Teema 3. Pooljuhtseadised
M.Pikkovi ainekava ja konspekti järgsed allteemad
( http://www.ttykk.edu.ee/aprogrammid/elektroonika_alused_MP.pdf , lk. 23...41):
- Pooljuhtdiood , tema ehitus. Alaldava siirde tekkimise tingimus. Protsessid
pooljuhtdioodis. Pooljuhtdioodi kasutamisala, põhiparameetrid (lk 23...26). - Bipolaartransistor , tema ehitus, pingestamine, protsessid transistorstruktuuris
(27...30). - Ühise baasiga ja ühise emitteriga lülituse karakteristikud (30...32). - Bipolaarne liittransistor (33). - Väljatransistorid (p-n siirdega , isoleeritud paisuga), nende ehitus, tööpõhimõte, tunnussuurused (34...37). - Türistorid (dinistorid, trinistorid). Suletav türistor. Sümmeetriline türistor.
Türistorite kasutamine jõuelektroonikas (38...41).
Käesoleva teksti sisujaotus:
3.1 Pooljuhtmaterjalid 3.2 pn- siire 3.2.1 pn-siire välise pinge puudumisel 3.2.2 Päripingestatud pn-siire 3.2.3 Vastupingestatud pn-siire 3.3 Pooljuhtdioodid 3.4 Bipolaartransistorid 3.4.1 Bipolaartransistor n-p-n transistori näitel 3.4.2 Bipolaartransistoride kolm ühendusviisi: ÜB, ÜE, ÜK 3.4.3 Bipolaartransistoride põhiparameetrid ja liigitus 3.4.4 Isoleeritud paisuga bipolaartransistor 3.4.5 Liittransistor 3.5 Väljatransistorid e. unipolaartransistorid 3.5.1 pn-väljatransistor 3.5.2 MOP- transistorid 3.5.3 Väljatransistoriga võimendusastmed 3.6 Türistorid 3.6.1 Lihttüristor (üheoperatsiooniline türistor) 3.6.2 Dioodtüristor 3.6.3 Sümistor e. sümmeetriline türistor 3.6.4 Suletav türistor 3.6.5 Türistoride kasutamine jõuelektroonikas
Elektroonika alused. Teema 3 Pooljuhtseadised
1 3.1. Pooljuhtmaterjalid
Pooljuhtseadised on elektroonikas kasutatavad seadised , mille töö põhineb pooljuhtide omaduste ärakasutamisel. Pooljuhtseadiste hulka kuuluvad näiteks pooljuhtdioodid,
türistorid, transistorid, integraalskeemid jm elektroonikakomponendid.
Pooljuhid on ained, mille erijuhtivus on väiksem kui elektrijuhtidel (metallidel) ja
suurem kui dielektrikutel .
Joonis 3.1. Mõnede materjalide paiknemine eritakistuste skaalal [6].
Kui valmistada kolmest erinevast materjalist - vask Cu ( metall ja elektrijuht ), puhas räni
Si i ( pooljuht ; indeks i tähistab omajuhtivusega puhast pooljuhtmaterjali) ja
polüvinüülkloriid (PVC, dielektrik ) - igaühest varras pikkusega 1 m ja ristlõikega 1 mm2,
siis oleksid nende varraste takistused järgmised (tabel 3.1):
Tabel 3.1. Kolmest erinevast materjalist valmistatud varraste võrdlus [6].
1 m pikkuse ja 1 mm2 ristlõikega varda takistus (vasakul oomides kui põhiühikutes, paremal kordsetes ühikutes) Cu 17,5 * 10-3 W 17,5 mW Si i (20°C) 2,1 * 10 W 9 2,1 GW PVC 1020 W 1011 GW
Enamasti on pooljuhid kristallilised ained. Pooljuhtide hulka kuuluvad mõned keemilised
elemendid (räni, germaanium , seleen, telluur , arseen , fosfor jt), palju oksiide , sulfiide,
seleniide ja telluriide, mõned sulamid , paljud mineraalid jm. Pooljuhtide eritakistus sõltub tugevasti mitmetest välistest mõjuteguritest (temperatuur, valgus, radioaktiivne
kiirgus jms) ning lisandainetest. Pooljuhtide üks iseärasusi on ka nende eritakistuse
järsk vähenemine temperatuuri tõustes. Pooljuhtide eritakistuse temperatuuritegur on
seega negatiivne (elektrijuhtidel vastandina reeglina positiivne).
Pooljuhttehnikas kasutatakse lähtematerjalina peamiselt neljavalentset räni (Si) ning
kolme- ja viievalentsete ainete ühendit galliumarseniidi ( GaAs ); vähesel määral ka
neljavalentset germaaniumi (Ge).
