Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Bevezetés az analóg és digitális elektronikába
V. Félvezető diódák
Félvezető dióda
Félvezetőknek nevezzük azokat az anyagokat,amelyek fajlagos ellenállása a vezetők és aszigetelők közé esik. (Si, Ge)
A dióda olyan – rendszerint két kivezetéses –elektronikai alkatrész, amelyet többségébenegyenirányításra, híradástechnikai célra, egysze-rűbb kapuáramkörökben stb. alkalmaznak.
Elektronok és lyukak
A szilícium szerkezete, hőmozgás
3 és 5 vegyértékű adalékolás
• Elektron hiány létrehozása a félvezetőben 3 vegyértékűadalékolással (többségi töltéshordozó a lyuk) - P-típusú félvezető
• Elektron többlet létrehozása a félvezetőben 5 vegyértékűadalékolással (többségi töltéshordozó az elektron) - N-típusúfélvezető
P-típusú félvezető N-típusú félvezető
A pn átmenet töltésviszonyai
A többségi töltéshordozók az átmenet környezetében átdiffundálnak atúloldalra töltéshordozóktól kiürített réteg v. tértöltés réteg jön létre azátmenetnél.
(P, As, Sb)(B, Al, Ga, In)
Anionok
(negatív töltésű ionok)
Kationok
(pozitív töltésű ionok)
PN átmenet kivitele
A PN átmenet olyan egykristályos félvezető tartomány, amelybenegymással érintkezik egy P és egy N típusú réteg.
Egy PN átmenetből álló eszköz a dióda.(B, Al, Ga, In)
(P, As, Sb)
A=anód, K=katód
Nyitó és záró irányú előfeszítés
Karakterisztikák
Si esetén a nyitási küszöb: 0,5-0,7 VGe esetén a nyitási küszöb: 0,2-0,3 VElmondható tehát, hogy a dióda egyenirányításra alkalmazható.
A dióda munkapontja, tokozása
• Minden esetben szükség van áramkorlátozó közbeiktatására! • Tokozását tekintve többségében üveg vagy műgyanta, plasztik vagy
fém tokozásban fordul elő.
Különleges félvezetők
Zener-dióda
Olyan különleges félvezető eszközök, amelyek üzemeltetése a letörésitartományon belül sem jár tönkremenetellel. Ezek az eszközök a PN-átmenetazon tulajdonságát használják ki, hogy közelítőleg állandó értékű a záró irányúfeszültség a kivezetései közt, ha a letörési tartományban működtetjük.
Ezek a diódák különlegesen adalékolt szilícium alapú félvezető eszközök,amelyek kis ohmos veszteséggel és nagyon jó hő elvezető képességgelrendelkeznek.
Nyitóirányú működésük megegyezik a normál Si-diódákéval.Záró irányú működtetés során a PN-átmenet UZK feszültség eléréséig (Zener-feszültség) nagy ellenállást, míg ez után kis ellenállást mutat.
A Zener-diódák adalékoltsága sokkal nagyobb mint más félvezető diódáké,ugyanis így lehet elérni a letörési feszültség értékének csökkentését, valaminta megfelelően kis értékű differenciális ellenállást.
Zener-dióda karakterisztikája
Zener-dióda működése
Az UZK jellemző Zener-feszültségként a gyártók azt a feszültséget adjak meg,amely esetén egy meghatározott visszáram IZK folyik (általában 5 mA). Aminimális IZmin és a maximális IZmax Zener-áram között elhelyezkedő szakasztműködési tartománynak nevezzük.
LED (fénykibocsátó dióda)LED Light Emitting Diode (fényt kibocsátó dióda)
Ha a diódán nyitóirányú áram folyik keresztül, akkor a PN-átmeneten az N rétegből azelektronok a P rétegbe, a P rétegből a lyukak az N rétegbe diffundálnak. A diffúzióskisebbségi és többségi töltéshordozók között rekombinációs folyamatok indulnak meg,amelyek során a felszabaduló energia fotonok formájában kisugárzódik. A sugárzás az1 μm széles P rétegben keletkezik. A rekombinációk csupán 1 %-a jár fotonkibocsátással. A sugárzási rekombináció csak úgy jöhet létre, ha az elektronokátkerülnek a nagy energiájú vezető sávból a kisebb energiájú vegyértéksávba.
A félvezető anyag sávszerkezete határozza meg a kibocsátott fény hullámhosszát.
LED-ek alapanyaga
A LED-ek alapanyaga rendszerint valamilyen vegyület típusú félvezető, ugyanisezekben a sugárzási rekombinációk száma sokkal nagyobb mint a szilícium alapúfélvezetők esetében. Mivel különböző LED-ek alapanyaga más és más, ezértnyitófeszültségük is eltérő. Jellemzően 1,8V-2,4V. Záróirányú előfeszítés eseténkönnyen károsodik!
Előnyös tulajdonságai:
• a működéshez alacsony áram és feszültségszintet igényelnek
• nagy a kapcsolási sebességük
• nagy élettartamúak és kis helyigényűek
Egyéb speciális diódák
Varicap-dióda (Kapacitás dióda)
A zárófeszültséggel széles tartományban vezérel-hető kapacitású diódák. (max. 300pF)
Schottky-dióda (fém-félvezető dióda)
Nyitóirányú feszültségük 0,3-0,4 V.
A fém-félvezető átmenet kapacitása igen kicsi,ezért nagyfrekvencián jól használható.
Általában gyors működésű digitális integráltáramkörök részegységeként alkalmazzák, mertkicsi a késleltetési ideje.
Alagút-dióda (Esaki-dióda)
Negatív ellenállású szakasza is van. LCoszcillátorokban a rezgőköri veszteségek kompen-zálására alkalmazzák.
Viszonylagosan ellenállók sugárzással szemben,ezért alkalmazhatók űrjárművekben.
Zener-diódák alkalmazása
Zener-diódákat az elektronikában leggyakrabban egyenfeszültségekstabilizálására, valamint feszültséghatárolásra használják.
LED-ek alkalmazása
Felhasználásuk elsősorban jelző és kijelző-elemkent jöhet számításbaműszerek előlapján hétszegmenses vagy alfanumerikus kijelzőkben.Manapság már háztartásokban alkalmazható fényforrásként is egyreelterjedtebb.
7 szegmenses kijelző
Meghajtására célszerű a közkedvelt 7446 és 7447 IC-ket használni.
LED-mátrix
Egyéb áramköri alkalmazások
Védődiódaként Infra adó-vevő egység
Egyéb áramköri alkalmazások
Referenciaként és szintkijelzésre
Összehasonlító áramkör, mely a kétbemenetét összehasonlítva billenti akimenetét vagy pozitív, vagy negatívtápfeszültségre. Ezt a jelölést csak itthasználjuk!!!!!
Egyéb áramköri alkalmazások
Futófény
Egyéb áramköri alkalmazások
Közlekedési jelzőlámpa