AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE
JEDNOSTKA ORGANIZACYJNA:
ZAKAAD KOMUNIKACYJNYCH TECHNOLOGII MORSKICH
INSTRUKCJA
ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA
Laboratorium
Ćwiczenie nr 3: Elementy półprzewodnikowe
dr inż. Marcin Mąka, dr inż. Piotr Majzner
Opracował:
Zatwierdził: dr inż. Piotr Majzner
ObowiÄ…zuje od: 24. IX 2012
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
Spis treści
3.1. Cel i zakres ćwiczenia
3.2. Opis stanowiska laboratoryjnego
3.3. Przebieg ćwiczenia
3.4. Warunki zaliczenia
3.5. Część teoretyczna
3.6. Literatura
3.7. Efekty kształcenia
1
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
3. ELEMENTY PÓAPRZEWODNIKOWE
3.1. Cel i zakres ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest opanowanie wiedzy z zakresu budowy, parametrów, charakterystyk i
zastosowania podstawowych elementów półprzewodnikowych w tym układów diody prostowniczej,
diody Zenera, diody elektroluminescencyjnej fotodiody, tranzystora, tyrystora.
Zagadnienia
1. Model pasmowy ciała stałego.
2. Przewodniki, półprzewodniki, izolatory.
3. Model złącza p-n.
4. Budowa, parametry, charakterystyki i zastosowanie diody prostowniczej.
5. Budowa, parametry, charakterystyki i zastosowanie diody Zenera.
6. Budowa, parametry, charakterystyki i zastosowanie diody elektroluminescencyjnej.
7. Budowa, parametry, charakterystyki i zastosowanie fotodiody.
8. Budowa, parametry, charakterystyki i zastosowanie tranzystora.
9. Budowa parametry, charakterystyki i zastosowanie tyrystora.
Pytania kontrolne
1. Omów budowę złącza p-n.
2. Jakie zjawiska zachodzą w złączu p-n po jego podłączeniu do zródła prądu ?
3. Narysuj i wyjaśnij kształt charakterystyki prądowo - napięciowej diody prostowniczej.
4. Narysuj i wyjaśnij kształt charakterystyki prądowo - napięciowej diody Zenera.
5. Podaj i omów przykłady zastosowania diod: prostowniczej, Zenera, pojemnościowej i fotodiody.
6. Wymień rodzaje diod i ich parametry
7. Narysuj charakterystykę i omów zastosowanie diody pojemnościowej.
8. Narysuj i wyjaśnij kształt charakterystyki Ic = f(Uce) tranzystora w układzie OE.
9. Wymień podstawowe parametry tranzystora.
10. W jakim celu praktycznie wykorzystuje siÄ™ tranzystor ?
11. Co to jest i do czego stosuje siÄ™ diodÄ™ luminiscencyjnÄ….
3.2. Opis układu pomiarowego
Zestaw przyrządów:
-ð dwa zasilacze,
-ð 3 mierniki cyfrowe,
-ð pÅ‚ytka do badania elementów półprzewodnikowych.
Układy pomiarowe są proste. Należy pamiętać, aby za każdym razem napięcie z zasilacza ustawić
na 0V po wykonaniu pomiarów a podłączać zasilacz dopiero po zmontowaniu obwodu pomiarowego.
2
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
3.3. Wykonanie ćwiczenia
UWAGA ! Przed podłączeniem układu ustawić ograniczenie prądowe zasilacza na 100 mA
3.3.1. Badanie diody
Połączyć układ do zdejmowania charakterystyki diody w kierunku zaporowym (rys. 3.3.1.).
+ R
A
ZASILACZ
_ V
Rys. 3.3.1. Układ do zdejmowania charakterystyki diody w kierunku zaporowym
Dla diody prostowniczej pomierzyć wartość prądu płynącego przez diodę w kierunku zaporowym
wg napięć podanych w tabelce. Anoda ma czerwone wyprowadzenie. Włączyć opornik R1.
Połączyć układ do zdejmowania charakterystyki diody w kierunku przewodzenia (rys. 3.3.2.).
+ + R R A
A
ZASILACZ
ZASILACZ _ V
_ V
Rys. 3.3.2. Układ do zdejmowania charakterystyki diody w kierunku przewodzenia
Dla diody prostowniczej pomierzyć wartość napięcia w kierunku przewodzenia dla prądów
podanych w tabelce (zakres amperomierza 10 mðA, 100 mðA, 1mA, 10 mA, 100 mA).
Dla prądów do 1 mA korzystać z opornika R1, dla pozostałych z opornika R2.
3.3.2. Badanie diody Zenera
UWAGA! Przed podłączeniem układu ustawić ograniczenie prądowe zasilacza na 40 mA.
