Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 70

Polovodičové součástky se dvěma PN přechody PowerPoint PPT Presentation


  • 221 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Polovodičové součástky se dvěma PN přechody. Tranzistory. Tranzistor. TRAN sfer re SISTOR 1947 Brattain a Shockley ( Bellovy telefonní laboratoře, USA) Bipolární – využívají jak elektrony tak díry Unipolární – používají pouze nosiče náboje jedné polarity Kombinované.

Download Presentation

Polovodičové součástky se dvěma PN přechody

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody

Polovodiov soustky se dvma PN pechody

Tranzistory


Tranzistor

Tranzistor

  • TRANsfer reSISTOR

  • 1947 Brattain a Shockley (Bellovy telefonn laboratoe, USA)

  • Bipolrn vyuvaj jak elektrony tak dry

  • Unipolrn pouvaj pouze nosie nboje jedn polarity

  • Kombinovan


Rozd len z kladn ch typ tranzistor dle konstrukce

Rozdlen zkladnch typ tranzistor dle konstrukce

TRANZISTORY

BIPOLRN UNIPOLRN

Bipolar Junction Tranzistor (BJT) Polem zen Field Effect Transistor (FET)

PNP NPN MOSFET MESFET JFET

zabudovan indukovan zabudovan indukovan kanl P kanl N

kanl kanl kanl kanl

P N P N P N P N

BIPOLRN POLEM ZEN

IGBT


Z kladn zapojen bipol rn ho tranzistoru

Zkladn zapojen bipolrnho tranzistoru

Jeden pechod PN je plovn v propustnm smru vi stedn sti a zbvajc vi te sti vzvrnm smru.

Vnj elektrodu tranzistoru pilhajc kpechodu plovanmu v propustnm smru nazvme emitorem (nebo emiterem), stedn st bz a zbvajc elektrodu kolektorem.


Tranzistory

Tranzistory

NPN PNP

Oblast, kde probh tranzistorov jev

Prez diskrtnm tranzistorem


Princip tranzistorov jev npn

Princip Tranzistorov jev (NPN)

  • Elektrony (majoritn nosie) v emitoru jsou injektovny do bze avblzkosti pechodu emitor-bze se pak v bzi vytv zven koncentrace elektron.

  • Vznik gradient koncentrace elektron v bzi tak, e smrem ke kolektorovmu pechodu elektron v bzi ubv. To je dvodem pro difuzi elektron skrz bzi smrem klesajcho gradientu, tedy smrem ke kolektorovmu pechodu.

  • Cestou skrz bzi ada elektron nekombinuje, nebo majoritnmi nosii v bzi jsou dry, avak vzhledem k tomu, e tlouka bze je mal ve srovnn sdifuzn dlkou, velk procento elektron se dostane do blzkosti pechodu bze-kolektor.

  • Pechod bze-kolektor je plovn v zvrnm smru pro majoritn nosie v bzi, tedy dry. Elektrony, kter difundovaly bz ke kolektorovmu pechodu vid naopak potencilov skok vurychlujcm smru a tak vechny elektrony, kter se dostaly do blzkosti kolektorovho pechodu, budou tmto potencilovm skokem vtaeny do kolektoru.


Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody

  • Tee-li bz elektronov proud, je nutn do bze dodvat dry na rekombinaci tch elektron, kter v bzi rekombinuj; tento drov proud tedy tvo proud bze.

  • Vzhledem k tomu, e v bzi zrekombinuje jen mal procento z celkovho proudu elektron, je bzov proud mal ve srovnn s proudem, kter tee cestou emitor-bze-kolektor.

  • Kolektorov proud (zkladn rovnice tranzistoru):

    Ik=Ik0+Ie,

    kde Ik je celkov proud kolektoru, Ik0 zbytkov proud diody bze-kolektor, proudov zeslen tranzistoru v zapojen se spolenou bz ( u SE a SC) a Ie emitorov proud.

  • Proudy Ik, Ib a Ie mus splovat 1. Kirchhoffv zkon, tedy

    Ie=Ib+Ik,

    kde Ib je proud bz. Koeficient m standardn hodnoty okolo 0.99 u bnch dobrch kemkovch tranzistor, ale me doshnout i hodnoty okolo 0.999.


Jednostup ov tranzistorov zesilova se spole n m emitorem

Jednostupov tranzistorov zesilova se spolenm emitorem

Ze zkladn rovnice tranzistoru aKirchhoffova zkona, vyjde analogie zkladn rovnice tranzistoru pro zapojen se spolenm emitorem:

Ik=(/(1-a))Ib+(1/(1-))Ik0=Ib+Ik0

a

Ie=Ib+Ik

Zde je=/(1-) a Ik0= Ik0/(1-)=(+1)Ik0

Koeficient - proudov zeslen tranzistoru v zapojen se spolenm emitorem a Ik0 zbytkovm proudem tranzistoru vzapojen se spolenm emitorem.

