2014-05-13 1 ELEMENTY ELEKTRONICZNE dr inż. Piotr Dziurdzia paw. C-3, pokój 413; tel. 617-27-02, [email protected]dr inż. Ireneusz Brzozowski paw. C-3, pokój 512; tel. 617-27-24, [email protected]AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji Katedra Elektroniki I E U E 0 Co to jest? EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne 2 n p B 2 E B 1 U BB ' < U BB '' < U BB ''' U E I E I B U BB E’ R E ujemna rezystancja p n p n q 0 0 0 p n p n q 0
32
Embed
Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji ...home.agh.edu.pl/~brudnik/downloads/LabEE/Wyklady/EiTwyklad_09.pdf · ELEMENTY PRZEŁĄCZAJĄCE Pracują w stanie: ... tyrystorowe
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
2014-05-13
1
ELEMENTY ELEKTRONICZNE
dr inż. Piotr Dziurdzia paw. C-3, pokój 413; tel. 617-27-02, [email protected]
EiT 2010 r. PD&IB Elementy elektroniczne – dynistor 11
A K IA
UAK
A K
A K
A K
UBR
UH UB0
IH
IB0
UB0 – napięcie załączenia
UH – napięcie podtrzymania
UBR – napięcie przebicia IH – prąd podtrzymania
STRUKTURA p-n-p-n z BRAMKĄ
EiT 2010 r. PD&IB Elementy elektroniczne – tyrystor 12
p++ n p+ n++
J1 J2 J3 A K
G
Pod wpływem prądu bramki IG następuje wstrzykiwanie elektronów z katody przez złącze J3, które wywołują przebicie lawinowe w złączu J2 zanim napięcie UAK
osiągnie UB0 – załączenie tyrystora
tyrystor sterowany dynistor Raz załączony tyrystor nie może być wyłączony prądem bramki (chyba, że jest to GTO).
Wyłączenie następuje przez zanik prądu anodowego, lub zmianę polaryzacji napięcia UAK.
2014-05-13
7
TYRYSTOR
EiT 2013 r. PD&IB Elementy elektroniczne – tyrystor 13
IA
UAK UBR
UH UB0
IH IIN
IL
UB1 UB2
A K
G
A K
G
IG=0
IG1 IG2 >
UBx – napięcie załączenia przy Igx
UH – napięcie podtrzymania
UBR – napięcie przebicia IH – prąd podtrzymania IL – prąd pewnego przełączenia IIL – prąd włączenia przy UB0
TYRYSTOR
zastosowanie • obwody o dużych prądach i napięciach
elektroenergetyka, napędy elektryczne, trakcje elektryczne, układy regulacji operujące na dużych mocach
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – warystor 36
2014-05-13
19
TERMISTOR
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – termistor 37
Półprzewodnikowy nieliniowy rezystor o rezystancji zależnej od temperatury
T
http://sklepelektroniczny.com
http://www.eres.alpha.pl/
CTC PTC
NTC
R
T NTC
U
I
Ch-ki rezystancyjno-temperaturowe
Ch-ka napięciowo-prądowa
T
B
NTCT AeR _
BTPTCT eAAR 21_
A, A1, A2 – stałe wsp., B – stała materiałowa
TERMISTOR
Rodzaje: • NTC – (Negative Temperature Coefficient) ujemny
współczynnik temperaturowy – wzrost temperatury powoduje zmniejszanie się rezystancji
• PTC – (Positive Temperature Coefficient) – dodatni współczynnik temperaturowy, tak zwany – wzrost temperatury powoduje wzrost rezystancji (pozystor)
• CTR – (Critical Temperature Resistor) – skokowa zmiana rezystancji – wzrost temperatury powyżej określonej powoduje gwałtowny wzrost rezystancji (bezpieczniki polimerowe)
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – termistor 38
CTC PTC
NTC
R
T
2014-05-13
20
Jak działa termistor?
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – termistor 39
kT
E
i
g
eATTn 22
3
310105,1300 cmKni
31mmczyli w możemy znaleźć 15 milionów swobodnych elektronów !!!
i tyleż samo dziur ;))
Jaka jest wrażliwość zmian koncentracji swobodnych elektronów
i dziur w samoistnym krzemie w otoczeniu temperatury T=300K?
należy obliczyć:
222
3
kT
E
Tn
dT
dn
g
i
i
i
po podstawieniu danych otrzymujemy: %3.8300 Ki
kT
E
bg
eAT 2
TERMISTOR
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – termistor 40
Budowa: Bryła odpowiednio dobranego i ukształtowanego
półprzewodnika z wyprowadzeniami.
Mieszanina sproszkowanych materiałów półprzewodnikowych (tlenki: manganu, niklu, kobaltu i miedzi) połączona odpowiednim spoiwem, sprasowana
i spieczona w wysokiej temperaturze.
Mogą być wykonane jako:
pałeczki, krążki, pierścienie, cylindry, bryłki, cienkie warstwy naniesione podłoże, itd.
