Aktívne elektrotechnické súčiastky

Prírodné vedy » Fyzika

Autor: Dievča rox85
Typ práce: Referát
Dátum: 20.07.2009
Jazyk: Slovenčina
Rozsah: 1 521 slov
Počet zobrazení: 7 503
Tlačení: 442
Uložení: 443
aktívne súčiastky – sú teda zdroje elektrickej energie alebo súčiastky, ktoré sa za určitých okolností správajú v obvode ako zdroje;
 
rozdelenie AES:
a.) diskrétne súčiastky (foto diódy, tranzistory)
b.) zosilňovače (operačné zosilňovače, oscilátory)
 
♦ princíp vlastnej vodivosti – vznikne z čistého bezprímesového kremíka Ge, Si
vlastná vodivosť – ak valenčný elektrón niektorého atómu polovodiča získa vonkajším vplyvom dostatočnú energiu na dosiahnutie vodivostného pásma, opustí svoje miesto vo valenčnej sfére atómu a po pripojení vonkajšieho napätia je polovodič schopný viesť elektrický prúd. Atóm, ktorý stratil jeden z valenčných elektrónov, sa zmenil na kladne nabitý ión a jeho elektrické pole pôsobí príťažlivou silou na elektróny v blízkom okolí. Ak sa mu podarí vytrhnúť z niektorého susedného atómu jeden z valenčných elektrónov, jeho záporným nábojom eliminuje svoj vlastný kladný náboj, ale za cenu toho, že teraz je ionizovaný susedný atóm. Ak si tento ión, a po ňom aj ďalšie vzniknuté ióny obnovia svoju elektrickú rovnováhu rovnakým spôsobom, znamená to postupné premiestňovanie medzery po chýbajúcom elektróne. Tento nevyrovnaný kladný náboj, ktorý zodpovedá chýbajúcemu elektrónu, sa nazýva diera. Diera je voľným kladným nosičom elektrického prúdu, jej náboj je + 1,602 . 10  C. „Tok“ dier vytvára kladný elektrický prúd. Diery sa pohybujú opačným smerom ako elektróny. Smer ich pohybu súhlasí s technickým  smerom elektrického prúdu.

Diera existuje dovtedy, kým sa nestretne s nejakým voľným elektrónom. Spojenie voľného elektrónu a diery a obnovenie elektricky neutrálneho stavu v danom mieste kryštálovej mriežky sa nazýva rekombinácia. Celkom čistý kremík a germánium, ktoré neobsahujú žiadne elektricky aktívne atómy iných prvkov, sa nazývajú vlastné polovodiče. Vedenie elektrického prúdu vo vlastných polovodičoch sa uskutočňuje elektrónmi a dierami, pričom počet elektrónov je rovnaký ako počet dier. Vodivosť čistého polovodiča nazývane vlastnou vodivosťou alebo vodivosťou typu I.

♦ princíp nevlastnej vodivosti – vznikne, keď dotujeme čisté Ge, Si prímesami – poznáme trojmocné a päťmocné prvky: päťmocné prvky nazývame donory a sú to: arzén, fosfor, antimon; trojmocné prvky nazývame akuptory a sú to: gálium, bór, hliník, indium

nevlastná vodivosť – elektrické vlastnosti polovodiča môžeme upravovať veľmi rozmanitým spôsobom pomocou elektricky aktívnych prímesí. Na tento účel sú najvhodnejšie niektoré prvky, ktoré susedia s kremíkom v periodickej sústave prvkov a majú tri alebo päť valenčných elektrónov (trojmocné alebo päťmocné prvky). Pridávanie takej prímesi do čistého polovodiča nazývane dotáciou.

Berme do úvahy najprv prímes prvku, ktorý má vo valenčnej sfére päť elektrónov (napr. arzén, fosfor, antimón). Ak je polovodič dotovaný napr. arzénom, nahradí atóm arzénu v kryštálovej mriežke polovodiča atóm polovodiča. Štyri z piatich valenčných elektrónov arzénu sa viažu valenčnými väzbami so štyrmi susednými atómami polovodiča. Piaty (nadbytočný) valenčný elektrón arzénu nie je viazaný žiadnym susedným atómom. Na jeho odtrhnutie od materského atómu stačí podstatne menšie energia, ako je energetická medzera základného polovodiča. Preto už pri normálnych teplotách okolo 300 K sa nachádzajú nadbytočné elektróny takmer všetkých atómov prímesi vo vodivostnom pásme. Popri tom trvalo vznikajú a rekombináciou opäť zanikajú diery a elektróny ako vo vlastnom polovodiči. Rozdiel oproti vlastnému polovodiču je v tom, že polovodič, dotovaný päťmocným prvkom má oveľa viac elektrónov ako dier. Elektróny sa nazývajú väčšinovými (majoritnými) nosičmi prúdu, diery menšinovými (minoritnými) nosičmi prúdu. Dotovaný polovodič sa nazýva nevlastný polovodič a jeho vodivosť nevlastnou vodivosťou. V tomto prípade je vodivosť prevažne elektrónová; elektrón nesie negatívny náboj – odtiaľ označenie polovodič a nevlastná vodivosť N Prímes z piatej skupiny prvkov sa nazýva donor.
Ak je polovodič dotovaný trojmocným prvkom (napr. gáliom, bórom, hliníkom, indiom), stačia jeho tri valenčné elektróny na vytvorenie valenčných väzieb len s tromi susednými atómami polovodiča. Elektrón na uskutočnenie štvrtej väzby chýba. Preto vo valenčnej sfére jedného zo štyroch atómov polovodiča, ktoré susedia  atómom prímesi, chýba jeden elektrón do plného počtu. V materiáli dotovanom trojmocným prvkom vzniká nadbytok dier. Nevlastná vodivosť tohto typu polovodiča je prevažne dierová – pozitívna – vodivosť P. Diery sú väčšinovými a elektróny menšinovými nosičmi. Trojmocná prímes sa nazýva akceptor.