V katalogu se rovn mete setkat soznaenm h21b msto a h21e msto , souvis to s nhradnm zapojenm tranzistoru, tzv. hybridnm nhradnm zapojenm


Re imy pr ce tranzistoru

Reimy prce tranzistoru

  • Zvrn reim

  • Aktivn reim

  • Inverzn aktivn reim

  • Saturan (nasycen) reim


V a charakteristiky tranzistoru

V-A charakteristiky tranzistoru

1. Vstupn charakteristika

UCE = konst.

2. Pevodn charakteristika (proudov)

UCE = konst.

3. Vstupn charakteristiky

IB = konst.

4. Zptn pevodn charakteristika

IB = konst.


Mezn parametry

Mezn parametry

  • Napjec napt UCC nesm pekroit prrazn napt UBRCE0 nebo UBRCB0 (podle typu zapojen).

  • Nesm se pekroit max. hodnota kolektorovho proudu Icmax jako u diody.

  • Pcmax = UCE. IC max. kolektorov ztrta vkon, kter je pouzdro tranzistoru schopno vyzit do okol

Povolen pracovn oblast tranzistoru


Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody

  • Bipolrn tranzistor potebuje ke svmu buzen vkon do bzovho (SE) nebo emitorovho (SB) obvodu.

  • Primrn veliinou ve vstupnm obvodu je proud, kter tee bu do bze (zapojen SE) nebo do emitoru (zapojen SB) bipolrnho tranzistoru.

  • Toto neumouje integrovat vt mnostv (dov tisce) bipolrnch tranzistor na jedinm ipu, nebo generovan Jouleovo teplo by miniaturn ip nebyl schopen odvst.

  • Bipolrn tranzistory se proto pouvaj zejmna v analogovch integrovanch obvodech, kde nen tak vysok hustota integrace, a v slicovch obvodech mal a stedn hustoty integrace.


Z kladn zapojen tranzistor

Zkladn zapojen tranzistor

  • Spolen bze

  • Spolen emitor

  • Spolen kolektor


Tranzistor jako zesilova

Tranzistor jako zesilova

Zeslen proudu Zeslen napt


N hradn sch ma tranzistoru

Nhradn schma tranzistoru

Zejmna pro nzkofrekvenn aplikace definuj parametry tranzistoru hybridn charakteristick rovnice:

Pro SE

uBE = h11e iB + h12e uce

ic = h21e iB + h22e uCE


Dvoub zov dioda

Dvoubzov dioda

Zpsob innosti:

Mezi bzemi B1 a B2 je pomrn velk odpor s vodivost N, pi piloen napt se vytvo jen mal proud IB2B1. Jestlie se vstupn napt UEB1 (napt mezi emitorem E a bz B1) zvt nad hodnotu vstupnho prahovho napt, bude pechod PN plovn v pmm smru a velmi rychle stoupne proud IE a zaplav se oblast ped B1 volnmi nosii nboje. Tm se odpor seku drhy EB1 prudce zmen, tj. UEB1 se zmen pi rostoucm vstupnm proudu IE. Dsledkem je zporn sklon charakteristiky, tj. zporn vstupn odpor. To je vyuvno nap. pro zapnn tyristor.


Nap t dvoub zov diody

Napt dvoubzov diody

  • Vstupn napt, pi kterm dvoubzov dioda zapne:

  • U(TO) je prahov napt vstupn diody EB1. Protoe soustka je vytvoena vtinou z kemku, je U(TO) kolem 0,6 V. Konstanta je typov konstanta:

  • piem odpor RB1 je odpor drhy od bze B1 a po pechod PN a RB1B2 je odpor drhy od bze B1 k bzi B2. Hodnoty = (0,2 - 0,9).


D iak

Diak

  • Diak je symetrick vcevrstv kemkov prvek, obvykle zaazovan mezi diody. Nejvt pouit nalezl v dicch obvodech tyristor a triak, ke kterm byl speciln konstruovan. V tchto obvodech umouje jednoduchou regulaci hlu oteven , pi fzovm zen.

  • Pilome-li ke svorkm diaku napt libovoln polarity, neprochz proud do t doby, dokud napt nepeshne hodnoty spnacho napt UB0 na pechodu PN. Tento druh pechod (z kterkoliv strany) v diaku je vdy plovn v zvrnm smru. V okamiku oteven zvrnho pechodu pronikne spnac proud IB0 celm diakem.


V a charakteristika a struktura

V-A charakteristika a struktura

  • Polovodiov prvek se zpornm diferencilnm odporem.

  • Z charakteristiky je patrn, e napt na diaku stoup do urit velikosti UB0. Pekroenm napt UB0 se diak oteve a tee proud.

  • Napt na diaku s rostoucm proudem kles na hodnotu UF, kter bv piblin o 5V ni (U = 5V) ne spnac napt - oblast zpornho dif. odporu,

  • Charakteristika je symetrick.

