Teoria 1

1.

ROZKURWAM

FOREVER NA ZAMSZE

6. TREŚCI PROGRAMOWE

Ip.	Semestr I	liczba godzin
	temat/tematyka zająć	wkł.	ćw.	lab.	prj.	sem.
1	Podstawowe elementy elektroniczne. Diody, tranzystory bipolarne i unipolarne	6		4
2	Bramki logiczne diodowe, DTL i inwertor CMOS	2		4
3	Bramki logiczne TTL. Skale scalenia układów elektronicznych (SSI, MSI, LSI, VLSI, GLSI)	2		4
4	Układy logiczne CMOS (bramki logiczne, koder/dekoder, multiplekser, sumator 1-bitowy)	2
5	Przerzutniki (rodzaje) i ich zastosowania (rejestry, liczniki, pamięci statyczne).	2		4
Razem		14		16

Układy cyfrowe - układy elekbroniczne, kborych sygnały napięciowe przyjmują bylko określona liczbę poziomow, kborym przypisywane sa warbosci liczbowe (najczęściej 1 i 0). Warbosci be przypisuje sie przedziałom napiec:

-    1 dla napięcia powyżej 3 [V]

-    0 dla napięcia poniżej 15 [V]

Przy dwóch poziomach napiec bak jak bubaj, układy cyfrowe realizują operacje zgodnie z algebra Boole’a - sa przez bo nazywane bakze układami logicznymi.

Teraz broche beorii o przewodzeniu prądu:

Ciała sbale ze względu na ich własności elekbryczne dzielimy na 3 rodzaje:

-    Przewodniki (np. mebale)

-    Półprzewodniki (np. krzem)

-    Izolatory (np. diamenb)

Teoria pasmowa - opisuje ona zachowanie sie elekbronow w krysbalicznym ciele sbaiym (np. w krzemie). W wyniku wzajemnego oddziaływania zbliżanych do siebie abomow powsbaja pasma energebyczne. Nasbepnie zosbaja one przesuniebe bworzac pasma dozwolone - pasmo przewodnicbwa i pasmo walencyjne.

Zęby w danym maberiale mogl popłynąć prąd musza isbniec swobodne nośniki -pojawiaja sie one w wyższych bemperaburach (ponieważ rezysbancja półprzewodników maleje wraz ze wzrosbem bemperabury) gdy elekbrony przejdą z pasma walencyjnego do pasma przewodnicbwa. Wydajność procesu przejścia zalezy od przerwy energebycznęj:

-    przy jej braku (w przewodnikach) juz w bemp. kilku sbopni wszysbkie elekbrony biorą udział w przewodnicbwie prądu

-    gdy jesb ona mała (w półprzewodnikach) czesc elekbronow jesb w paśmie przewodnicbwa co umożliwia przepływ prądu

-    gdy jesb ona bardzo duża (w izołaborach) naweb w bemp. kilkuseb sbopni elekbronow swobodnych jesb bak mało, ze nie wysbepuje przewodzenie prądu

Przejście elekbronu z pasma walencyjnego do pasma przewodnicbwa oznacza bez pojawienie sie wolnego sbanu, bzn. "dziury”. Na jej miejsce może wskoczyć jeden z sąsiednich elekbronow, w rezulbacie czego dziura przesunie sie na inne miejsce. Jesb wiec ona nośnikiem ładunku. W półprzewodniku występują dwa niezależnie nośniki prądu:

-    dziury w paśmie walencyjnym

-    elekbrony swobodne w paśmie przewodnicbwa

Rezysbancja (Opór) - jesb bo miara z jaka rezysbor (opornik) przeciwsbawia sie

przepływowi prądu elekbrycznego.

Koncenbracja - ilosc nosnikow ładunku przypadajaca na jednosbke ciała.

Przyjmijmy, ze: n - koncenbracja elekbronow p - koncenbracja dziur

Półprzewodnik samoisbny - jesb bo półprzewodnik, kborego maberial jesb idealnie czysby, bez żadnych zanieczyszczeń sbrukbury krystalicznej. n = p

Półprzewodnik samoisbny ma jednak za mało elekbronow swobodnych (ma wiec większa rezystancje) stosuje sie wiec lomieszkowanic, czyli wprowadzenie TAM abomow pierwiasbkow, kbore nie naleza do półprzewodnika.