Połączyć układ do badania charakterystyki diody Zenera (rys. 3.5.3.). Zdjąć charakterystykę
diody Zenera w kierunku zaporowym według napięć i prądów podanych w tabeli.
+ R
A
ZASILACZ
_ V
Rys. 3.3.3. Układ do zdejmowania charakterystyki diody Zenera
3
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
Zdjąć charakterystykę przejściową prostego stabilizatora z dioda Zenera (rys. 3.3.4.) według
napięć podanych w tabeli. Do pomiaru napięć zastosować jeden woltomierz cyfrowy, przełączany z
wejścia na wyjście układu.
+ R
ZASILACZ
_ V V
Rys. 3.3.4. Układ do zdejmowania charakterystyki przejściowej stabilizatora z dioda Zenera
3.3.3. Badanie tranzystora
Połączyć układ do zdejmowania charakterystyki Ic = f(Uce) tranzystora (rys.3.3.5.). Dla wartości
napięć podanych w tabelce pomierzyć wartość prądu kolektora Ic przy ustawionym w stabilizacji
prÄ…dowej prÄ…dzie bazy, kolejno: IB = 1 mA, 2 mA, 3 mA (lub podane przez prowadzÄ…cego).
+ +
mA
mA
ZASILACZ ZASILACZ
V
- -
_ _
Rys. 3.3.5. Układ do zdejmowania charakterystyki tranzystora
3.4. Warunki zaliczenia ćwiczenia
Warunkiem zaliczenia ćwiczenia jest:
-ð napisanie z wynikiem pozytywnym krótkiego sprawdzianu na poczÄ…tku zajęć;
-ð wykonanie ćwiczenia;
-ð sporzÄ…dzenie sprawozdania wedÅ‚ug instrukcji zawartej poniżej;
-ð obrona sprawozdania na nastÄ™pnych zajÄ™ciach;
-ð potwierdzenie opanowania zakresu ćwiczenia na ostatnich zajÄ™ciach
zaliczeniowych;
Sprawozdanie powinno zawierać:
·ð kartÄ™ pomiarowa,
·ð wykreÅ›lonÄ… charakterystykÄ™ ID = f(UD) (I i III ćwiartka ukÅ‚adu współrzÄ™dnych; przyjąć skalÄ™ dla
kierunku przewodzenia: 100 mA 5 cm, 2V 4.cm, a dla kierunku zaporowego 2mðA 1
cm, 30 V 5cm),
·ð schematy pomiarowe,
4
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
·ð wyjaÅ›nienie, dlaczego schematy pomiarowe do zdejmowania charakterystyki diody różniÄ… siÄ™
położeniem amperomierza i woltomierza,
·ð policzone rezystancje diody w kierunku zaporowym i kierunku przewodzenia dla ostatnich
punktów pomiarowych
·ð wykreÅ›lonÄ… charakterystykÄ™ ID = f(UD) w kierunku zaporowym diody Zenera (III ćwiartka ukÅ‚adu
współrzędnych; przyjąć skalę: 10 mA 5 cm, 15 V 5 cm),
·ð okreÅ›lenie z wykresu napiÄ™cia Zenera oraz rezystancji dynamicznej wedÅ‚ug wzoru:
DðU
Rd =ð
DðI
gdzie "U i "I są wartościami występującymi po napięciu Zenera,
·ð wykreÅ›lonÄ… charakterystykÄ™ prostego stabilizatora z dioda Zenera Uwy = f(Uwe) (I ćwiartka ukÅ‚adu
współrzędnych; skala: 15 V 5 cm),
·ð wykreÅ›lone charakterystyki tranzystora IC = f(UCE), (I ćwiartka ukÅ‚adu współrzÄ™dnych; skala: 500
mA 5 cm, 2V 8 cm),
·ð obliczony Å›redni( dla różnych wartoÅ›ci prÄ…du bazy) współczynnik wzmocnienia prÄ…dowego wg.
wzoru:
IC
bð =ð dla UCE = 1.5 V
I
B
·ð wÅ‚asne wnioski i spostrzeżenia.
5
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
3.5.1. ZÅ‚Ä…cze p-n
Najczęściej stosowanymi półprzewodnikami są krzem i german. Są to pierwiastki z czwartej
grupy układu okresowego, posiadają więc na ostatniej orbicie po cztery elektrony. Elektrony te tworzą
tzw. wiązania kowalentne w ten sposób, że każdy atom pierwiastka jest związany z czteroma atomami
sąsiednimi wiązaniem składającym się z dwóch elektronów; jeden elektron z danego atomu, drugi z
atomu sąsiedniego. Wiązania kowalentne utrzymują atomy pierwiastka w stałych odległościach,
tworząc regularną sieć krystaliczną. Taka regularna sieć istnieje w temperaturze zbliżonej do zera
stopni w skali Kelvina. Dostarczenie energii z zewnątrz, poprzez podniesienie temperatury kryształu,
lub w innej postaci np. przez napromieniowanie, powoduje wyrywanie elektronów z wiązań. Powstają
w ten sposób swobodne elektrony obdarzone ładunkiem ujemnym oraz dziury będące miejscami po
wyrwanych elektronach, obdarzone ładunkiem dodatnim. Zarówno elektrony, jak też i dziury mogą
swobodnie poruszać się w strukturze kryształu. Ruch elektronów jest oczywisty, natomiast dziury
poruszają się w ten sposób, że elektron z sąsiedniego wiązania uzupełniając rozerwane wiązanie
tworzy dziurę w sąsiednim wiązaniu, dzięki czemu dziura przenosi się z wiązania do wiązania.