A1

A2


Tyristor

Tyristor

  • ke spnacm elm, bezeztrtov regulace vkonu

  • TYRISTOR - tyvrstv spnac prvek, tj. prvek obsahujc ti pechody PNPN. Meme si jej pedstavit jako dva bipolrn tranzistory, jeden PNP a druh NPN


Funkce tyristoru

Funkce tyristoru

  • Analogie k funkci stykae, kter by ml jedno vinut pdrn cvky zapojen do srie se spnanm hlavnm obvodem a navc by mla cvka stykae jet jedno vinut navc vinut tenkm drtem s mnoha zvity. Styka se sepne zavedenm malho proudu do tohoto pomocnho vinut, a pak proud hlavnm obvodem udruje styka sepnut; zmenme-li tento proud pod urit minimum, pak kotva stykae odpadne a hlavn obvod se rozpoj.

  • Analogie se stykaem nefunguje v rychlosti spnn; zatmco spnac doba tyristoru je v du stovek ns, u stykae jsou to destky milisekund.


Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody

  • Zvrn smr - ke katod smuje kladn napt, k anod zporn. Tyristor pak neme propoutt proud. Zvrn smr se vznamn uplatuje v obvodu stdavho proudu.

  • Blokovac stav se opr jen o zvrn plovan prostedn pechod, piem oba krajn pechody jsou plovny v propustnm smru. Tyristor je pipraven k sepnut, avak sm bez dalho nesepne.

  • Propustn smr na dic elektrodu G se pivede kladn napt proti katod, co vyvol spnac proud, tekouc pechodem PN mezi elektrodami G-K. Nsledkem tohoto proudu se zablokovan prostedn pechod zaplav volnmi nosii nboje - sepnut tyristoru. Spnac proud potom protk celm obvodem anoda-katoda.


Zapnut a vypnut tyristoru

Zapnut a vypnut tyristoru

Principy zapnut:

1. Pivedenm kladnho dcho proudu do dc elektrody.

2. Pekroen prraznho blokovacho napt.

3. Pekroen strmosti nrstu blokovacho napt.

Tyristor v sepnutm stavu nedoke proud peruit, tj. rozepnout, tebae ji dic impulz na vstupn elektrod G odeznl.

Principy vypnut:

1. mus se peruit obvod, nebo odpojit zdroj.

2. obvod se napj pulzujcm stejnosmrnm proudem - dochz k peruovn kadou setinu sekundy. Tot plat pro tyristor v obvodu stdavho proudu.

3. piveden zvrnho napt k elektrodm A-K.

4. poklesem prochzejcho proudu pod rove vratnho proudu.


Va charakteristika tyristoru

VA charakteristika tyristoru


T riak

Triak

  • Struktura obsahuje pt vrstev polovodi ve sloen NPNPN

  • Triak lze funkn zamnit s dvojic tyristor, zapojench proti sob ke spnn stdavho napt.

  • Krom dic elektrody G m triak dv anody: A1 a A2, piem A1 je ve struktue bl k dic elektrod.

  • Triakem proud prochz jak v kladn tak i zporn plvln.

Triak slou v obvodech stdavho prouduk zen vkonu spotebi, zapojench v elektrorozvodn sti.


Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody

  • vzjemn kombinace anodovho a dicho napt dv tyi rzn monosti spnn triaku podle polarity napt

  • dic elektroda m ve struktue takov uspodn, e lze triak spnat proudem jak kladn, tak i zporn polarity, a to pi obou polaritch na elektrodch A1, A2

Kontrola funknosti:


V a charakteristika triaku

V-A charakteristika triaku


Unipol rn tranzistory

Unipolrn tranzistory

  • Poteba aktivnho prvku v pevn fzi s vysokm vstupnm odporem vedla k objevu akonstrukci tzv. tranzistor zench polem, jinak nazvanch FET (z anglickho field effect transistor).

  • dic elektrodou tranzistor FET tee bu jen velmi mal proud ekvivalentn proudu diody v zvrnm smru, nebo je tato dic elektroda izolovan od zenho obvodu vrstvikou SiO2, take j netee prakticky dn proud (pedstavuje ss odpor o velikosti cca 1012 W ).

  • Historicky prvn vznikly tranzistory s dic elektrodou (hradlem) izolovanou zvrn plovanm pechodem PN, tzv. tranzistory JFET (junction FET).

JFET MOSFET


Rozd len z kladn ch typ tranzistor dle konstrukce1

Rozdlen zkladnch typ tranzistor dle konstrukce

TRANZISTORY

BIPOLRN UNIPOLRN

Bipolar Junction Tranzistor (BJT) Polem zen Field Effect Transistor (FET)

PNP NPN MOSFET MESFET JFET

zabudovan indukovan zabudovan indukovan kanl P kanl N

kanl kanl kanl kanl

P N P N P N P N

BIPOLRN POLEM ZEN

IGBT


Tranzistor typu mosfet

Tranzistor typu MOSFET

  • Metal Oxide Semiconductor FET

  • Hradlo je izolovno tenkou vrstvikou izolantu, nap. SiO2 a tak stejnosmrn vstupn odpor tohoto prvku je teoreticky nekonen, v praxi je du 1011-1012 W.

  • Do substrtu o vodivosti P jsou nadifundovny dv oblasti typu N+ a tyto oblasti slou jako elektrody S a D.

