Ćwiczenie 6

Półprzewodniki samoistne- są to czyste półprzewodniki bez żadnych zakłóceń struktury krystalicznej. W temperaturze zbliżonej do 0 bezwzględnego elektrony walencyjne przechodzą na poziomy pasm walencyjnych. Przejście elektronu do pasma przewodnictwa może nastąpić np. przez podgrzanie kryształu. Wtenczas w pasmach walencyjnych powstaje wolne miejsce, tzw. Dziura. Miejsce dziury może zająć elektron z sąsiedniego atomu tworząc dziurę w innym miejscu. Zjawisko to nazywamy GENERACJĄ PAR DZIURA. Atom, którego element przeszedł do pasm przewodnictwa staje się dodatnio naładowanym jonem. W półprzewodniku samoistnym liczba elektronów w paśmie jest równa liczbie dziur w paśmie walencyjnym. Temu procesowi towarzyszy zjawisko, polegające na powrocie elektronu z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego, nazywane REKOMBINACJĄ.

Rezystywność w półprzewodnikach samoistnych jest duża. Aby zmniejszyć rezystywność wprowadza się do siatki krystalicznej półprzewodników niewielkie ilości atomów pierwiastków 5-wartościowych lub 3-wartościowych. Występują dwa rodzaje takiego domieszkowania typu n i typu p.

Półprzewodniki domieszkowe typu n- otrzymuje się przez dodanie do monokryształu krzemu domieszki pierwiastków z V grupy układu okresowego (5-wartościowych).

4 elektrony tworzą silne wiązania walencyjne z krzemem, natomiast 5 elektron walencyjny jest związany znacznie słabiej, jego przejście do pasm przewodnictwa wymaga znacznie mniejsze ilości energii. Temperatura pokojowa wystarcza już na przejście 5 elektronów do pasm przewodnictwa.

W efekcie tego półprzewodniki typu n są w normalnych warunkach wokół elektronów swobodnych niż dziur powstałych w wyniku generacji termicznej par elektron dziura, elektrony są w tym półprzewodniku nośnikami wysokościowymi.

Półprzewodniki domieszkowe typu p- domieszka wartości pierwiastka 3-wartościowego np. glinu. Nośnikami wysokości są dziury.

Atom pierwiastków 5-wartościowych dają do sieci krystalicznej elektrony krzemu i dlatego są nazywane donorami, natomiast atomy pierwiastków 3-wartościowych noszą nazwę akceptorów, gdyż zabierają elektrony krzemu z sieci krystalicznej.

Złączem nazywamy atomowo ścisły styk dwóch kryształów ciała stałego. Odległość między stykającymi się obszarami jest porównywalna z odległościami między atomami w kryształach. W elektronice najszersze zastosowanie mają złącza: półprzewodnik-półprzewodnik i metal-półprzewodnik.

Niespolaryzowane złącze p-n- przez te złącze dyfundują ładunki elektryczne większościowe, a więc elektrony z obszaru n do p, i dziury z obszaru p do n. Ładunki większościowe ulegają rekombinacji po przejściu przez złącze natomiast nowe powstają stale wskutek generacji. W obszarze n występuje niedomiar elektronów, natomiast w obszarze p występuje niedomiar dziur, co powoduje na złączu powstanie różnicy potencjałów, przepływ nośników większościowych nazywa się prądem dyfuzyjnym.

Spolaryzowane złącze p-n- następuje wymuszenie nośników większościowych w kierunku warstwy zaporowej, na granicy obszarów następuje rekombinacja dziur i elektronów, a więc w obwodzie płynie prąd, ma on niewielkie wartości nazywamy go prądem unoszenia lub prądem wstecznym.

Tyrystor:

Budowa- są to specjalne diody krzemowe mające elektrodę zapłonową zwaną ramką. Na podstawie miedzianej znajduje się warstwa molibdenu na której leży cienka warstwa aluminium stykająca się z półprzewodnikiem krzemowym mającym warstwy: anodową, blokującą, sterującą i katodową. Elektrodą sterującą jest pręt aluminiowy, wyprowadzający katody, jest połączone z warstwą katodową, poprzez warstwę molibdenu i warstwę stopu.

Rys.

Zasada działania: tyrystor jest sterowany przyrządem półprzewodnikowym o strukturze czterowarstwowej PNPN z wyprowadzonymi elektrodami: anodą, katodą i bramką. W zależności od polaryzacji anody względem katody tyrystor może znajdować się w stanie zaworowym lub blokowania. Po doprowadzeniu dodatniego impulsu prądowego do bramki tyrystora (gdy przyrząd znajduje się w stanie blokowania) następuje jego załączenie i przejście do stanu przewodzenia. Właściwości tyrystora w tych stanach pracy przedstawia charakterystyka główna, obrazująca zależność prądu anodowego od napięcia anoda-katoda.

• prąd bramki Ig = 0

• prąd bramki Ig = 0

Charakterystyka prądowo-napięciowa:

Rys.

Gdy prąd Ib=0 wzrost napięcia Uaz do wartości U^' powoduje jedynie przepływ zwrotnego prądu złącza zaporowego. Zazwyczaj nie oddziaływuje się na tyrystor napięciami polaryzującymi w kierunku przewodzenia większymi od U^'

Podstawowe parametry:

Graniczne napięcie przełączenia V_p, graniczny prąd przełączenia I_p, dopuszczalne napięcie anodowe V_AD w stanie nieprzewodzenia, dopuszczalny prąd anodowy I_AD w stanie przewodzenia prąd anodowy w stanie przewodzenia, prąd podtrzymania I ?, graniczne napięcie anodowe w kierunku wstecznym V_R, dopuszczalne napięcie anodowe w kierunku zaporowym V_zap, maksymalna moc admisyjna P_ad opór cieplny K występuje pomiędzy tyrystorem a otoczeniem, napięcie przełączające bramki V_GF, prąd przełączający bramki I_GF

Prostowniki:

Nazywamy układy umożliwiające przepływ jednokierunkowego prądu przez opór obciążenia, podczas gdy źródło zasilania wytwarza napięcie przemienne a więc dwukierunkowe.

Zasada działania prostownika sterowanego:

Najdogodniejsze jest zastosowanie w układach prostowniczych elementów sterowanych np. tyrystorów. Wartość napięcia stałego nastawia się zmieniając przesuniecie fazowe sygnału bramkowego wyzwalającego tyrystor w stosunku do jego napięcia anodowego. Załączenie tyrystora np. przez doprowadzenie do bramki dodatniego impulsu z układu wyzwalającego. W układzie sterowniczym jednofazowym wykorzystuje się prostowanie całofalowe, mogą to być prostowniki z wyprowadzonym środkiem uzwojenia wtórnego transformatora lub też prostowniki mostkowe. Prostownik może być utworzony: z czterech tyrystorów lub dwóch i dwóch diod prostowniczych. W podobny sposób buduje się układy prostownicze sterowane wielofazowe.

Praca falownicza - jest to przenoszenie z obwodu prądu wyprostowanego do obwodu prądu zmiennego.

---