Elektrony i dziury są więc nośnikami ładunku elektrycznego. Procesowi powstawania elektronów i
dziur towarzyszy proces odwrotny zwany rekombinacją, polegający na tym, że w przypadku gdy
poruszający się elektron znajdzie się w pobliżu dziury, następuje odtworzenie wiązania i równoczesny
zanik dziury i swobodnego elektronu. Procesy powstawania par dziura elektron i rekombinacji sÄ… w
równowadze. Ilość swobodnych nośników ładunku w krysztale jest zależna jedynie od wartości
dostarczanej energii zewnętrznej, a więc np. od temperatury, im wyższa temperatura tym więcej
nośników ładunku, a więc i większa przewodność półprzewodnika.
Opisany wyżej mechanizm powstawania nośników ładunku dotyczy półprzewodnika zwanego
samoistnym, czyli bez domieszek. Do budowy elementów półprzewodnikowych takich jak diody,
tranzystory czy układy scalone stosuje się półprzewodniki domieszkowane. Domieszkowanie polega
na wprowadzeniu do czystego krzemu lub germanu niewielkiej ilości atomów innego pierwiastka.
Jeżeli będą to atomy pierwiastka z piątej grupy układu okresowego, jak np. fosfor lub arsen, będzie to
domieszkowanie donorowe, jeśli domieszkami będą atomy pierwiastka z trzeciej grupy układu
okresowego, jak np. gal lub ind, będzie to domieszkowanie akceptorowe.
Atomy donora posiadają na ostatniej orbicie po pięć elektronów, z których tylko cztery wchodzą
w wiÄ…zania kowalentne z atomami rodzimego krzemu lub germanu. PiÄ…ty elektron, nie pasujÄ…cy do
sieci krystalicznej jest bardzo luzno związany i wystarczy niewielka dawka energii by go uwolnić.
Powstaje w ten sposób swobodny elektron bez równoczesnego powstania dziury. Zjonizowany atom
domieszki staje siÄ™ umiejscowionym Å‚adunkiem dodatnim. Tak domieszkowany krzem lub german
nazywamy półprzewodnikiem typu n ponieważ elektrony stanowią w nim nośniki większościowe.
Powstające w półprzewodniku typu n wskutek termicznej generacji dziury stanowią nośniki
mniejszościowe.
Atomy akceptora posiadają na ostatniej orbicie po trzy elektrony, dla wytworzenia więc pełnego
wiązania z sąsiednimi atomami rodzimego krzemu lub germanu, przechwytują z najbliższego wiązania
brakujÄ…cy elektron, wytwarzajÄ…c w tym miejscu dziurÄ™. Atom domieszki staje siÄ™ umiejscowionym
ładunkiem ujemnym. Tak domieszkowany krzem lub german nazywamy półprzewodnikiem typu p
ponieważ dziury stanowią w nim nośniki większościowe. Powstające w półprzewodniku typu p
wskutek termicznej generacji elektrony stanowią nośniki mniejszościowe.
Połączenie ze sobą półprzewodnika typu n i typu p powoduje powstanie złącza p-n. Wskutek
dyfuzji elektrony z obszaru n przechodzą przez złącze do obszaru p, gdzie ulegają rekombinacji z
dziurami. W rezultacie po obu stronach złącza znikają ruchome nośniki prądu. W przyzłączowym
obszarze n pozostaje więc niezrównoważona warstwa ładunku dodatniego (umiejscowione jony
dodatnie), a w obszarze p pozostaje niezrównoważona warstwa ładunku ujemnego (umiejscowione
jony ujemne). Warstwy te tworzą barierę potencjału, która w momencie osiągnięcia wartości U0 = 0.2
V dla germanu, a U0 = 0.65 V dla krzemu, uniemożliwia dalszy przepływ nośników większościowych
z obszaru n do obszaru p i odwrotnie. Bariera potencjału nie stanowi natomiast przeszkody dla
przepływu nośników mniejszościowych, generowanych termicznie w pobliżu złącza.