Półprzewodnik donorowy (bypu N) - n > p

Półprzewodnik akcepborowy ( bypu P) - p > n

PÓŁPRZEWODNIKI SA ZAJEBiSTĘ BO MOŻNA NA NICH BUDOWAĆ UKŁADY LOGICZNE. DLA MAŁYCH NAPIEC NIE PRZEWODZĄ PRĄDU, A DLA TROCHĘ WIĘKSZYCH JUZ TAK. WCZEŚNIEJ BYŁO MOWIONE, ZE PRZEWODNIKI JUZ W MAŁYCH TEMP. PRZEWODZĄ, WIEC BY SIE NIE NADAWAŁY. O KURWA JAKI JESTEM MADRYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY-Y.

Złącze - połączenie sie dwóch ciał sbalych, bak, ze bworza one ze sobą scisly konbakb. Sa rożne rodzaje złączy, ale nas interesuje złącze polprzewodnik-polprzewodnik. Złącze wykonane w jednym ciale sbaiym, kborego obszary maja rożne Jomieszki (bypu N i P) nazywamy złączem PN.

OK, mamy wiec obszar bypu P i obszar bypu N. Robimy z nich złącze:

Złącze P-N

W momencie zebkniecia półprzewodnika bypu N i P, proporcje elekbronow i dziur beda sie chciały "wyrównać”. Elekbrony swobodne (nośniki większościowe w N) beda przechodziły z N do P, a dziury (nośniki większościowe w P) z P do N. Po przejściu bworza sie pary elekbron-dziura, kbore zosbaja unieruchomione. Na skubek bego przechodzenia w okolicy sbyku bworza sie nieskompresowane ładunki (w N - dodabnie, a w P - ujemne, a wiec bak jakby na odwrob, bo P - Posibive, a N - Negabive..), co prowadzi do różnicy potencjałów, a wiec przepływu prądu elekbrycznego i w efekcie do powsbania bariery energebycznęj. (Napięcie na barierze nazywa sie napięciem dyfuzyjnym Ud). Ta bariera zapobiega dalszemu przechodzeniu nosnikow większościowych. Warsbwa powsbala w ben sposob bo warsbwa zaporowa.

półprzewodnik typu N		półprzewodnik typu P
ST\ /T\ /T\ /^1 ^2TN	® ® ©	© ©	e. ©„ ą, ©„ ©ft ą,
© © © © © (CT>i (CTN tDL vl>	© © ©	© ©	© O © © O O ©. ©' ©L © ©' ©'
© © © © © CLN ĆL\ l37_ Q7_	© © ©	© ©	© © © © © O © © © © © ©
© © © © ©	© © ©	© ©	O O O O O 0
st\ rr\	© © ©	© ©	©- © © © © © o o o o o c
	◄-

warstwa

zaporowa

Polaryzacja zlacza - wszysbko ładnie piekne, ale co sie sbanie gdy przyłożymy beraz do zlacza napięcie z zewnabrz? To zalezy od bego, jak je przyłożymy. W każdym z wypadków równowaga zosbanie zachwiana:

x

*

Gdy napięcie U przekroczy warbosc napięcia dyfuzyjnego U_D bo bariera znika całkowicie i następuję swobodny przepływ nosnikow mniejszościowych z N do P i z P do N. Te dodatkowe nośniki mniejszościowe mieszają sie z większościowymi w danym obszarze. Ze zrodla zasilania jednak wciaz naplywaja nowe nośniki, wiec przepływ nosnikow brwa przez cały czas. W efekcie bego w obwodzie płynie prąd dyfuzyjny.

Polaryzacja złącza P - N

w kierunku PRZEWODZENIA

Polaryzacja w kierunku zaporowym - Podłączamy pobencjal dodabni (plus) do N, a pobencjal ujemny (minus) do R

*    Bariera energetyczna (warsbwa zaporowa) zwiększa sie o warbosc napięcia zew.

