Rezystor- dwukońcówkowy element elektroniczny bierny, którego podstawowym parametrem jest rezystancja wyrażona w omach. Zadaniem rezystora w obwodzie elektrycznym jest ustalenie określonej wartości prądu I=U/R lub spadku napięcia U=R*I. Moc wydzielana na rezystorze P=U*I jest przy tym zamieniana na ciepło. Pracują w obwodach prądu stałego zmiennego oraz impulsowego.

Kondensator - element elektroniczny, podstawowy parametr to pojemność C, wyrażana w Faradach. Stanowi układ co najmniej dwóch elektrod wykonanych z materiału przewodzącego (metalu) odizolowanych od siebie dielektrykiem. Pojemność kondensatora określają przenikalność elektryczna oraz rozmiary (grubość i powierzchnia) materiału dielektrycznego wypełniającego przestrzeń między elektrodami przewodzącymi. Służy do gromadzenia ładunków elektrycznych Q=C*U przy czym w wyniku doprowadzenia napięcia na jego elektrodach pojawiają się ładunki równo co do wartości bezwzględnej lecz o przeciwnych znakach. Zmiany napięcia doprowadzonego do kondensatora wywołują zmiany ładunku kondensatora w wyniku czego przez kondensator płynie prąd o natężeniu i=dQ/dt= C*du/dt

Indukcyjność- Induktory to elementy elektryczne, podstawowy parametr indukcyjność wyrażana w henrach (H). Zasadnicze części to zwojnica i magnetowód. Zwojnicę stanowi zespół zwojów drutu o identycznym lub zbliżonym kształcie, odpowiednio usztywnionym z materiału magnetycznie miękkiego i służy do skierowania strumienia magnetycznego wzdłuż drogi wyznaczonej jego kształtem. Obecność magnetowodu zwiększa indukcyjność induktora. Dzięli się na stałe i zmienne oraz na powietrzne i magnetowodowe. Prąd stały o natężeniu I, płynący w uzwojeniu induktora o indukcyjności L, wytwarza strumień magnetyczny (Ψ=L*I). Zmiana prądu wywołuje zmienną strumienia magnetycznego, czego wynikiem jest powstanie siły elektromotorycznej SEM=-dΨ/dt=-L*di/dt.

Źródła zasilania dc, ac- w zastosowaniach do urządzeń stacjonarnych najbardziej ekonomicznym i najdogodniejszym źródłem energii elektrycznej jest zwykle sieć energetyczna, dostarcza ona energii prądu przemiennego. Przetwarzanie energii elektrycznej prądu przemiennego w energię prądu stałego dokonuje się w urządzeniu ogólnie nazywanym zasilaczem sieciowym prądu stałego. Do zasilania urządzeń elektronicznych potrzebny jest prąd stały. Źródłami energii elektrycznej są m.in. bateria elektryczna- zespół odpowiednio połączonych ogniw elektrycznych umieszczonych we wspólnej obudowie. Bateria stanowi źródło energii elektrycznej prądu stałego o char. wartości napięcia. Po za tym są jeszcze baterie elektrochemiczne (akumulatory), fotoelektryczne, jądrowe, termoelektryczne.

I prawo Kirchhoffa- suma algebraiczna natężeń prądów w węźle obwodu elektrycznego jest równa 0. Prądy wpływające do węzła są dodatnie, wypływające ujemne( lub odwrotnie).

II prawo Kirchhoffa- suma algebraiczna wszystkich napięć (źródłowych E i odbiorników U) w oczko obwodu jest równa zeru.

Budowa półprzewodników, nośniki ładunku elektrycznego. W najogólniejszym przypadku istnieją w materiałach trzy pasma: przewodnictwa, podstawowe i zabronione.

- w paśmie przewodnictwa elektron może poruszać się pod wpływem czynników zewnętrznych(temp. Pole elektryczne).

- w paśmie podstawowym (walencyjnym) na elektron działają tylko siły wynikające z ruchu elektronów po ich orbitach oraz siły elektryczne działające między ujemnymi elektronami i dodatnim jądrem.

- Pasmo zabronione znajduje się między pasmem podstawowym i pasmem przewodnictwa. Wielkość p. określa się w elektronowoltach. Półprzewodniki mają pasmo zabronione o szerokości Wg<2eV.