6
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
Doprowadzenie do złącza napięcia zewnętrznego o polaryzacji plus do obszaru p, a minus do
obszaru n, większego od wartości U0 , powoduje likwidację bariery potencjału i umożliwia przepływ
prądu przez złącze. Jest to tzw. polaryzacja w kierunku przewodzenia. Doprowadzenie napięcia
zewnętrznego o odwrotnej polaryzacji zwiększa barierę potencjału i uniemożliwia przepływ prądu
przez złącze. Jest to tzw. polaryzacja w kierunku zaporowym.
3.5.2 Dioda prostownicza
Dioda prostownicza zbudowana jest z połączonych ze sobą obszarów półprzewodnika typu p i
typu n o koncentracji domieszek rzędu jeden atom domieszki na 105 atomów krzemu lub germanu.
Elektroda wyprowadzona z obszaru p nazywa siÄ™ anodÄ…, a elektroda wyprowadzona z obszaru n
katodÄ…. CharakterystykÄ™ i symbol diody prostowniczej przedstawiono na rys. 3.5.1
Imax I
I0
Umax
U
U0
A K
Rys. 3.5.1 Charakterystyka i symbol diody prostowniczej
Głównym zadaniem diody prostowniczej jest prostowanie, czyli zamiana prądu zmiennego na
prąd jednokierunkowy. Dioda przewodzi gdy dodatni biegun napięcia (plus) podłączony jest do anody
a ujemny (minus) do katody. Przy odwrotnej polaryzacji prąd przez diodę nie płynie. Podstawowe
parametry diody prostowniczej to:
·ð maksymalny prÄ…d w kierunku przewodzenia Imax - (jego przekroczenie powoduje zniszczenie diody
wskutek przegrzania),
·ð maksymalne napiÄ™cie w kierunku zaporowym Umax - (jego przekroczenie powoduje zniszczenie
diody wskutek przebicia złącza),
·ð prÄ…d zwrotny diody I0 - (prÄ…d pÅ‚ynÄ…cy w kierunku zaporowym, im mniejszy, tym lepsza dioda; jego
wartość wzrasta z temperaturą oraz nieznacznie wzrasta przy zwiększaniu napięcia w kierunku
zaporowym),
·ð napiÄ™cie bariery potencjaÅ‚u U0 (napiÄ™cie to wynosi okoÅ‚o 0.2 V dla diod germanowych i okoÅ‚o
0.65 V dla diod krzemowych; dopiero po jego przekroczeniu dioda zaczyna przewodzić prąd).
3.5.3 Dioda Zenera
Dioda Zenera zbudowana jest, podobnie jak prostownicza, z połączonych ze sobą obszarów
półprzewodnika typu p i typu n z tym, że koncentracja domieszek jest większa (rzędu jeden atom
domieszki na 104 atomów krzemu). Diody Zenera wykonuje się praktycznie tylko jako krzemowe.
Przy wytwarzaniu diody Zenera stosuje się specjalną technologię, zapewniającą bardzo równomierny
rozkład domieszek w krysztale. Dzięki temu przebicie złącza, występujące po przekroczeniu napięcia
7
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
Zenera, jest zjawiskiem odwracalnym tzn. po obniżeniu napięcia poniżej poziomu napięcia Zenera,
właściwości zaporowe złącza odtwarzają się. Dioda Zenera służy głównie do stabilizacji napięcia,
wykorzystuje siÄ™ jÄ… do pracy na kierunku zaporowym (plus do katody, minus do anody).
CharakterystykÄ™ i symbol diody Zenera przedstawiono na rys. 3.5.2
I
Uz U
K A
Imax
Rys.3.5.2 Charakterystyka i symbol diody Zenera
Diody Zenera mogą być wykonywane na różne napięcia, zależy to od ilości wprowadzonych
domieszek. Najczęściej spotyka się diody na napięcia od 3 V do 30 V.
Na rys. 3.5.3 przedstawiono zasadę działania prostego stabilizatora na diodzie Zenera.
R
+
UWE UWY
_
Rys. 3.5.3 Prosty stabilizator na diodzie Zenera
Jeżeli napięcie wejściowe będzie większe od napięcia diody Zenera, przez diodę zacznie
przepływać prąd w kierunku zaporowym. Im większe napięcie wejściowe tym większy prąd będzie
płynął w obwodzie. Napięcie wyjściowe zgodnie z prawem Kirchhoffa będzie różnicą między
napięciem wejściowym a spadkiem napięcia na oporniku R:
Uwy = UWE - I R
i zgodnie z charakterystyką diody Zenera, będzie praktycznie wielkością stałą.