  • dic elektroda je mezi tmito oblastmi a je izolovna tenkou vrsvou SiO2.

N+

N+

P substrt


Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody

  • Pilome-li nyn na dic elektrodu dostaten vysok kladn napt, vytvo se na povrchu polovodie typu P vblzkosti hradla tzv. inverzn vrstva, tj. vrstva o opan vodivosti, tedy o vodivosti N a tato inverzn vrstva propoj oblasti typu N (tedy elektrody S a D) aproud mezi tmito elektrodami me prochzet.

  • Vznik inverzn vrstvy - pilome-li na hradlo G tranzistoru MOSFET kladn napt vi elektrod S, vznik efektem elektrostatick indukce elektrick pole v izolan vrstv (zporn nboj ve vrstv se hromad v blzkosti hradla akladn v blzkosti povrchu polovodie). V blzkosti rozhran oxid-polovodi vznik v polovodii typu P vrstva obohacen elektrony. Je-li nboj nahromadn na stran oxidu dostaten velik me obohacen elektrony v polovodii vst k vytvoen vrstvy opan vodivosti, ne ml pvodn polovodi, tato vrstva se nazv proto inverzn vrstva.


Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody

  • Tedy nepotee proud IDS, bude-li na elektrod G nulov napt vi elektrod S. Je to tm, e inverzn vrstva je indukovna naptm na hradle tranzistoru, bez napt inverzn vrstva neexistuje a tranzistor tedy nevede - tranzistor MOSFET s indukovanm kanlem

  • Pi prci s tranzistory MOSFET je teba dbt na ochranu ped statickou elektinu. Aby byla strmost tranzistor MOSFET co nejvy, vyrb se tranzistory MOSFET s velmi tenkou izolan vrstvikou, kter snese jen velmi mal napt, nap. jen 20-30 V - me bt proraena naptm, kter vznik tenm odvu z uml hmoty o vzduch, nebo onbytek z uml hmoty (doshne i nkolika kV).


Tranzistor typu jfet

Tranzistor typu JFET

Zesilova s tranzistorem JFET s kanlem N:

Nhradn schma:


Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody

D

(drain)

S

(source)

Hradlo

G

(gate)

  • Pilome-li napt na hradlo i na odtokovou elektrodu. Trmek polovodie tvoc tranzistor JFET je homogenn materil a proto se na nm napt UDS rozlo prakticky rovnomrn po jeho dlce.

  • Elektroda G (pechod PN), m konenou dlku a tedy napt mezi elektrodou G a S je tak zvisl na vzdlenosti a to tak, e smrem k elektrod D zvrn napt roste.

  • To m za nsledek zen prezu vlcov sti polovodie, kterou me tci proud.

  • Zvtme-li nyn (zvrn) napt UGS, zmenme dle tento prez a se spoj v ose vlce, take prez t sti polovodie, kter obsahuje voln nosie nboje, (pispv kveden proudu mezi elektrodami S a D) se rovn nule a proud mezi elektrodami S a D je nula.

  • Tedy naptm mezi elektrodami G a S dm velikost proudu mezi elektrodami S a D tj. aktivn prvek v pevn fzi (obdoba elektronky).


Z kladn zapojen fet tranzistor

Zkladn zapojen FET tranzistor

JFET s kanlem N (a) P(b) jako zdroj proudu (10-20 mA)

JFET s kanlem N (a) P(b) jako pesn zdroj proudu (nastaven pomoc Rs)


Tranzistor mesfet

Tranzistor MESFET

  • Metal Semiconductor FET

  • Nahrazenm PN pechodu mezi G a S Schottkyho diodou (pechod kov-polovodi)

  • Materil: substrt GaAs velk pohyblivost elektron

  • Tranzistor vyuv tenk vodiv kanl jeho prez se d pomoc depletin vrstvy vytvoen Schotkyho pechodem.

  • Pouv se v konvektorech pro pjem satelitn televize

Schottkyho pechod

S G D

N+ N- N+

Izolan substrt s velkm mrnm odporem


Tranzistor hemt

Tranzistor HEMT

HEMT High Electron Mobility Tranzistor

  • Tranzistor s velkou pohyblivost elektron, oproti MESFET a JFET je vodivost (ne ka) kanlu ovldna dcm naptm UGS . Pohyblivost je dna vysoce dotovanou tenkou vrstvou AlGaAs vodivosti typu N

  • Elektrony generovan v AlGaAs jsou vtaeny do vrstvy GaAs, tam vytvej strm kanl mezi S a D

  • Objeven 1978 (Dr. Mimura, Japonsko)

  • Zklad tvo struktura AlGaAs a pi vrob se vyuv epitaxe z molekulovch svazk (MBE)

  • Chovn je obdobn jako u MOSFET, ale m lep frekvenn a umov vlastnosti. Mezn kmitoet je 400 GHz

  • Vyuv se v radioastronomii pro spojen s vesmrnmi sondami

S G D

N+GaAs

N+ AlGaAs

I AlGaAs

I GaAs

SI GaAs


Tranzistory dmos a igbt

Tranzistory DMOS a IGBT

DMOS - vysokonapov je pouze typu N, UKEmax=1000V a I=200A, mezn kmitoet do 10MHz

IGBT - pro spnn velkch proud pi vysokm napjecm napt (nad 600 V, do 6 kV)


Optoelektronick sou stky

Optoelektronick soustky

  • soustky zen zenm

  • vyuvaj vnitn fotoelektrick jev:

    • pi dopadu zen vhodn vlnov dlky (tj. vhodn energie, nebo energie zen zvis na vlnov dlce) na polovodiov materil, dochz k rozbjen vazeb atom a ke vzniku volnch nosi nboje elektron-dra.