Atomy w sieci monokrystalicznej są związane wiązaniem kowalencyjnym. Oznacza to, że powłoki walencyjne tych atomów zachodzą na siebie. W związku z tym elektrony walencyjne sąsiadujących ze sobą atomów są wspólne. Gdy zostanie zerwane wiązanie kowalencyjne wówczas elektron staje się nośnikiem swobodnym. Istotną cechą półprzewodników jest duża zależność ich właściwości, a przede wszystkim rezystancji od warunków fizycznych: temp, natężenie pola elektrycznego, magnetycznego, światła i zawartości domieszek. Nośnikami ładunku elektrycznego są dziury. Powstają one w skutek wyrwania elektronu z wiązania w paśmie walencyjnym.

Półprzewodnik samoistny i domieszkowany, modele pasmowe. Samoistny- monokryształ przewodnika pozbawionego defektów sieci krystalicznej i domieszek. Już w temp 300K (a nawet niższej) pewna część elektronów przechodzi do pasma przewodnictwa pozostawiając miejsca nieobsadzone w paśmie podstawowym. Miejsca te mogą być zajmowane przez elektrony usytuowane na niższych poziomach w tym paśmie (po otrzymaniu energii odpowiedniej z zewnątrz). Domieszkowany- wtedy gdy w sieci krystalicznej monokryształu zamiast atomu pierwiastka materiału półprzewodnikowego znajduje się inny atom. Jeśli na skutek sieci krystalicznej w pp będą przeważać nośniki typu dziurowego to pp taki nazywać będziemy typu p (niedomiarowy). Gdy będą przeważać nośniki elektronowe, będziemy nazywać je pp typu n (nadmiarowy).

Półprzewodnik typu p- uzyskuje się przez zastąpienie niektórych atomów krzemu atomami pierwiastków trójwartościowych (Al., Ga). Atom tej domieszki ma trzy elektrony walencyjne związane z sąsiednimi atomami krzemu. Do wypełnienia czwartego wiązania sąsiadującego krzemu, brakuje w sieci krystalicznej jednego elektronu i zostaje on uzupełniony przez pobranie elektronu w „nieprawidłowym” wiązaniu staje się jonem ujemnym, wywołując lokalną polaryzację kryształu. Elektron ten przechodzi z pasma podstawowego pp na poziom akceptorowy, jonizując tym samym ujemnie atom domieszki. W pp typu p dziury w paśmie podstawowym są nośnikami większościowymi, a elektrony w paśmie przewodnictwa nośnikami mniejszościowymi.

Półprzewodnik typu n- uzyskuje się przez dodanie w procesie wzrostu kryształu krzemu- domieszki pierwiastka pięciowartościowego (Au, F). Każdy atom domieszki ma pięć elektronów walencyjnych z których cztery są związane z sąsiednimi atomami krzemu. 5 elektron jest wolny i może być łatwo oderwany od atom domieszki – jonizując dodatnio. Elektron wówczas przechodzi do pasma przewodnictwa pp. Atom domieszki w modelu pasmowym pp znajdują się na tzw. Poziomie donorowym , który występuje w pobliżu dna pasma przewodnictwa półprzewodnika.

Prąd dyfuzji- dyfuzja nośników występuje wówczas gdy rozkład koncentracji swobodnych nośników nie jest równomierny. W takim przypadku w skutek chaotycznego ruchu cieplnego nośników, następuje wyrównanie ich koncentracji, tj. przepływ nośników z obszaru o większej koncentracji do obszaru o mniejszej koncentracji.

Prąd unoszenia- jest wynikiem przepływu elektronów (nośników mniejszościowych) z obszaru p do n. Ten prąd powstaje na skutek powstającego w warstwie zaporowej pola elektrycznego.

Generacja- następuje pod wpływem dopływu energii (cieplnej, światła). W th do pp. Zawsze jest to generacja par nośników a więc półprzewodnik pozostaje makroskopowo neutralny. Szybkość generacji nośników jest funkcją temperatury i własności materiałowych. Gęstość objętościowa nośników nazywa się koncentracją i oznacza: n-dla elektronów i p-dla dziur.