A. Świt, J. Pułtorak, „Przyrządy półprzewodnikowe”, WNT, Warszawa, 1979
2014-05-13
21
TERMISTOR
Parametry: – rezystancja nominalna (R25) – wartość rezystancji w temp. 25oC
– temperaturowy współczynnik rezystancji (TWR, T) dla CTR – temperatura krytyczna
– dopuszczalna moc strat
– tolerancja
Zastosowanie: – pomiar i regulacja temperatury
– kompensacja temperaturowa innych elementów
– obwody opóźniające i ograniczające prądy rozruchu
– ograniczniki natężenia prądu (CTR)
– stabilizacja napięcia i amplitudy drgań
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – termistor 41
T
R
RT
T
1
FOTOREZYTOR
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – fotorezystor 42
Półprzewodnikowy nieliniowy rezystor o rezystancji zależnej od oświetlenia
(natężenia promieniowania widzialnego i niewidzialnego)
RE – rezystancja fotorezystora E – natężenie oświetlenia R0 – rezystancja przy natężeniu E0
– współczynnik materiałowy dla CdS = 0,5 1
LDR – Light Dependent Resistor
http://www.cyfronika.com.pl Pmax
I
U
Umax
E1
E2
E3
E4
E5
E1 < E2 < E3 < E4 < E5
FIII 0I0 – prąd ciemny IF – prąd fotoelektryczny
2014-05-13
22
FOTOREZYSTOR
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – fotorezystor 43
U
h półprzewodnik
Przewodność:
)( 00 pnq pn
I0 + IF
ilość nadmiarowych, samoistnych nośników:
pLGpn
GL – prędkość generacji p – czas życia nośników nadmiarowych
wzrost przewodności:
))(( pnpq
fotoprzewodnictwo
Materiały: CdS – siarczek kadmu CdSe – selenek kadmu CdTe – tellurek kadmu PbS, PbSe, CdHgTe, InSb, PbSnTe i inne
FOTOREZYSTOR
Parametry: – czułość widmowa
– rezystancja ciemna - bez oświetlenia
– rezystancja przy określonym oświetleniu (np. 10lx, 100lx)
– czułość max. dla długości fali
– dopuszczalna moc strat
– czas odpowiedzi (przełączania),
Zastosowanie: – proste mierniki oświetlenia
– automatyczne włączanie oświetlenia
– detektory promieniowania kosmicznego
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – fotorezystor 44
2014-05-13
23
PIEZOREZYTOR
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – piezorezystor 45
Półprzewodnikowy nieliniowy rezystor o rezystancji zależnej od naprężenia lub
deformacji mechanicznej
tensometry czujniki mechano-elektryczne
piezoelektryczność [gr.], zjawisko piezoelektryczne, fiz. powstawanie ładunku elektrycznego na ściankach niektórych kryształów pod
wpływem ich ściskania lub rozciągania wzdłuż jednej z osi krystalograficznych; odkryta 1880 przez Pierre’a i Paula Curie; wykorzystywana w przyrządach pomiarowych, mikrofonach,
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – piezorezystor 46
lkR
R
0
S
lR
Tensometr rezystancyjny
pręt krzemowy (wym.: 0,1x0,1x510mm)
Rl odkształcenie:
mała czułość l S
l
lR
R
k0
0
R – rezystancja płytki po przyłożeniu siły, R0 – rezystancja początkowa (bez działania siły) l – długość płytki po przyłożeniu siły, l0 – początkowa długość płytki (bez działania siły
k = 1,63,5
k = 40300 podkładka izolacyjna
2014-05-13
24
PIEZOREZYSTOR - TENSOMETR
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – piezorezystor 47
Parametry: – czułość
– rezystancja
– wymiary
Zastosowanie: – tensometry półprzewodnikowe
– piezorezystancyjne czujniki ciśnienia (w układach scalonych)
– piezoelektryczny czujnik przyspieszenia
– silnik piezoelektryczny (mikrosilnik)
REZONATOR PIEZOELEKTRYCZNY
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – rezonator piezoelektryczny 48
Płytka wycięta z monokryształu kwarcu (SiO2) po doprowadzeniu napięcia sinusoidalnego zaczyna drgać z częstotliwością rezonansową, w skutek odwrotnego
efektu piezoelektrycznego.
2
0
20
22
1
)(
sk
k
s
sk
s
k
C
Cs
QssC
Qs
sZ
C0
Lk
Ck
rk
Model zastępczy
kk
sCL
1
rezonans szeregowy
k
ksk
r
LQ
dobroć rezonatora
0
0
02
11
C
C
CC
CCL
ks
k
kk
r
rezonans równoległy
Reaktancja XZ w funkcji częstotliwości dla bezstratnego rezonatora kwarcowego
Rysunek zaczerpnięto z S. Kuta „Elementy i układy elektroniczne”, AGH 2000
2014-05-13
25
PÓŁPRZEWODNIK W POLU MAGNETYCZNYM
Wpływ pola magnetycznego na nośniki ładunku w półprzewodniku
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – półprzewodnik w polu magnetycznym 49
Ux I
Ex
ve
PÓŁPRZEWODNIK W POLU MAGNETYCZNYM
Wpływ pola magnetycznego na nośniki ładunku w półprzewodniku
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – półprzewodnik w polu magnetycznym 50
Ux I
B Siła Lorentz’a:
)( BvqF
ve
Ex
2014-05-13
26
PÓŁPRZEWODNIK W POLU MAGNETYCZNYM
Wpływ pola magnetycznego na nośniki ładunku w półprzewodniku
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – półprzewodnik w polu magnetycznym 51
Ux I
Ex
BZ
V
Ey
zxHy BJRE
RH – stała Halla:
dla pp. donorowych: dla pp. akceptorowych: n
Hqn
R8
3
p
Hqp
R8
3
HALLOTRON
HALLOTRON
EiT 2012 r. PD&IB Elementy elektroniczne – hallotron 52
Przyrząd półprzewodnikowy, działający w oparciu o zjawisko Halla
U
B
Ix1
Ix2
Ix3
Ch-ka oddziaływania pola magnetycznego
Ch-ka napięciowo-prądowa wyjściowa
zxH
y
yyyy
BIc
RU
IRUU
)0(
)0(
Ry – rezystancja obszaru roboczego RH – stała Halla c – grubość obszaru roboczego