Koncentrácia prímesí sa udáva počtom atómov prímesí v 1 cm polovodiča, napr. 10  cm  . Koncentrácia čistého polovodiča, napr. kremíka je približne 10  cm  . Pri porovnaní obidvoch koncentrácií vidíme, že v tomto prípade jeden atóm prímesi pripadá na 10  atómov kremíka. Pri normálnej teplote má len malá časť elektrónov polovodiča dostatok energie na to, aby prenikla do vodivostného pásma. Pri čistom kremíku je to len asi 10 elektrónov z celkového počtu elektrónov 10  cm  . Preto je pri normálnej teplote vlastná vodivosť polovodiča taká malá. Ak je v dotovanom polovodiči koncentrácia prímesi 10  cm  , znamená to, že v 1 cm  je navyše 10 voľných elektrónov, a teda nevlastná vodivosť je 10  - krát väčšia oproti vlastnej vodivosti. 
 
typ vodivosti:
a.) „P“ – pozitívna, kladná, dierová +
b.) „N“ – negatívna, záporná, elektrónová
 
diódy:
♦ zenerova dióda – stabilizačná; stabilizuje napätie, aby nekolísalo; kremíková plošná dióda;  používa sa v závernom smere; má veľmi ostrý priechod PN
použitie: stabilizátory napätia, obmedzovače, spínače, ochrana proti prepätiu, zdroj referenčného napätia atď.
♦ lavínová dióda – kremíková plošná dióda
použitie: stabilizátory napätia, obmedzovače, spínače, ochrana proti prepätiu, zdroj referenčného napätia atď.
♦ tunelová dióda – plošná dióda; nestabilná; silne dotovaná dióda s veľmi ostrým priechodom PN; v spätnom smere sa správa ako lineárny rezistor s malým odporom (prepúšťa prúd); na výrobu sa používa germánium alebo gáliumarzenid
použitie: v oscilátoroch, ako rýchly spínač
♦ kapacitná dióda –– plošná kremíková dióda;
najdôležitejšie vlastnosti kapacitnej diódy:
- dostatočne veľká kapacita
- čo najväčší ovládaný rozsah kapacít
- čo najmenší prúd v spätnom smere
- čo najmenšia hodnota sériového odporu
použitie: v rôznych obvodoch práve kvôli kapacite jej priechodu PN
 
a.) varaktor – správa sa ako nelineárna reaktancia; používa sa ako násobič frekvencie na vysokých frekvenciách; voláme ju aj akumulačná dióda
b.) varikap – správa sa ako lineárna reaktancia; najčastejšie sa používa ako ladiaca kapacita v rezonančných obovdoch
♦ schottkyho dióda – veľmi rýchly spínač s priechodom polovodič – kov (gálium, arzén – zlato; kremík – hliník)
použitie: usmerňovanie prúdov veľmi vysokých frekvencií a ako veľmi rýchly spínač
 
♦ dióda PIN – kremíková; vyrábaná planárnou technológiou; medzi oblasti polovodiča s nevlastnou vodivosťou P a N je vložená vrstva s vlastnou vodivosťou
použitie: spínacia súčiastka pre vysoké frekvencie; spínanie veľkých výkonov
 
viacvrstvové polovodičové spínacie súčiastky:
♦ diak – štruktúra PNP - trojvrstvová; obojstranne spínacia súčiastka, t. j. aj v priepustnom aj v závernom smere, čiže jej spínanie nezáleží od polarity 
použitie: predpäťová ochrana, pomocný spínač na budenie triakov, pomocná súčiastka pre tyristory
♦ tyristor – kremíková; štruktúra PNPN, NPNP – štvorvrstvová; tyristor so štruktúrou NPNP sa u nás nevzrába; tyristor otvoríme len veľkým spínacím napätím; tyristor sa rýchlo otvorí a správa sa ako dióda; ak polarizujeme opačne neprepúšťa prúd, je v závernom smere
použitie: ovládané spínače v jednosmerných obvodoch, ovládané usmerňovače v obvodoch striedavého prúdu
♦ triak – kremíková; 5 – vrstvová spínacia súčiastka; antiparalelné zapojenie dvoch rezistorov
použitie: ako tyristor ale ako obojsmerne pracujúci spínač a usmerňovač
 