Rekombinacja- anihilacja par nośników jest procesem równoczesnym z generacją. W stanie równowagi termodynamicznej szybkość rekombinacji R0 jest równa szybkości generacji R0=G0. Podczas rekombinacji energia elektronu powracającego do pasma walencyjnego ulega zmniejszeniu. Nadwyżka energii zamienia się albo na drgania cieplne sieci krystalicznej (fonony), jeśli jest to rekombinacja pośrednia – typowa dla germanu i, albo wypromieniowana na zewnątrz (fotony), jeśli jest to rekombinacja bezpośrednia – typowa dla arsenku galu.

Wpływ oświetlenia na półprzewodniki :krawędź absorpcji ; fotorezystor. Działanie fotorezystora jest oparte na zjawisku fotoelektrycznym wewnętrznym. Strumień światła o odpowiedniej długości fali wywołuje generację par elektron-dziura, ta dodatkowa liczba elektronów i dziur zwiększa konduktywność pp, co w rezultacie powoduje zmniejszenie rezystancji fotorezystora.

Wpływ pola magnetycznego na parametry pp; hallotron. Hallotron- wykonany na bazie materiałów pp (najczęściej arsenek indu antymonek indu). Służy do przetwarzania energii magnetycznej na energię elektryczną. W przewodniku z prądem umieszczonym w polu magnetycznym powstaje poprzeczne do prądu i pola magnetyczne napięcie elektryczne. Jeżeli przyłożymy pole magnetyczne do przewodnika o indukcji B to na nośniki q zadziała siła Lorentza. W ten sposób wytwarza się różnica gęstości ładunków, a więc i pole elektryczne, którego natężenie wynosi E. Na kolejne nośniki działa teraz siła Coulomba. Uh= IB/nqC=RIB/C. n- koncentracja nośników, q –ładunek nośnika prądu, c grubość płytki , R- 1/nC – wsp. Halla. W pp zazwyczaj występują oba rodzaje nośników (, czyli elektrony i dziury jednocześnie. Mają one różne koncentracje i różne ruchliwości.

Model pasmowy złącza p-n, pojęcie bariery dyfuzyjnej. Złączem p-n nazywamy bryłę pp utworzoną przez dwa graniczące ze sobą obszary typu P i N. W jednym z nim dominującymi nośnikami prądu, są elektrony w drugim dziury. Elektrony dyfundują w stronę obszaru p, pozostawiając za sobą dodatnio naładowane jony donorowe, a dziury dyfundują w stronę obszaru n, pozostawiając za sobą ujemne jony akceptorowe. Doprowadza to do tego, że w pobliżu styku obu warstw nie ma swobodnych nośników ładunku. Na złączu wytwarza się podwójnie naładowana warstwa, której pole elektrostatyczne ma kierunek taki, że przeciwdziała dalszej dyfuzji ładunków przez złącze. Powstała różnica potencjałów zwana jest barierą potencjałów. Stan powstający w warstwie przejściowej złącza p-n odpowiada istnieniu dużej rezystywności materiału, uniemożliwiający przepływ prądu w półprzewodniku ‑ warstwa zaporowa.

Model pasmowy złącza p-n przy różnych polaryzacjach zewnętrznych. Polaryzacja w kierunku przewodzenia – półprzewodnik typu n zostanie przyłączony do bieguna ujemnego, to elektrony w pp typu n będą odpychane w kierunku złącza typu p-n przez dodatkową różnicę potencjałów. Podobnie dziury w pp typu p. Obydwa nośniki, koncentrując się w obszarze warstwy granicznej, zmniejszają jej obszar o ładunek warstwy zaporowej oraz obniżają barierę potencjału. Maleje rezystancja p-n i jest możliwy przepływ prądu. Obniżenie bariery potencjału powoduje wzrost liczby elektronów przechodzących z pp typu n do pp typu p. Wzrasta też liczba dziur przechodzących z pp typu p do n. Wprowadzone nośniki mniejszościowe , np. elektrony w pp typu p dyfundują w kierunku od złącza do obszarów o mniejszej koncentracji gdzie zanikają w wyniku rekombinacji z nośnikami większościowymi. Prąd całkowity uzyskuje się w wyniku rekombinacji nośników większościowych dostarczonych ze źródła zewnętrznego z nośnikami mniejszościowymi pochodzącymi z dyfuzji.