Podstawowe parametry diody Zenera to:
·ð napiÄ™cie Zenera UZ (napiÄ™cie, przy którym nastÄ™puje nie niszczÄ…ce przebicie zÅ‚Ä…cza, jego
wartość dla większości diod zmienia się nieznacznie przy zmianie temperatury. Napięcie Zenera
dla diod wykonanych na około 6.5 V, praktycznie nie zależy od temperatury),
·ð maksymalny prÄ…d Imax (najwiÄ™kszy prÄ…d pÅ‚ynÄ…cy przez diodÄ™ po przekroczeniu napiÄ™cia Zenera,
nie powodujący jej zniszczenia wskutek wydzielanego ciepła).
8
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
3.5.4 Dioda pojemnościowa
Każda dioda posiada pewną pojemność złączową. Wynika ona z tego, że na złączu istnieją,
podobnie jak w kondensatorze, dwie warstwy Å‚adunku elektrycznego odseparowane od siebie. W
diodach pojemnościowych złącze jest tak ukształtowane, aby uzyskać stosunkowo dużą pojemność i
aby pojemność ta silnie zależała od wartości doprowadzonego w kierunku zaporowym napięcia.
Można więc diodę pojemnościową traktować jak kondensator o zmiennej pojemności, którą można
regulować za pomocą zmiany doprowadzonego napięcia. Charakterystykę zmian pojemności w
funkcji napięcia sterującego oraz symbol diody przedstawiono na rys. 3.5.4.
K A C
U
Rys. 3.5.4 Charakterystyka i symbol diody pojemnościowej
Dioda pojemnościowa stosowana jest w układach automatyki, np. do automatycznego dostrajania
odbiorników radiowych czy telewizyjnych do wybranej stacji.
3.5.5 Fotodioda
Fotodioda zbudowana jest podobnie jak dioda prostownicza, z tym że posiada w obudowie otwór
z wstawioną soczewką, by kierować padające na nią światło na złącze p-n. Promienie świetlne
powodują wybijanie z wiązań kowalentnych elektronów, powodując generację par dziura elektron.
Powstają w ten sposób nośniki mniejszościowe, które przepływają przez złącze przy jego polaryzacji
w kierunku zaporowym. Ilość powstających nośników, a więc i wielkość prądu zależy od natężenia
padajÄ…cego Å›wiatÅ‚a jð. CharakterystykÄ™ i symbol diody przedstawiono na rys. 3.5.5.
I
U
Fð0
Fð1
Fð2
K A
Fð3
Fð4
Rys. 3.5.5 Charakterystyka i symbol fotodiody
Fotodioda stosowana jest powszechnie w układach automatyki (automatyczne otwieranie drzwi,
zabezpieczenie obiektów przed kradzieżą itp.). Dioda włączona jest w kierunku zaporowym. Dopóki
do diody dociera światło, prąd przez nią płynie. Przesłonięcie wiązki światła padającego na diodę
9
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
powoduje zanik prÄ…du w obwodzie, co jest wykrywane za pomocÄ… odpowiedniego czujnika i
powoduje zadziałanie układu wykonawczego.
3.5.6 Tranzystor warstwowy
Tranzystor warstwowy jest zbudowany z trzech, ułożonych na przemian warstw półprzewodnika
domieszkowanego. W zależności od kolejności warstw, mamy tranzystory n-p-n i p-n-p. Z warstw
półprzewodnika, na zewnątrz obudowy, wyprowadzone są trzy elektrody. Elektroda wyprowadzona z
warstwy wewnętrznej nazywa się bazą, elektroda z jednej z warstw zewnętrznych, wymiarowo
większej, nazywa się kolektorem a elektroda z drugiej warstwy zewnętrznej nazywa się emiterem.
Na rys. 3.5.6 przedstawiono podstawową charakterystykę tranzystora. Jest to zależność prądu
kolektora od napięcia kolektor emiter. Parametrem charakterystyki jest prąd bazy.
IC
IB = 5 mA
IB = 4 mA
IB = 3 mA
IB = 2 mA
IB = 1 mA
IB = 0
UCE
Rys. 3.5.6 Charakterystyka kolektorowa tranzystora
Z charakterystyki wynika, że jeżeli napięcie kolektor emiter będzie większe od pewnej wartości
UCE0 to prąd kolektora IC praktycznie nie zależy od tego napięcia, zależny jest natomiast od wartości
prądu bazy IB. Zależność ta jest w przybliżeniu proporcjonalna i wyraża się zależnością:
IC = bð×ðIB
gdzie: bð jest współczynnikiem wzmocnienia prÄ…dowego tranzystora i dla współczesnych
tranzystorów zawiera się w granicach 50 1000.
Linia kropkowana na rys. 3.5.6 przedstawia moc admisyjnÄ… tranzystora.
Pa = IC×ðUCE
Jest to maksymalna moc jaka może być wydzielona w tranzystorze bez obawy jego zniszczenia pod
wpływem wydzielanego ciepła.
Tranzystory stosuje się głównie do wzmacniania sygnałów elektrycznych - każda zmiana prądu w
obwodzie bazy, wywołuje proporcjonalną, ale znacznie większą zmianę prądu w obwodzie kolektora.
