Elektronika kolokwium 1

LEGENDA: czerwony-nie umiem odpowiedzieć na to pytanie, rysunek- do pytania dołączony jest rysunek na kartce z pytaniami, kartka- odpowiedź jest na kartce, którą zeskanuję jutro w akademiku i doślę

1. Wyjaśnić pojęcia półprzewodnik samoistny i niesamoistny

Półprzewodnik samoistny jest to półprzewodnik, którego materiał jest idealnie czysty, bez żadnych zanieczyszczeń struktury krystalicznej. Koncentracja wolnych elektronów w półprzewodniku samoistnym jest równa koncentracji dziur.

Półprzewodnik niesamoistny półprzewodnik, do którego struktury w procesie produkcji wprowadzono celowo atomy innego pierwiastka.

1a. Jakie przyczyny sprzyjają tworzeniu się pary elektron-dziura

para dziura-elektron występuje wtedy, gdy na elektron w krysztale z zapełnionym pasmem walencyjnym pada promieniowanie γ, w wyniku którego zostaje on wybity z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Elektron ten oddziałuje z dziurą powstałą po jego wybiciu, stąd powstaje para elektron-dziura.

2. Jakie domieszki w krzemie powodują nadmiar dziur, a jakie nadmiar elektronów?

Nadmiar elektronów (n): pierwiastki 5 grupy: P, As, Sb

Nadmiar dziur (p): pierwiastki 3 grupy: Al. Ga, In

2a. Wyjaśnij pojęcia: półprzewodnik, przewodnik, izolator.

	ρ [Ω*m]
przewodnik	<10^-6
półprzewodnik	10^-6-10^8
izolator	>10^8

3. Jaką polaryzację ma źródło dla kierunku przewodzenia złącza p-n kartka

3a. Określić wpływ ilości domieszek (podać wzór) na wartość napięcia dyfuzyjnego w złączu p-n

$U_{d} = \frac{k*T}{q}\ln\frac{n_{n}p_{p}}{n_{i}^{2}}$

 U_d -napięcie dyfuzyjne, k-stała Bolzmana, p_p- koncentracja dziur w obszarze np n_n -koncentracja elektronów w obszarze n, n_i²-koncentracja par dziura-elektron w danej temperaturze

4.Wyjaśnić pojęcia: warstwa zaporowa i napięcie dyfuzyjne na złączu p-n

Warstwa zaporowa - wskutek dyfuzyjnego przepływu elektronów/dziur w obszarze granicznym warstwy N/P pozostają nieskompensowane ładunki dodatnie nieruchomych centrów donorowych/akceptorowych. W obszarze graniczynm warstw P, N powstaje zatem warstwa dipolowa ładunku, wytwarzająca pole elektryczne przeciwdziałające dyfuzji nośników większościowych. Tę warstwę dipolową nazywa sie warstwą zaporową lub warstwą ładunku przestrzennego.

4a. Określić przybliżoną wartość napięcia dyfuzyjnego w złączu p-n w krzemie i germanie

Si: 0,7V, Ge: 0,3V

5. Porównać szerokość pasma zabronionego w diodzie LED o budowie zielonej i czerwonej

Δw_ziel < Δw_czerw

5a. Określić rezystancje dynamiczne diody tunelowej rysunek +kartka

6. Dioda jako zmienna pojemność- rysunek, charakterystyka, zastosowanie kartka

6a. Dioda Zenera- charakterystyka, zastosowania (źródło odniesienia) kartka

7. Określić wartość składowej stałej i zmiennej diody metodą graficzną rysunek +kartka

7a. Określić przebieg prądu w obwodzie dla diody wg modelu rysunek

8. Określić pojęcia: rezystancja statyczna i dynamiczna diody i wzajemne relacje

rezystancja statyczna: $R_{s} = \frac{U_{0}}{I_{0}}$

rezystancja dynamiczna: $R_{d} = \frac{\text{dU}}{\text{dI}}$

Jest zmienna, zależy od wartości prądu i napięcia stałego określającego punkt pracy elementu. Dla liniowych okresów pracy jest równa rezystancji statycznej.

8a. Obliczyć wartość prądu diody jeśli wiadomo, że dla U₀₁=0,7V I₀₁=10mA (rysunek)

8b. Co to jest termistor, charakterystyka, zastosowanie.

Termistor to opornik półprzewodnikowy, którego rezystancja (opór) zależy od temperatury.

Termistory wykorzystywane są szeroko w elektronice jako:

• czujniki temperatury (KTY), w układach kompensujących zmiany parametrów obwodów przy zmianie temperatury, w układach zapobiegających nadmiernemu wzrostowi prądu, do pomiarów temperatury,

• elementy kompensujące zmianę oporności innych elementów elektronicznych np. we wzmacniaczach i generatorach bardzo niskich częstotliwości.

• ograniczniki natężenia prądu (bezpieczniki elektroniczne) – termistory typu CTR, np. w układach akumulatorów telefonów, zapobiegając uszkodzeniu akumulatorów w wyniku zwarcia lub zbyt szybkiego ładowania.