Polaryzacja w kierunku zaporowym- pp typu p podłączony do bieguna ujemnego, elektrony i dziury będą oddalały się od złącza powodując rozszerzanie warstwy granicznej. Rezystancja złącza osiąga b. dużą wartość. Tworzy izolację pomiędzy obu typami pp, uniemożliwiając przepływ prądu w obwodzie zewnętrznym. Warstwa graniczna w tym przypadku nazywa się warstwą zaporową.

Układ prostowniczy- służy do przekształcania prądu przemiennego w prąd jednokierunkowy zwany prądem wyprostowanym. W działaniu układu prostowniczego podstawową rolę odgrywa element prostowniczy, który charakteryzuje się znaczną asymetrią rezystancji. Elementem prostowniczym w układach prostowniczych jest najczęściej dioda pp. 1-połówkowy – w dodatniej połowie okresu napięcia zasilania dioda jest w stanie przewodzenia( anoda diody jest polaryzowana dodatnio względem katody), w obwodzie płynie prąd I, wywołujący na rezystorze spadek napięcia. W ujemnej połowie okresu napięcia zasilania dioda jest w stanie zatkania (ujemnie spolaryzowana anoda diody względem katody), prąd w obwodzie nie płynie, a całe napięcie zasilania występuje na diodzie.

2-połówkowy- Układ może rozpatrywać jako złożony z dwóch prostowników półokresowych połączonych tak że dwie diody przewodzą na przemian w kolejnych półokresach napięcia zasilania. Prąd wypadkowy jest sumą prądów składowych obu prostowników. Prąd do obciążenia jest dostarczany w czasie obu półokresów.

Filtry. Napięcie występujące bezpośrednio na wyjściu układu prostowniczego z obciążeniem rezystancyjnym ma charakter pulsujący. W celu zmniejszenia tętnień między wyjście prostownika a obciążenie włącza się filtr drobnoprzepustowy, tzw. Filtr wygładzający. Najprostszy filtr zawiera tylko kondensator C. Mimo prostoty wyróżnia się dużą skutecznością tłumienia tętnień, tym większą im większą pojemność ma kondensator C.

Filtr z połówkowym prostownikiem: obecność kondensatora powoduje że prąd przez diodę płynie jedynie w krótkich okresach przewodzenia, ładując kondensator do napięcia równego napięciu zasilania prostownika, natomiast rozładowanie kondensatora następuje przez rezystor obciążenia w znacznie dłuższym czasie nieprzewodzenia diody. W rezultacie zmiany napięcia wyjściowego są znacznie mniejsze niż bez kondensatora. Zwiększa się niestety napięcie wsteczne na diodzie, osiągając blisko 2-krotną wartość maksymalnego napięcia zasilającego.

Dioda Zenera. Stabilizator napięcia- zasada działania. Typowy obszar pracy diody Zenera znajduje się w zakresie zaporowym. Charakterystyki prądowo-napięciowej poza punktem określonym wartością tzw. Napięcia-stabilizacji , tj. na odcinku odpowiadającym gwałtownemu wzrostowi prądu wstecznego. Najczęściej diody krzemowo warstwowe, w których gwałtowny wzrost prądu wstecznego zachodzi w skutek wystąpienia przebicia Zenera lub też przebicia lawinowego. Przebicie Zenera jest charakterystyczne dla złącz silnie domieszkowanych, występuje przy napięciu do 5V, natomiast przebicie lawinowe dla złącz słabo domieszkowanych i występuje powyżej 7V.

Zadaniem stabilizatora jest utrzymanie na wyjściu stałego napięcia niezależnie od obciążenia układu i wahań napięcia zasilającego. W stabilizatorach stosowane są obwody ujemnego sprzężenia zwrotnego w których następuje porównanie napięcia wyjściowego z wzorcowym źródłem napięcia. W wyniku porównania powstaje sygnał sterujący, który wpływa na element regulacyjny tak, aby przeciwdziałać niepożądanym zmianom napięcia na wyjściu.