Podstawowe parametry tranzystora to:
·ð ICmax maksymalny prÄ…d kolektora,
·ð UCmax maksymalne napiÄ™cie kolektor emiter,
·ð Pa moc admisyjna tranzystora,
·ð ICE0 prÄ…d zerowy tranzystora; jest to prÄ…d pÅ‚ynÄ…cy w obwodzie kolektor emiter, przy
braku wysterowania w obwodzie bazy (IB = 0),
·ð bð współczynnik wzmocnienia prÄ…dowego.
10
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
Na rys. 3.5.7 przedstawiono symbole tranzystorów n-p-n i p-n-p, oraz biegunowości
doprowadzanego napięcia polaryzacji.
n-p-n p-n-p
C C
+ -
B B
+ _ - +
E E
Rys. 3.5.7 Symbole tranzystorów warstwowych
3.5.7 Tyrystor
Tyrystor jest elementem półprzewodnikowym składającym się z czterech warstw
półprzewodnika. Jego budowę oraz symbol przedstawiono na rys. 3.5.8.
A A
n
p
G n
p G
K K
Rys. 3.5.8 Budowa i symbol tyrystora
n
p
Jeżeli do tyrystora doprowadzimy napięcie o polaryzacji: plus do katody, minus do anody, prąd
przez tyrystor nigdy nie popłynie (jak w przypadku diody spolaryzowanej w kierunku zaporowym).
Przy polaryzacji odwrotnej tzn. plus do anody, minus do katody, prąd przez tyrystor może popłynąć
ale warunkiem jego przepływu jest uprzednie włączenie tyrystora. Aby tego dokonać należy podać na
bramkę G krótkotrwały impuls napięcia dodatniego w stosunku do katody; spowoduje to, że prąd
zacznie przez tyrystor płynąć. Aby wyłączyć tyrystor, należy obniżyć do zera napięcie między katodą
a anodą. Jeśli potem napięcie to znowu wzrośnie, to aby włączyć tyrystor ponownie trzeba
doprowadzić do bramki krótkotrwały impuls napięcia dodatniego. Proces włączania tyrystora
przypomina zapalanie światła na klatkach schodowych.
Tyrystory stosuje się głównie do regulacji mocy w obwodach prądu zmiennego. W odróżnieniu
od regulacji za pomocą oporników czy autotransformatorów, regulacja mocy dokonywana tyrystorem,
praktycznie nie przynosi strat na elementach regulacyjnych. Poza tym tyrystory sÄ… zdecydowanie
mniejsze od oporników czy autotransformatorów.
3.5.8 Dioda luminiscencyjna
Dioda luminiscencyjna wykonana jest z innego rodzaju półprzewodnika, a mianowicie z arsenku
galu. Cechą charakterystyczną arsenku galu jest to, że oddawana w procesie rekombinacji energia
wydzielana jest w postaci światła a nie ciepła, jak miało to miejsce dla krzemu lub germanu. Jeżeli
więc dioda z arsenku galu zostanie podłączona w kierunku przewodzenia, popłynie przez nią prąd,
czemu będzie towarzyszyć silna rekombinacja i dioda będzie emitowała promieniowanie świetlne.
11
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
Diody wykonane z arsenku galu emitują promieniowanie w zakresie podczerwieni, a więc
niewidzialne. Chcąc uzyskać promieniowanie widzialne diody wykonuje się z mieszaniny arsenku
galu i fosforku galu. Kolor emitowanego światła zależy od proporcji składników mieszaniny.
Diody luminiscencyjne wykorzystuje się jako różnego rodzaju wskazniki napięcia. Gdy na diodę
podane jest napięcie w kierunku przewodzenia, dioda świeci, gdy napięcia brak dioda nie świeci. Tego
rodzaju wskaznik tym różni się od zwykłej żaróweczki, że pobiera bardzo niewiele energii. Jest to
szczególnie korzystne przy urządzeniach zasilanych z baterii lub akumulatorów.
3.6 Literatura
1. Rusek M., Pasierbiński J., Elementy i układy elektroniczne w pytaniach i
odpowiedziach, WNT 1997.
2. Koziej E., Sochoń B., Elektrotechnika i elektronika, Warszawa 1986.
3. Przezdziecki F., Elektrotechnika i elektronika, Warszawa, PWN 1985.
4. Elektrotechnika i elektronika dla nieelektryków, Praca zbiorowa, WNT 2006.
5. Jaczewski J., Opolski A., Stolz J., Podstawy elektroniki i energoelektroniki, WNT 1981.
6. Pilawski M., Podstawy elektrotechniki, WSiP 1982.
7. Rusek A., Podstawy elektroniki, WSiP 1989.
8. Stacewicz T., Kotlicki A., Elektronika w laboratorium naukowym, PWN 1994.
12
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
3.7 Efekty kształcenia
Metody i kryteria oceny
EK1 Ma podstawową wiedzę w zakresie pojęć, praw z zakresu elektrotechniki
i elektroniki.