• czujniki tlenu.

9. Określić rezystancję statyczną i dynamiczną dla zadanego prądu diody, np. I=1mA, I_s=0,1 μA lub I_s=1Ma Kartka

9a. Narysować schemat prostownika dwupołówkowego i harmonicznego (widmo) Kartka, ocb widmo?

10. Transoptor jest elementem półprzewodnikowym składającym się z fotoemitera i fotodetektora w jednej obudowie i odizolowanych od siebie galwanicznie. Funkcję fotoemitera spełnia zwykle dioda elektroluminescencyjna, a fotodetektora- fotodioda lub fototranzystor. Sprzężenie optycznie pomiędzy fotodetektorem a fotoemiterem umożliwia materiał przezroczysty (np. szkło lub żywica). Transoptory stosuje się do galwanicznego rozdzielania obwodów w układach automatyki i sterowania, w technice pomiarowej, w technice wysokich napięć, jako przekaźniki optoelektroczniczne, wyłączniki krańcowe, czujniki położenia.

10a. Tranzystor IGTB jest to tranzystor bibolarny z izolowaną bramką. Jest on sterowany napięciowo. Pracuje w dwóch stanach- wyłączenia i załączenia. Tranzystory IGTB wykorzystywane jako łączniki elektryczne w obwodach o wysokich napięciach i dużych prądach.

10b. Za pomocą hallotronu można mierzyć indukcję elektromagnetyczną, natężenie prądu, moc, opór.

11a. Generalnie, to nie do końca rozumiem pytanie. Ogólnie, to chyba zależy od tego, czy to będzie NPN czy PNP, ale załóżmy, że NPN. Polaryzacja w kierunku przewodzenia (złącza emiter-baza), jest taka jak na rysunku: (ale i tak nie wiem do końca o co chodzi w tym pytaniu)

12. Współczynnik tętnień- stosunek wartości skutecznej tętnień do wartości składowej stałej

13. Zależność między I_C i I_B : mam nadzieję, że pytanie dotyczy tranzystora bipolarnego. Jeśli tak, to ogólnie mamy:

Ic≈β₀I _{B ,}

gdzie β₀ to współczynnik wzmocnienia prądu stałego w układzie wspólnego emitera.

β₀= α₀/(1-α₀)≈ 1/(1-α₀)

W Elektrotechnice i elektronice dla nieelektryków jest opisane wyprowadzanie tego, w każdym razie to pierwsze równanie jest jedynym które tam znalazłem, łączącym tylko I_C i I_b (bez żadnych innych prądów).

13a. Jeśli spojrzeć, na wykresy z „EiEDN” ze strony 161- to chyba tak. Chyba, bo z nich nie można wywnioskować wprost, ale zakładając, że jakiekolwiek I_B popłynie (a tak się chyba stanie), to nasz punkt znajdzie się na wykresie 2.15b w polu niezakreskowanym (będzie tuż nad linia I_B=0 i na poziomie 6V na osi x).

14) -

14 a) – Ic = β * Ib → {8 = β*Ib

{10= β*x → x = 5/4 * Ib

15) – h11E = U1 / I1 | U2=0 - impedancja wejściowa

h12E = U1/U2 | U2=0 - współczynnik napięciowego sprzężenia zwrotnego

h21E = I2 / I1 | U2=0 - współczynnik wzmocnienia prądowego

h22E = I2/U2 | I1=0 - admitancja wyjściowa

15 a) -

16) –układ z podwójnym źródłem zasilania dla kanału typu p

układe z pojedynczym źródłem zasilania (układ potencjometryczny)

16 a) – Kanał wzbogacony – ma dużo dziur i bardzo dużo elektronów,

Kanał zubożony – mało dziur i mało elektronów,

Są one inaczej określane jako warstwy domieszkowane o przeciwnym typie przewodnictwa w stosunku do podłoża.

17) – Rezystancja unipolarnego – duże wartości, około 10^6 – 10^8 Ω , (z izolowaną bramką 10^12 – 10^14 Ω )

Rezystancja Bipolarnego – rzędu kilkuset Ω

17 a) - ?

18) - nie widzę tych charakterystyk wyjściowych – wg ksiązki to powinieen być wykres, a takowego tu nie ma.

18 a) Tyrystor - specjalna dioda krzemowa mająca elektrodę zapłonową zwaną bramką. Nie przewodzi prądu elektrycznego pomimo polaryzacji w kierunku przewodzenia dopóty, dopóki do bramki nie dopłynie impuls prądu załączającego. Zniknięcie prądu bramki nie przerywa prądu płynącego przez tyrystor. Zalety: małe rozmiary i ciężar, duża wytrzymałość mechaniczna, możliwość natychmiastowej pracy w temp od -65 do 125 stC, mały spadek napięcia na elemencie przewodzącym rzędu od 0,6 do 1,6 V oraz brak żarzenia.