teplotne závislé súčiastky:
♦ termistor – je negatívny respektíve negatívna teplotne závislá súčiastka, lebo so zvyšujúcou teplotou odpor klesá; vyrába sa z oxidov a sírnikov kovov; typické vlastnosti: veľký záporný teplotný súčiniteľ odporu; tyčinkové, platničkové, perličkové vyhotovenie; nesmie sa zapájať paralelne
použitie: teplotné snímače, v meracej automatizačnej technike stabilizácia a regulácia, oneskorené spínanie, obmedzovanie prúdových nárazov
♦ pozistor – pozitívny termistor; so zvyšovaním teploty jeho odpor stúpa; symetricky nelineárna; vlastnosti opačné ako termistor
použitie: teplotný spínač pri nízkych teplotách
 
fotosúčiastky:
♦ fotoodpor – vyrábajú sa zo sirníka a selenidu kademnatého; jeho odpor závisí od osvetlenia; všetky fotoodpory sú v porovnaní s inými fotoelektrickými súčiastkami pomerne veľmi malé
použitie: meranie intenzity osvetlenia, požiarny hlásič
♦ fotodióda – polovodičová dióda konštrukčne riešená tak, aby na jej priechod PN mohlo dopadať svetlo; aktívna súčiastka; niektoré fotodiódy môžu pracovať v odporovom aj v hradlovom režime
použitie:
hradlové fotodiódy – svetlom ovládané zdroje jednosmerného napätia (v meračoch osvetlenia – expozimetroch, luxmetre, v bezpečnostných zariadeniach pre stroje, na automatické ovládanie svetla)
odporové fotodiódy – zvukové budiče pre optický záznam zvuku, snímače diernej pásky
♦ fototranzistor – bipolárny, kremíkový, planárny alebo epitaxne planárny tranzistor konštrukčne riešený tak, aby na jeho emitorový priechod mohlo dopadať svetlo; používa sa v zapojení so spoločným emitorom; vonkajší zdroj je zapojený medzi emitor a kolektor tak, aby kolektorový priechod bol polarizovaný v spätnom smere

tranzistory:
používajú sa na zosilnenie; na spínanie obvodov; súčasť všetkých zosilňovačov
♦ bipolárne – má dva rovnaké póly; polovodičová súčiastka, ktorá v podstate predstavuje antisériovú kombináciu dvoch priechodov PN, ktoré sú v jednom monokryštáli usporiadané tak, že jedna z oblastí je spoločná pre obidva priechody. Táto spoločná oblasť sa nazýva báza (B). Ďalšie dve oblasti majú opačný typ vodivosti ako báza a nazývajú sa emitor (E) a kolektor (C).
♦ unipolárne – má dva rovnaké póly a je riadený elektrickým prúdom; miesto bázy má G – hradlo spravidla kov a je riadený elektrickým polom – elektrickým nábojom
 
♦ operačné zosilňovače – jednosmerné zosilňovače s veľkým napäťovým zosilnením, veľkou vstupnou impedanciou, s malou výstupnou impedanciou. Výstupom z operačných zosilňovačov je elektrický prúd alebo napätie. Ideálny operačný zosilňovač je charakterizovaný týmito vlastnosťami: nekonečné napäťové zosilnenie, nekonečná vstupná impedancia, nulová výstupná impedancia, frekvenčná nezávislosť, nulovému vstupnému napätiu zodpovedá nulové výstupné napätie. Užívateľ operačného zosilňovača nepotrebuje poznať vnútorné zapojenie ale zosilnenie v stave naprázdno, vstupný a výstupný odpor, hodnotu napájacieho napätia. Operačné zosilňovač majú vysoké zosilnenie v stave naprázdno 1 000 – 100 000. Zápornou spätnou väzbou sa znižuje zosilnenie. Čím silnejšia je záporná spätná väzba, tým sú vlastnosti presnejšie a stabilnejšie.

♦ oscilátory – vyrábajú harmonické kmity (sínusovka, cosínusovka); LC (cievka – kondenzátor), RC (odpor – kondenzátor) – raidené kryštálom (najpresnejšie); používajú sa v rádiotechnike a meracej technike; blokovací oscilátor – neharmonický kmit, schopný vyrábať krátke impulzy pílovité; časti oscilátora – rezonančný obvod, ktorý vyrába harmonické kmity, zosilňovač (zosilňovacia časť), ktorý nedovolí aby sa tieto kmity utlmovali; používame kladnú spätnú väzbu v oscilátoroch, keď je v štvorčeku.
Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1


Založiť nové konto Pridať nový referát

Odporúčame

Prírodné vedy » Fyzika

:: KATEGÓRIE - Referáty, ťaháky, maturita:

0.012