Metody oceny egzamin pisemny, egzamin ustny, sprawdziany i prace kontrolne w
semestrze.
2 3 3,5 - 4 4,5 - 5
Kryteria/ Ocena
Kryterium 1
Brak lub Opanowana Zna i potrafi Zna i potrafi
niewystarczają podstawowa scharakteryzować przeanalizować
Wiedza w
ca wiedza w /omówić pojęcia i definicje
zakresie pojęć
podstawowa zakresie pojęć i podstawowe oraz wskazać
elektrotechniki i
definicji
wiedza w pojęcia i definicje możliwości ich
elektroniki.
zwiÄ…zanych z
zakresie pojęć Zna i potrafi wykorzystania w
tematem.
i definicji
scharakteryzować technice morskiej
zwiÄ…zanych z
/omówić Biegle zna i
tematem.
podstawowe i potrafi
rozszerzone przeanalizować
pojęcia, definicje. oraz wskazać
możliwości
wykorzystania w
technice
morskiej.
Kryterium 2
Brak lub Opanowana Zna i potrafi Zna i potrafi
niewystarczają podstawowa scharakteryzować przeanalizować
WiedzÄ™ w
ca wiedza w /omówić prawa oraz
zakresie praw
podstawowa zakresie praw podstawowe wskazać
elektrotechniki i
zwiÄ…zanych z prawa
wiedza w możliwości ich
elektroniki.
tematem.
Zna i potrafi
zakresie praw wykorzystania w
związanych z scharakteryzować
technice morskiej
tematem.
/omówić
Biegle zna i
podstawowe i
potrafi
rozszerzone
przeanalizować
prawa.
oraz wskazać
możliwości
wykorzystania w
technice
morskiej.
EK2 Posiada umiejętność wykorzystania podstawowych praw elektrotechniki
i elektroniki do analizy rachunkowej podstawowych elementów i
obwodów elektronicznych.
Metody oceny zaliczenie ćwiczeń, laboratoriów/ symulatorów, sprawozdanie/ raport.
2 3 3,5 - 4 4,5 - 5
Kryteria/ Ocena
13
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
Kryterium 1
Brak lub Opanowana Zna i potrafi Zna i potrafi
niewystarczają podstawowa wykorzystać wykorzystać
Umiejętność
ca wiedza w podstawowe podstawowe i
wykorzystania
podstawowa zakresie pojęcia, definicje i pochodne
podstawowych
wiedza w wykorzystania prawa do analizy pojęcia, definicje
praw pojęć, definicji
zakresie podstawowych i prawa oraz
elektrotechniki i i praw
wykorzystania obwodów wzajemne
zwiÄ…zanych z
elektroniki do pojęć, definicji
Zna i potrafi zależności między
tematem.
analizy i praw
wykorzystać nimi w technice
zwiÄ…zanych z
rachunkowej
podstawowe i morskiej
tematem.
podstawowych
pochodne pojęcia, Biegle zna i
elementów i
definicje i prawa potrafi
obwodów
do analizy przeanalizować
elektronicznych.
podstawowych oraz wskazać
obwodów w możliwości
technice morskiej. wykorzystania w
technice
morskiej.
EK3 Ma podstawowÄ… wiedzÄ™ teoretycznÄ… w zakresie struktury,
przetwarzania, transmisji i pomiarów sygnałów elektrycznych.
Metody oceny egzamin pisemny, egzamin ustny, sprawdziany i prace kontrolne w
semestrze.
2 3 3,5 - 4 4,5 - 5
Kryteria/ Ocena
14
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
Kryterium 1
Brak lub Opanowana Zna i potrafi Zna i potrafi
niewystarczają podstawowa scharakteryzować przeanalizować
Podstawowa
ca wiedza w /omówić pojęcia z zakresu
wiedza
podstawowa zakresie podstawowe struktury,
teoretyczna w
wiedza w struktury, pojęcia z zakresu przetwarzania,
zakresie
zakresie przetwarzania, struktury, transmisji i
struktury,
struktury, transmisji i przetwarzania, pomiarów
przetwarzania,
przetwarzania, pomiarów transmisji i sygnałów
transmisji i
transmisji i sygnałów. pomiarów występujących w
pomiarów
pomiarów sygnałów technice morskiej
sygnałów
sygnałów. Zna i potrafi Biegle zna i
elektrycznych.
scharakteryzować potrafi
/omówić przeanalizować
podstawowe i pojęcia z zakresu
rozszerzone struktury,
pojęcia z zakresu przetwarzania,
struktury, transmisji i
przetwarzania, pomiarów
transmisji i sygnałów
pomiarów występujących w
sygnałów technice
występujących w morskiej.
technice morskiej.