    • v ltce bez pechodu PN dojde ke zvten vodivosti. Dopad-li zen do oblasti pechodu PN, objevuje se mezi st P a N tzv. hradlov napt (nkolik desetin voltu).

  • vlastnosti optoelektronickch soustek:

    • vlnov dlka zen

    • pechodov charakteristika


Rozd len optoel sou stek

Rozdlen optoel. soustek

  • Detektory zen

    • Pasivn

    • Aktivn

  • Zdroje zen

    • Podle monochromatinosti

    • Podle koherence

  • Speciln optick prvky


Fotorezistor

Fotorezistor

  • Fotorezistory se vyrbj zpravidla napaenm vrstvy vhodnho polovodiovho materilu (nap. CdS, CdSe pro viditeln svtlo nebo CdTe pro infraerven zen) na keramickou podloku. Aby se doshlo vtho odporu soustky, m polovodiov vrstva tvar meandru.

  • Za temna je odpor soustky velmi vysok (106 a 109 ohm).

  • Osvtlme-li citlivou vrstvu, dochz ke zmenen odporu fotorezistoru. Zvislost odporu na osvtlen je piblin logaritmick (v logaritmickch souadnicch vychz tm pmkov prbh.

  • Pi osvtlen nkolik set lux je odpor fotorezistoru pouze nkolik set ohm. Zmenil se tedy 104 a l07 krt. Tento daj je dokladem velk citlivosti fotorezistoru.


Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody

  • Pouvaj se pro indikaci a men neelektrickch veliin, jako sousti pornch hlsi, v regulan technice atd.

  • Negativn vlastnosti:

    • znan setrvanost (nesta dostaten rychle reagovat zmnou odporu po intenzivnm osvtlen),

    • Kmitoet, na kter spolehliv reaguj, nepesahuje ani nkolik set herz.

    • plocha citliv na svtlo mus bt nkolik destek milimetr tverench.

    • zmnu odporu ovlivuje vlnov dlka svtelnho zen.

  • Technologie

    • vyrbj s napaovanou vrstvou.

    • materil - nap. sirnk kadmia (CdS) a sirnk olova (PbS).


Fotodioda

Fotodioda

  • plon polovodiov dioda konstrukn upraven tak, aby do oblasti pechodu PN pronikalo svtlo.

  • nen-li pechod osvtlen, m voltamprov charakteristika stejn prbh, jako bn plon dioda.

  • nejvt rozdl mezi osvtlenm a neosvtlenm stavem pozorujeme pi polarizaci diody v zvrnm smru (UAK < 0), kdy dochz ktm linernmu rstu proudu IA pi rovnomrnm zvtovn osvtlen. Dioda se vtchto podmnkch chov jako pasivn soustka, jej odpor je zvisl na osvtlen.


Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody

  • reaguje na zmny osvtlen velmi rychle. Nbh trje dov 10-6 a 10-9 s.

  • Pouv se k men osvtlen, ke snmn z drn psky, v automatizaci, ve filmo-vch projektorech pi snmn optickho zznamu zvuku, pracuj i jako pijmae v optickch spojch, optronech apod.


Fotodiody dva re imy

Fotodiody dva reimy

  • V obvodu s napjecm zdrojem stejnosmrnho napt odporov reim,

  • Samostatn ve funkci zdroje elektrick energie hradlov reim.

  • Hradlov fotodiody (fotonky) - psobenm svtla, kter dopad na pechod polovodie, se uvoluj dvojice elektron-dra a prochzej pes pechod. Pitom vznik mezi polovodii rozdl potencil (fotoelektrick naptm). Na anod je kladn potencil, na katod zporn potencil. Jestlie se pipoj ke svorkm hradlov fotodiody zt RZ, zane obvodem prochzet fotoelektrick proud IL.


Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody

  • Fotoelektrick napt pi osvtlen dosahuje a k 0,5 voltu.

  • Fotoelektrick lnky vtch rozmr se asto ad do tzv. slunench bateri. Nespornou vhodou je, e se tu svteln energie mn pmo na energii elektrickou.

  • Fotoelektrick lnky jsou v druicch a vesmrnch sondch, kde jsou asto jedinm zdrojem elektrick energie, zskvanm za slunce.