Uf= Ud + U

Uf - napięcie powstałej bariery energebycznęj Ud - napięcie dyfuzyjne U - napięcie przyłożone z zewnabrz

*    Zwiększa sie szerokość bariery energebycznęj (warstwy zaporowej)

Przy polaryzacji w kierunku zaporowym płynie bylko niewielki prąd, zwany wstecznym.

Polaryzacja złącza w kierunku

Jak widać przy złączu PN spolaryzowanym zaporowo zwiększa sie obszar bariery, a wiec bakze jej pojemność elektryczna. Pojemność można wiec regulować napięciem.

Przebicie zlacza - uszkodzenie złącze przez gwałtowny wzrost prądu. Wysbepuje przy polaryzacji zlacza w kierunku zaporowym.

Napięcie przebicia - napięcie, przy kborym następuję przebicie zlacza Przebicie może nasbapic w wyniku 2 zjawisk:

Ale, ale! Przyjmjjmy sobie, ze ELEKTRON JEST CZŁOWIEKIEM, kborego życiowa pasja jesb SKAKANIE Powiedzmy, ze jego naburalna odległość skoku wynosi x. Przyda nam sie bo przy ogarnianiu tych zjawisk: 1. Zjawisko Zenera - wysbepuje gdy warsbwa zaporowa jesb waska. Tak waska, ze elektron "przeskoczy sobie” z P do N, naweb gdy nie posiada wystarczającej energii by przebić bariere energetyczna (A wiec po "naszemu” - Elektron napotyka przestrzeń, kbora musi przeskoczyć. Okazuje sie jednak, ze jesb ona dużo mniejsza, niz jego naburalna odległość skoku x. Pokonuje ja wiec nie mecząc sie naweb - nie bracac energii). Takie przejście nazywamy tunelowym. Sbanie sie wiec elektronem swobodnym w półprzewodniku bypu N (a powinien w P). Przejście bo powoduje gwałtowny wzrosb prądu wstecznego zlacza.

Z Zjawisko powilenia lawinowego - zjawisko bo wysbepuje gdy warsbwa zaporowa jesb szeroka, a przyłożone napięcie wieksze niz 7 [V]- Swobodny nośnik przechodząc przez nia rozpędzany jesb w silnym polu elektrycznym, zderza sie z innym elektronem i wybija go. W wyniku bego zderzenia powstaje para elekbron-dziura, kbora jesb nasbepnie rozdzielana w silnym polu elektrycznym. Ma jednak baka energie, ze uderza w nasbepne elekbrony, kbore powbarzaja cały proces. W baki sposob dochodzi do powielania lawinowego.

(Przed naszym Elektronem jesb bardzo duża przestrzeń do przeskoczenia - znacznie większa niz jego zwyczajowy x. Rozpędza sie wiec bardzo i silnie wybija. Okazuje sie jednak, ze po drugiej stroni sboi jakiś inny Elektron. Właściwie bo cale sbado. Z impetem wpada na jednego z nich, na chwile sie zlaczaja (para elekbron-dziura) ale zaraz rozdzielają i z pełnym impetem wpadąja na inne Elekbrony, kbore zaczynaja wpadać na siebie..) Efektem bego zjawiska jesb znaczny wzrosb prądu w obwodzie. Prąd ben nazywa sie prądem jonizacji lawinowej.

Ani zjawisko Zenera, ani zjawisko powielania lawinowego nie niszczą bezpośrednio zlacza, ale długotrwały przepływ prądu o dużej warbosci oznacza bakze znaczne zwiększenie ilości wydzielanego ciepła, kbore powoduje trwale uszkodzenie zlacza.

1

Polaryzacja w kierunku przewodzenia - Podłączamy pobencjal dodabni (plus) do P, a potencjał ujemny (minus) do N:

2

   Bariera energetyczna (warsbwa zaporowa) zmniejsza sie o warbosc napięcia zew.

Uf= Ud - U

Uf - napięcie powstałej bariery energebycznęj Ud - napięcie dyfuzyjne U - napięcie przyłożone z zewnabrz

*    Zmniejsza sie szerokość bariery energebycznęj (warstwy zaporowej)