjściowa•sprawność•pasmo przenoszenia
dB
Określanie relacji między mocami sygnałów o dużej rozpiętości wartości np.:
• poziomy sygnałów w telekomunikacji • wzmocnienia układów • tłumienia
Wzmacniacze oparte na tranzystorach•wzmacniacz oporowy–układy pracy
•wzmacniacz mocy

Klasyfikacja oparta jest na kącie θprzewodzenia elementów
wzmacniającychw znacznym stopniu wiąże się z sprawnością energetyczną układu

Wzmacniacz klasy A

Jest to podstawowa klasa pracy tranzystora gdzie wykorzystywany

jest jego liniowy odcinek charakterystyki wzmocnienia.

Przez element wzmacniający zawsze płynie prąd. Nie następuje jego wyłączenie.

W układach tych nie występują zniekształcenia skrośne.

Wzmacniacze klasy A posiadają niską sprawność energetyczną

Wzmacniacz klasy B, AB

Określana jako klasa pracy tranzystorów w konfiguracji przeciwsobnej
lub z angielskiego "push pull". W układzie tym polaryzowany jest zawsze
tylko jeden element wzmacniający i tylko przez jeden płynie prąd do obciążenia.

Wzmacniacz w takiej konfiguracji posiada największą sprawność energetyczną
ze wzmacniaczy analogowych. Powstał układ par komplementarnych tranzystorów
mocy przeznaczonych do pracy w takich układach. Dlatego czasem taki wzmacniacz
jest nazywany układem komplementarnym.Komplementarna para tranzystorów
jest taka wtedy, gdy jeden z nich jest PNP, drugi NPN i odpowiadają sobie parametrami

AB

Jest to pośredni układ pracy tranzystorów w układzie przeciwsobnym, gdzie do
pewnego prądu wyjściowego polaryzowane są oba wyjściowe tranzystory wzmacniające.

Bez sygnału i przy małym wysterowaniu wzmacniacz taki pracuje w klasie A by przy
dużym wysterowaniu przechodzi do pracy w klasie B

Wzmacniacze klasy C, D

Tranzystor pracuje na nieliniowym odcinku swojej charakterystyki, nie posiadając
stałej polaryzacji i sterowany jest wyłącznie sygnałem wejściowym.

Główne zastosowanie to stopnie mocy w.cz. w nadajnikach radiowych.

Klasa D

Jest to układ pracy wzmacniacza w którym tranzystory mocy występują wyłącznie
jako klucze i nie pracują w liniowym odcinku charakterystyki. Przewodzą lub nie.

Sterowane są z generatora o zmiennej szerokości impulsu PWM.

Generator ten jest sterowany sygnałem wejściowym. Na wyjściu takiego
wzmacniacza znajduje się filtr dolnoprzepustowy filtrujący z sygnału użytecznego
częstotliwość nośną. Wzmacniacze te charakteryzują się małymi stratami mocy,
na poziomie 5%, ale też bardzo dużymi zniekształceniami.

Rodzaje generatorów

•sposób generacji przebiegu sygnału–ze sprzężeniem zwrotnym–dwójnikowe
•rodzaj przebiegu sygnału–sinusoidalne–niesinusoidalne•schodkowe•trójkątne
•piłokształtne•funkcyjne•prostokątne (taktujące, „zegary”)

Parametry generatorów

•częstotliwość drgań•stałość częstotliwości–bezwzględna,–względna, –w czasie
•zawartość harmonicznych•moc

Warunek generacji

Drgania sinusoidalne można uzyskać

•przez doprowadzenie wzmacniacza do wzbudzenia, dla zadanej jednej częstotliwości,
wykorzystując dodatnie sprzężenie zwrotne•przez odtłumienie rzeczywistego obwodu
rezonansowego LC elementem o ujemnej rezystancji celem skompensowania rezystancji strat.

Zasilacz

układ dostarczający energię elektryczną dla urządzenia,

przekształcający energię źródła do wymaganego przez urządzenie sposobu zasilania

•źródła–sieć energetyczna,–baterie, akumulatory,–ogniwa fotowoltaniczne,•sposoby zasilania
–napięcie stałe,–prąd stały,–napięcie zmienne.

Parametry wyjściowe zasilacza•napięcie, prąd nominalny,•dopuszczalne odchyłki wartości nominalnych,

–zakres nastawiania wartości•współczynnik stabilizacji –temperaturowej,–napięciowej,–prądowej,

–obciążeniowej.•częstotliwość zasilania,•poziom zakłóceń,•sprawność,•możliwości ochrony przed przeciążeniem

–sposób ochrony,–czas ochrony, –zakres przeciążania,•separacja we/wy

Stabilizator o pracy ciągłej

tranzystor regulujący,zabezpieczanie wyjścia przed przeciążeniem,„fold back”,mała sprawność

o niskim spadku napięcia

Stabilizator impulsowy

przetwornica –kluczowanie po stronie pierwotnej,konwertery –kluczowanie po stronie wtórnej

•podwyższające napięcie•obniżjące napięcie•odwracające napięcie•z pompowaniem ładunku

Parametry

•częstotliwość pracy–możliwość synchronizacji•moc, sprawność–prąd obciążenia

–napięcie wyjściowe•współczynniki stabilizacji•prędkość odpowiedzi na zmianę obciążenia

Rodziny układów logicznych

charakteryzują się:•napięciem zasilania,

•wartościami sygnałów odpowiadającymi „0” i „1” (margines zakłóceń),
•prędkością działania, –czas przełączania, –częstotliwośc taktowania,
•obciążalnością•poborem energii.

Układy kombinacyjne

koder układ zamieniający kombinacje sygnałów wejściowych na słowa kodowe,

dekoder układ odtwarzający sygnały na podstawie słów kodowych

multiplekser przełącznik sygnałów z wielu źródeł na jedno wyjście

demultiplekser rozdzielacz sygnału na wiele wyść

sumator układ realizujący funkcje dodawania w zadanym kodzie

Procesor

Można wyróżnić następujące podzespoły procesora:

•rejestryzawierają pobrane z pamięci dane, służą do chwilowego przechowywania
pośrednich wyników zwiększają efektywność przetwarzania procesora
•jednostka arytmetyczno-logiczna JAL (ALU) realizuje operacje na danych,
arytmetyczne, logiczne, bitowe
•jednostka sterująca(dekoder rozkazów) układ generujący sygnały sterujące
wykonaniem kolejnych kroków realizacji rozkazu
•licznik rozkazów PCukład generujący identyfikator (adres) kolejnego słowa
do pobrania przez procesor
•słowo statusowe procesora PSW rejestr zawierający informacje o wyniku
operacji wykonanych przez JAL i znaczniki stanu podzespołów procesora

Program jest sekwencją rozkazów. Wykonanie rozkazu rozpoczyna się
pobraniem z pamięci słowa interpretowanego jako kod instrukcji, następnie
jednostka sterująca dekoduje rozkaz i wystawia sterowanie dla pozostałych
jednostek komputera.

Pamięci

•komórkaelementarne miejsce w pamięci zawierająca jednostkę informacji słowo
•słowoznaczenie słów nie jest przypisane ich treści, mogą to być dane lub kody
rozkazów, interpretacja słowa zależy od stanu procesora w chwili pobierania słowa z pamięci
•adresidentyfikator komórek pamięci, porządkuje komórki