  • Hradlov fotodiody jsou i v mnoha mecch pstrojch, kde pracuj jako citliv indiktory zen rznch vlnovch dlek. S jejich vrobou se zapoalo v roce 1957.


Lavinov fotodioda

Lavinov fotodioda

Lavinov fotodioda APD (AvalanchePhoto-Diode).

  • Principem je lavinov jev - jedn se o vyren stic, kter disponuj vysokou energi a kad z nich uvede do pohybu mnoho dalch stic.

  • Vznik lavinovho jevu by nebyl mon bez silnho magnetickho pole, v kterm stice nabvaj na rychlosti.

    • V ppad fotodiod APD je to foton, kter dopadem do aktivn oblasti a vlivem silnho elektrickho pole uvoln jeden pr elektron-dra a zahj tak lavinovou reakci.

  • Vy napjec napt, pesahujcho 100V - vy vrobn nklady


Fototranzistor

Fototranzistor

  • Stejn princip jako fotodiody

  • Msto vstupnho proudu pivdnho do bze se kzen kolektorovho proudu vyuv svteln energie. Svtlo pronik do oblasti pechodu bze-emitor oknkem vpouzdru uzavenm sklennou okou

  • Citlivj na osvtlen


Fototyristor

Fototyristor

  • Spnac polovodiov soustka

  • tyvrstvov struktura PNPN fototyristoru je umstna vpouzdru sprhlednm oknkem, kterm do oblasti pechodu pronik svtlo.

  • Soustka m vyvedenou dc elektrodu G a za temna m stejn vlastnosti jako bn tyristor zen proudem.


Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody

  • Nastavenm dcho proudu IG a pi zmn osvtlen je blokovac napt UB pi zvtovn osvtlen zmenuje.

  • Dleitou veliinou je tzv. spnac osvtlen, pi kterm miz blokovac schopnost fototyristoru pi napt UAK > 0. Tedy velikost proudu IG je mon dit citlivost fototyristoru na velikost osvtlen, pi kterm fototyristor spn.

  • Pouit:spnac a dc obvody ovldan svtlem, ochrann zazen u stroj, optroelektrick obvody, optrony apod.


F ototriak

Fototriak

  • V pijmac sti je citliv na infraerven zen.

  • Konstrukn se neli od ostatnch optoelektronickch prvk.

    Pouit:

  • pro spnn zte v obvodu stejnosmrnho proudu,

  • pro spnn dicch a vkonovch rel mechanickho proveden, na jejich cvce je fzov napt. Galvanicky takto oddl cvku od dicho obvodu.

  • mohou pracovat jako samostatn elektronick rel, nap. u svtelnch zvor.


Elektroluminiscen n dioda

Elektroluminiscenn dioda

  • Vyuvaj ziv rekombinace pi polarizaci diody v propustnm smru

  • Zkladn materil GaAs pidnm pms se zsk pslun barva (nap. GaAsP erven svtlo)

  • nen mon pmo emitovat bl svtlo - LED vyuvaj luminoforu

  • Vhody: mal pkon, mal napjec napt, rychl odezva, velk ivotnost, mal rozmry


Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody

OLED

  • je typ displeje vyuvajc technologii organickch elektroluminiscennch diod,

  • dioda je vyrobena z organickho materilu (organick uhlkov sloueniny), kter emituje svtlo urit barvy, pokud se na nj pivede stejnosmrn napt. Pak sta naskldat dostaten poet tchto buek vedle sebe a propojit je pomoc aktivn i pasivn matice = OLED displej.

Vhodou OLED displeje je i to, e ho lze vyrobit prhledn i zrcadlov


Laserov dioda

Laserov dioda

  • je podobn bn LED diod

  • polovodiov dioda, na jejm PN pechodu dochz k pemn elektrick energie na svtlo.

  • generuje svtlo odpovdajc svmi vlastnostmi svtlu laseru (m vrazn u spektrum, je koherentn atp.)

  • podle proveden vyzauj diody infraerven a zelen svtlo o vkonu okolo stovek mW,

  • vlivem pivdnho proudu se elektrony sna dostat pes potencilovou bariru, jene je stna krystalu dokonale hladk, elektrony se odraz zpt a pedaj st sv energie dalm elektronm elektrony se pohybuj se znanou rychlost a nkter znich se pemn emis na fotony.

  • Elektrony se dostanou pes potencilovou barieru a pi dosaen urit rychlosti vznik laserov paprsek.

  • Pednosti laserov diody:

    • velmi rychl odezva, mal vkon potebn ke vzniku zen, piblin monochromatick zen, pouit vmnoha provoznch podmnkch

  • Pouit:

    • zdroj zen pro optick vlnovody, pro zabezpeovac a poplan systmy


Sv tlovod

Svtlovod

  • Prosted, kter ovlivuje parametry

    vyzen zdrojem zen co nejmn.

  • Dlen:

    • Planrn dielektrick

    • Vlknov

  • Tenk prhledn vlkno vyroben z kemku nebo z plastu pouvan pedevm v telekomunikacch pro vysokorychlostn penosy.