Räni ja germaaniumi iga aatomi väliskihis on neli valentselektroni, millest igaüks tiirleb
ühtlasi ümber naaberaatomi. Iga aatomipaari ümber tiirlevad kaks valentselektroni
Elektroonika alused. Teema 3 Pooljuhtseadised
2 moodustavad kovalentsideme. Kovalentsideme korral iga sidet moodustav
valentselektronide paar kuulub võrdselt mõlemale naaberaatomile moodustades väga
püsiva struktuuri. Valentselektronid võivad osaleda juhtivusprotsessis ainult juhul kui
nende kovalentsidemed mingi välise energia, näiteks soojusenergia toimel katkevad .
Vabade elektronide kontsentratsioon pooljuhis on seetõttu võrdeline pooljuhi
temperatuuriga. Toatemperatuuril leidub puhtas (omajuhtivusega) ränis ligikaudu 1 vaba elektron 1012 aatomi kohta. Absoluutse nulli lähedastel temperatuuridel muutuvad
pooljuhid mittejuhtideks (dielektrikuteks), kuna neis ei leidu enam vabu elektrone.
Lahkunud elektroni kohta kovalentsidemes nimetatakse auguks (ingl. k. hole, sks k. Loch (auk), aga ka Defektelektron). Augu võib täita teine elektron, sellest jäänud augu võib
liigse suurenemise vältimiseks peab ioonseadistel olema alati lülitatud anoodringi voolu piirav takisti, et anoodvool ei ületaks seadmele lubatavat voolu. 8. Nimetage gaaslahenduse liigid. Lk 63 Elektrivoolu tekkimisel gaasis või aurus eristatakse sõltumatut ja sõltuvat lahendust. Sõltumatu jaguneb veel omakorda kolmeks liigiks: vaikne lahendus, huumlahendus ja kaarlahendus. 9. Millises gaaslahenduse piirkonnas töötab stabilitron? Lk 66 Normaalse huumlahenduse piirkonnas 10. Mis on pooljuht? Lk 86 Pooljuhid on kristallilise struktuuriga ja oma elektriliste omaduste poolest asuvad nad elektrijuhtide ja isolaatorite vahepeal. Neil on keelutsoon. (lk 87) 11. Milleks on tarvis viia pooljuhtmaterjalidesse lisandaineid? Lk 90 Doonor- ja aktseptorlisandid rikuvad kristallvõre õiget struktuuri ja muudavad pooljuhi omadusi. Tekivad n-tüüpi (elektronjuhtivus) ja p-tüüpi (aukjuhtivus) pooljuhid. 12. Mida nimetatakse pooljuhi omajuhtivuseks,e. i-juhtivuseks? Lk 88
6.5.3 Tagasisidelülituste praktilisi näiteid 6.5.4 Parasiitne tagasiside 6.6 Transistori töö lülitireziimis 6.6.1 Impulsside liigid ja parameetrid 6.6.2 Bipolaartransistori töö lülitireziimis 6.6.3 Väljatransistori töö lülitireziimis 6.7 Stabiilse voolu generaatorid 6.7.1 Bipolaartransistoridega püsivooluallikad 6.7.2 Väljatransistoridega püsivooluallikad 6.7.3 Voolupeegel Elektroonika alused. Teema 3 Pooljuhtseadised 1 Märkus: bipolaartransistori kollektorit võidakse allpool tähistada nii tähega K kui tähega C. Mõlemad tähistused on võrdväärsed. 6.1 Võimendid: mõiste, liigitus ja põhiparameetrid Pikkov lk 60 Joonisel vasakult paremale: alalisvooluvõimendid, helisagedusvõimendid, kõrgsagedus-võimendid, lairibavõimendid, kitsasribavõimendid. Iga
kui muutva takistusega elementi, mille takistus oleneb rakendatud pingest (joonis 4.9). Päripingel on takistus väike, vastupinge korral aga suur. JOONIS 4.8. JOONIS 4.9. ELEKTROON1KAKOMPONENDID lk.24 Temperature Effects 4.4. p-n siirde omaduste sõltuvus temperatuurist Nagu eespool märgitud, on lisanditeta pooljuht absoluutsel nulltemperatuuril dielektrik. Lisanditega pooljuht on aga ka sellises olukorras küllaldase juhtivusega. Seetõttu võiks p-n-siire töötada väga madalatel temperatuuridel. Tehnoloogilistel ja konstruktiivsetel põhjustel loetakse enamiku pooljuhtseadiste alumiseks töö-temperatuuripiiriks -60 °C. Temperatuuri tõusuga omandavad elektronid suurema energia ja omajuhtivus suureneb. Lisandjuhtivus sõltub samuti teataval määral
(joonis 1.9). Päripingel on siirde takistus väike, vastupinge korral aga suur. IF Läbilöögi Pinge. UBR JOONIS 1.8. R JOONIS 1.9 1.4. P-N siirde omaduste sõltuvus temperatuurist (Temperature Effects) Nagu eespool märgitud, on lisanditeta pooljuht absoluutsel nulltemperatuuril dielektrik. Lisanditega pooljuht on aga ka sellises olukorras küllaldase juhtivusega. Seetõttu võiks P-N-siire töötada väga madalatel temperatuuridel. Tehnoloogilistel ja konstruktiivsetel põhjustel loetakse enamiku pooljuhtseadiste alumiseks töötemperatuuripiiriks -60 C°. Temperatuuri tõusuga omandavad elektronid suurema energia ja omajuhtivus suureneb. Lisandjuhtivus sõltub samuti teataval määral temperatuurist