EK4 Posiada umiejętności pomiarów, analizy i przetwarzania sygnałów
elektrycznych.
Metody oceny zaliczenie ćwiczeń, laboratoriów/ symulatorów, sprawozdanie/ raport.
2 3 3,5 - 4 4,5 - 5
Kryteria/ Ocena
15
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
Kryterium 1
Brak lub Opanowane Opanowane Opanowane w
niewystarczajÄ… podstawowe podstawowe stopniu bardzo
Umiejętności
ce umiejętności umiejętności w dobrym
pomiarów,
podstawowe w zakresie zakresie podstawowe
analizy i
umiejętności pomiarów i pomiarów, analizy umiejętności w
przetwarzania
w zakresie analizy i przetwarzania zakresie
sygnałów sygnałów. sygnałów
pomiarów, pomiarów,
elektrycznych. Opanowane w
analizy i analizy i
stopniu dobrym
przetwarzania przetwarzania
sygnałów. podstawowe podstawowych
sygnałów
umiejętności w
występujących w
zakresie
technice morskiej
pomiarów, analizy
Biegle zna i
i przetwarzania
sygnałów potrafi
występujących w przeanalizować
technice morskiej. pojęcia z zakresu
pomiarów,
analizy i
przetwarzania
złożonych
sygnałów
występujących w
technice
morskiej.
EK5 Ma podstawową wiedzę w zakresie zasad działania, budowy,
eksploatacji podstawowych obwodów i urządzeń elektronicznych.
Metody oceny egzamin pisemny, egzamin ustny, sprawdziany i prace kontrolne w
semestrze.
2 3 3,5 - 4 4,5 - 5
Kryteria/ Ocena
16
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
Kryterium 1
Brak lub Opanowana Zna i potrafi Zna i potrafi
niewystarczają podstawowa scharakteryzować przeanalizować
Wiedza w
ca wiedza w /omówić pojęcia z zakresu
zakresie zasad
podstawowa zakresie zasad podstawowe i zasad działania,
działania,
wiedza w działania, rozszerzone budowy,
budowy,
zakresie zasad budowy, pojęcia z zakresu eksploatacji
eksploatacji
działania, eksploatacji zasad działania, podstawowych
podstawowych
budowy, podstawowyc budowy, obwodów i
obwodów i
eksploatacji h obwodów i eksploatacji urządzeń
urządzeń
podstawowyc urządzeń. podstawowych Biegle zna i
elektronicznych.
h obwodów i obwodów i potrafi
urządzeń. urządzeń. przeanalizować
pojęcia z zakresu
zasad działania,
budowy,
eksploatacji
podstawowych
obwodów i
urządzeń
występujących w
technice
morskiej.
EK6 Posiada umiejętność analizy działania, pomiaru parametrów oraz
wyznaczania charakterystyk podstawowych obwodów i urządzeń
elektronicznych.
Metody oceny zaliczenie ćwiczeń, laboratoriów/ symulatorów, sprawozdanie/ raport.
2 3 3,5 - 4 4,5 - 5
Kryteria/ Ocena
17
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Elektrotechnika i Elektronika Ćwiczenie nr 3 Elementy półprzewodnikowe
Kryterium 1
Brak lub Opanowane Opanowane Opanowane w
niewystarczajÄ… podstawowe podstawowe stopniu bardzo
Umiejętność
ce umiejętności umiejętności w dobrym analizy
analizy działania,
podstawowe w zakresie zakresie analizy działania,
pomiaru
umiejętności analizy działania, pomiaru pomiaru
parametrów oraz
w zakresie działania i parametrów oraz parametrów oraz
wyznaczania
analizy pomiaru wyznaczania wyznaczania
charakterystyk
działania, parametrów charakterystyk charakterystyk
podstawowych
pomiaru podstawowyc podstawowych podstawowych
obwodów i
parametrów h obwodów i obwodów i obwodów i
urządzeń
oraz urządzeń. urządzeń urządzeń
elektronicznych.
wyznaczania Opanowane w Biegle
charakterystyk stopniu dobrym opanowane
. podstawowe umiejętności w
umiejętności w zakresie analizy
zakresie analizy działania,
działania, pomiaru pomiaru
parametrów oraz parametrów oraz
wyznaczania wyznaczania
charakterystyk charakterystyk
podstawowych podstawowych
obwodów i obwodów i
urządzeń. urządzeń
występujących w
technice
morskiej.
18
Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
eL 12248 12Biuletyn 01 12 201412 control statementsRzym 5 w 12,14 CZY WIERZYSZ EWOLUCJI12 2krlel wstepFadal Format 2 (AC) B807 12więcej podobnych podstron