  • Je to dielektrick vlnovod, ve kterm se elektromagnetick vlny (zpravidla svtlo i infraerven zen) ve smru osy s vyuitm principu absolutnho odrazu na rozhran dvou prosted s rozdlnm indexem lomu. Vnitn st vlkna je jdro, okolo jdra je pl a primrn ochrana. U optickch vlken pouvanch v datovch stch se udv prmr jdra a plt v mikrometrech (pouvaj se od prmru 50/125 m)


Optron optoelektrick spojovac len

Optron (optoelektrick spojovac len)

  • Optron je soustka sloen z zenho zdroje svtla a fotoelektrickho pijmae

  • Z obvodovho hlediska jde o dvojbran.

  • Jako zen zdroje svtla se pouvaj nejastji svteln diody, nebo jejich odezva na zmny elektrickho signlu je velmi rychl.

  • Pijmae jsou fotodiody nebo fototranzistory.

  • Dleit - pouit zdroj svtla a fotoelektrick pijma mus mt stejn spektrln charakteristiky.

  • Pouit - galvanick oddlen, optick zvora, pi pouit optickho vlkna mezi LED a fototranzistorem lze pout na penos dat i na velk vzdlenosti.


Zobrazovac jednotky

Zobrazovac jednotky

  • S malou hustotou informace.

  • S velkou hustotou informace.

    Ad 1. Zobrazovan symboly lze vytvoit jednm ze t zpsob:

    1. pedem vytvoench znak (a)

    2. ze segment (b)

    3. pouitm potebnho potu prvk bodov matice (c)

V prvnm ppad vznik obraz rozsvcenm pslunho znaku, ve druhm ppad rozsvcenm segment, jejich sloenm znak vznikne, ve tetm ppad rozsvcenm potebnho potu vhodnch bod matice

Ad 2. mj. i displeje, monitory


Nejd le it j vlastnosti

Nejdleitj vlastnosti

Dle zkladnch optickch vlastnost je dlme:

  • aktivn (generuj svtlo - LED, vboje v plynech...)

  • pasivn (negeneruj svtlo, znaky se pozoruj v odraenm nebo prochzejcm svtle).

  • Viditelnost: posuzuje snadnost a sprvnost ten informace, ovlivnn jasem, kontrastem, barvou, rovn okolnho prosted

  • Vlastn spoteba: posuzuje se velikost napjecho napt, potebn proud i spotebovan vkon pro vytvoen jednoho symbolu.

  • Rychlost odezvy: je to as potebn ke vzniku a vymazn obrazu.

  • Tak se posuzuje spoluprce s bnm logickmi integrovanmi obvody (hlavn velikost napt), sloitost budcch a dekdovacch obvod potebnch pro innost, ivotnost a cena za jeden symbol.


Zobrazovac jednotky s p edem vytvo en mi znaky

Zobrazovac jednotky s pedem vytvoenmi znaky

  • Jako zobrazovac jednotky s pedem vytvoenmi znaky pracuj speciln vbojky (slicov digitrony).

  • Vyuvaj ke sv innosti viditelnho zen prosted v okol katody pi doutnavm vboji v plynech. Pouvaj se pro zobrazen slic nebo nkterch dalch symbol (V, A, Ohm, ...).

  • V bace vbojky je jedin anoda (tenk kovov mka s velkou rozte ok). Anoda je na povrchu systmu a mus bt pes n mon sledovat znaky vytvoen uvnit baky vbojky. Za anodou je nkolik (obvykle 10) katod, zformovanch do tvaru slic nebo jinch znak.

  • Katody jsou uspodny v malch vzdlenostech za sebou a jsou jednotliv vyvedeny na patici elektronky. Pi innosti m anoda trvale kladn napt (170 - 200V). Potebn znak se rozsvt uzemnnm pslun katody.


Zobrazovac jednotky vytv ej c znaky skl d n m segment

Zobrazovac jednotky vytvejc znaky skldnm segment

  • Existuje mnoho zpsob realizace jednotlivch segment. V nynj dob se za perspektivn povauj svteln diody a kapaln krystaly.

  • Svteln dioda je plon dioda, jej pechod PN pi prchodu proudu vpmm smru z. Zen vznik pi rekombinaci nosi nboje uvnit pechodu a jeho barva je zvisl na materilu, ze kterho je dioda vyrobena.

  • Kad ze sedmi segment slicovho indiktoru (abecedn slicov indiktory se svtelnmi diodami se realizuj v bodov matici) je tvoen jednm nebo nkolika svtelnmi diodami.


Zobrazovac jednotky se znaky vytvo en mi v bodov matici

Zobrazovac jednotky se znaky vytvoenmi v bodov matici

  • Jednotliv prvky matice jsou umstny v prsecch dvou navzjem kolmch soustav elektrod.

  • Potebn prvek se aktivuje tm, e se na elektrody, kter se v mst onoho prvku protnaj, souasn pivede napt. Tomuto zpsobu se k kov adresovn prvk.