kui muutva takistusena elementi, mille takistus oleneb rakendatud pingest (joonis 1.9). Päripingel on siirde takistus väike, vastupinge korral aga suur. I F Läbilöögi Pinge. U BR 9 JOONIS 1.8. R JOONIS 1.9 1.4. P-N siirde omaduste sõltuvus temperatuurist (Temperature Effects) Nagu eespool märgitud, on lisanditeta pooljuht absoluutsel nulltemperatuuril dielektrik. Lisanditega pooljuht on aga ka sellises olukorras küllaldase juhtivusega. Seetõttu võiks P- N-siire töötada väga madalatel temperatuuridel. Tehnoloogilistel ja konstruktiivsetel põhjustel loetakse enamiku pooljuhtseadiste alumiseks töötemperatuuripiiriks -60 C°. Temperatuuri tõusuga omandavad elektronid suurema energia ja omajuhtivus suureneb. Lisandjuhtivus sõltub samuti teataval määral temperatuurist. Mingi temperatuuri juures
mitmekihiline mähis; tihe mähis (keerd keeru kõrvale); samm-mähis (juhtme läbimõõdust suurema sammuga); sektsioonmähis (koosneb mitmest jadamisi ühendatud ühistelgsest mähisest); ristmähis (naaberkihtide keerud asetsevad omavahel nurgi); vabamähis (traat keritakse korrapäratult poolialusele); sümmeetriline mähis (saadakse kahe traadi korraga kerimisel. Ühe traadi lõpp ja teise algus moodustavad siis pooli keskharundi). 33. Mis on pooljuht? Pooljuhid – kristallilise struktuuriga ained, mille elektrijuhtivus sõltub temperatuurist, lisandite olemasolust, deformatsioonist ja neile langevast kiirgusest. Temperatuuri tõusmisel pooljuhi elektritakistus väheneb järsult. elektrijuhid – σ >106 S/m; pooljuhid – σ = 106...10–8 S/m; dielektrikud ehk mittejuhid – σ <10–8 S/m. Juhtide eritakistus 10-4…10-6 Ωm. Pooljuhtide eritakistus 10-6…108 Ωm. Dielektrikute eritakistus 10-3…1010 Ωm
ELEKTROONIKA 2003 KORDAMISKÜSIMUSED 1. ÜLDOSA....................................................................................................................1 1.1.Elektroonika ajaloo põhietapid.............................................................................1 1.2.Mis on elektronlamp.............................................................................................2 1.3.Elektronkiiretoru.................................................................................................. 2 1.4.Mis on võimendi...................................................................................................2 1.5.Analoog ja digitaalelektroonika erinevus..........................................................3 1.6.Elektroonika passiivkomponendid....................................................................... 3 1.7.Dioodi ehitus ja funktsioneerimine.
Pilet 1. 1. Valgusdioodid Valgusdiood on pn-siirdega diood, mis muudab elektrienergiat optiliseks kiirguseks tavaliselt spektri nähtavas või infrapunases osas. Teatud ainete kristallis moodustatud pn-siirde päripingestamisel (pluss p-kihil) injekteeruvad augud n-kihti ning elektronid vastassuunas. Need injekteerunud augud ja elektronid rekombineeruvad pn-siirdes ja selle läheduses vastasmärgiliste laengukandjatega ning osa vabanevast energiast eraldub kiirgusena. Kuna p-kiht on kõigest mõne mikromeetri paksune, siis väljub kiirgus kristallist. Kiirguse värvuse määrab pooljuhtmaterjali koostis. Toodetakse ka kahevärvilise kiirgusega valgusdioode. Nendel on tavaliselt kaks eri materjalist siiret ja kolm viiku. Siirdeid läbivate voolude muutmise teel saab siis valida mitmeid värvivarjundeid, näiteks punase ja rohelise korral punakaskollasest kollakasroheliseni. Valgusdioode valmistatakse peamiselt galliumarseniid-fosfiidist. Valguse lainepikkuse ala on küllaltki piiratud n
Kõik kommentaarid