  • Aktivace jednotliv dvojice elektrod matice je impulsn zenm logickm obvodem


Kapaln krystaly

Kapaln krystaly

  • Kapaln krystaly byly objeveny vroce 1888 na Nmeck universit vPraze botanikem Friedrichem Reinitzerem.

  • Nkter organick sloueniny v kapaln fzi shlukuj sv molekuly v uritm teplotnm rozsahu do prothlch skupin, kterm kme kapaln krystaly. Akoli se vtina kapalin nachz v tomto pechodnm stavu pouze v zkm teplotnm rozsahu, jsou dnes znmy ltky vykazujc zmnn vlastnosti v rozsahu teplot asi od -5 do +75 C.

  • Krystaly mohou bt uvnit kapaliny uspodny temi zkladnmi zpsoby:

    • stav smektick (a), jsou vechny krystaly stejn dlouh, le v rovnobnch vrstvch a maj navzjem rovnobn osy.

    • stav nematick (b) krystaly jsou nestejn dlouh, navzjem rovnobn, avak rzn posunut a vyplujc cel prostor.

    • stav cholesterick (c) jsou krystaly opt uloeny ve vrstvch. Krystaly v jedn vrstv maj rovnobn osy, avak kad vrstva m smr os krystal proti sousedn vrstv o urit hel pootoen.


Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody

  • Pro pouit v zobrazovacch jednotkch m v nynj dob nejvt vznam fze nematick.

  • Zobrazovac jednotky se vytvej ve tvaru dvou rovnobnch sklennch destiek, vzdlench od sebe piblin 20 m. Mezi destikami je uzavena kapalina v nematick fzi. Na vnitn stn pedn destiky jsou napaeny elektrody z prhlednho vodivho materilu ve tvaru segment slicovho nebo abecedn slicovho indiktoru. Zadn destika je po cel ploe pokryta vodivm materilem.


Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody

  • Bez napt jsou osy tekutch krystal bu v poloze rovnobn s povrchem destiek, nebo k nmu kolm a cel deska vykazuje stejn optick vlastnosti - je ir a prhledn (a).

  • Pilome-li na elektrody napt dostaten velikosti (minimln 5V), dojde vmstech, kde psob elektrick pole, ke vzniku turbulentnho proudn krystal a kapalina se zde siln zakal, nebo na neuspodanch a vcch krystalech nastv rozptyl svtla (b).


Polovodi ov sou stky se dv ma pn p echody

  • Je to pasivn zobrazovac jednotka, kter svtlo negeneruje. Znaky lze pozorovat bu v dopadajcm svtle proti tmavmu pozad, nebo v prhledu pi osvtlen ze zadn strany. Symboly nelze sledovat, nedopad-li na zobrazovac jednotku dostaten mnostv svtla.

  • as potebn ke vzniku je asi 10 a 20 ms. Obraz zmiz asi za 80 ms po zniku elektrickho pole.

  • Velkou vhodou zobrazovacch jednotek s kapalnmi krystaly je jejich extrmn mal pkon (nkolik mikrowatt na centimetr tveren).


Lcd liquid crystal display

LCD - Liquid Crystal Display

  • ploch displeje zaloen na vyuit zmn optickch vlastnost tekutch krystal v zvislosti na zmnch elektrickho pole, kter na n psob.

  • pro konstrukci LCD panel se pouvaj nematick kapaln krystaly. Krystaly jsou zaloeny na bzi hexylkyanidbifenylu, jeho molekuly maj podlouhl (tyovit) tvar.

    • Prvn vrstva - sklenn destika - je pokryta tenkou vrstvou metal oxidu, kter psob jako elektroda (slou k nastaven napt mezi stmi, kter je poteba zviditelnit). Tento film je uspodn:

      • do sloupc a ad - displej s pasivn matic,

      • do individulnch obrazc - displej s aktivn matic.

    • Nsleduje polymerov zarovnvac vrstva (obvykle polyamid). Tato vrstva prochz procesem krbn = srie rovnobnch drek, kter pomhaj zarovnvat molekuly LC do sprvnho smru.

    • Tak jsou pipraveny 2 stejn destiky, piem jedna z nich je z vnitn strany pokryta distann vrstvou kuliek polymeru zajiujcch konstantn mezeru.

    • Ob destiky jsou spojeny a jejich hrany se slep epoxidem. Roh je ponechn oteven, aby mezi n mohl bt ve vakuu injektovn LC. Jakmile je displej naplnn tekutmi krystaly, roh se zalep a na povrch skel se nanesou polarizan filtry v odpovdajcm smru.

    • Displej je dokonen pipojenm vvod.


Lcd displeje d l me na

LCD displeje dlme na:

  • Reflexn - k osvcen je pouito okoln svtlo. Bez ptomnosti vnjho osvtlen nen viditeln

  • Transmisivn (propustn) - displej m prhledn zadn polarizr a neodr okoln svtlo. Aby byl viditeln, mus bt podsvcen

  • Transreflexn- je kombinac obou pedchozch typ. M sten reflexn zadn polarizr a podsvcen se pouv pouze tehdy, kdy nen dostaten okoln svtlo.


  • Login