II. Životodárny spoj a súčiastka

14.09.2007 15:18 | Ripxter

V tejto časti článku si povieme niečo podrobnejšie o PN-priechode a nazrieme do tranzistorov. Už z prvej časti vieme, že PN-priechod je rozhranie medzi P a N typom polovodiča. Nevznikne však mechanickým spojením t.j. ,že priložíme jednotlivé časti k sebe. Vzniká špeciálnym technologickým postupom:
1. Zlievaním
2. Difúziou
3. Epitaxným rastom
4. Iónovou implantáciou

V momente po vytvorení PN-priechodu nastane takzvaný difúzny pohyb majoritných nosičov t.j., že nosiče sa pohybujú smerom k priechodu. V jeho oblasti zrekonbinujú, vzniknú atómy a takzvaná vyprázdnená oblasť = potenciálová bariéra. Na PN-priechode pôsobí difúzne napätie,ktoré bráni majoritným nosičom prejsť cez priechod. Umožnuje však prechod minoritných nosičov => difúzne napätie klesá, tak môže prejsť niekoľko majoritných nosičov, potom difúzne napätie znova rastie a za krátky čas nastane tzv. dynamická rovnováha PN-priechodu t.j., že neprejde žiadny nosič.
Difúzne napätie sa z kryštalickej mriežky odviesť nedá, pretože ho tvoria nosiče umiestnené priamo v mriežke – je to tzv. viazaný náboj.

Dobre, lenže keď výrobca vytvorí samotný PN-priechod, tak mu je v podstate na nič. Preto sa k oblastiam P a N typu nanesie napríklad naparovaním vrstvička kovu, na ktorú sa pripájkujú vývody.Tým pádom môžeme PN-priechod pripojiť na vonkajšie jednosmerné napätie. Tento proces sa nazýva polarizácia PN-priechodu. A môže byť polarizovaný:

1. Priepustne:

V tomto prípade sú majoritné nosiče odpudzované od elektródy k vyprázdnenej oblasti,ktorá sa postupne zmenšuje, až zanikne.Tým pádom môžu majoritné nosiče volne prechádzať cez priechod a obvodom preteká prúd If. Pri zvýšení vonkajšieho napätia prudko vzrastá, pretože je tvorený majoritnými nosičmi.

2. Záverne:

Ak obrátime polaritu napätia, tak potenciálová bariéra medzi P a N vzrastie a vyprázdnená oblasť sa ešte viac rozšíri. Tým pádom majoritné nosiče nemôžu prejsť cez PN-priechod. Cez obvod tečie len velmi malý prúd Ir tvorení minoritnými nosičmi.

Toto je v jednoduchosti popísaný princíp PN-priechodu,ktorý využíva životne dôležitá súčasť našich PC, tranzistor :)

Tranzistory poznáme bipolárne a unipolárne.

I. Bipolárne:
Už z názvu vyplýva, že využíva dva nosiče náboja t.j. elektróny a diery. Skladá sa z dvoch PN-priechodov, ktoré sú oddelené velmi tenkou vrstvou polovodiča. Podla toho, či je stredná vrstva typu N alebo P rozoznávame tranzistory typu PNP a NPN.
Samozrejme, že tranzistor pracuje iba vtedy ak má polarizované PN-priechody. Označme si ich ako J1 a J2 a môžu byť polarizované následovne:
J1 priepustne a J2 záverne = aktívny režim tranzistora
J1 záverne a J2 priepustne = inverzný režim tranzistora
J1 priepustne a J2 priepustne = vodivý režim tranzistora
J1 záverne a J2 záverne = nevodivý režim tranzistora
V technickej praxi sa najčastejšie využíva aktívny režim tranzistora.

Ďalej je veľmi dôležité zapojenie tranzistora,ktoré môže byť:
So spoločným emitorom SE
So spoločnou bázou SB
So spoločným kolektorom SC
Najčastejšie sa využíva zapojenie so spoločným emitorom.

II. Unipolárne:
Od bipolárnych tranzistorov sa líšia najmä tým, že nemajú 2 PN-priechody, využívajú len jeden druh nosičov náboja (buď elektróny alebo diery) a prúd tranzistora sa ovláda vonkajším napätím. Používajú aj názov „tranzistory riadené polom (field effect transistors FET). Ich velkou výhodou je aj to, že sa majú omnoho menšie stratové teplo ako bipolárne.
Využitie má hlavne ako:
1. Diskrétna súčiastka v obvodoch:
- vstupné obvody zosilňovačov (vzhladom na ich vysoký vstupný odpor a nízku úroveň vlastných šumov)
- VF zosilňovače a zmiešavače TV prijímačov
- v meničoch jednosmerných signálov na striedavé
- vo filtroch a iných obvodoch, ako prvky s riadením odporom
2. Ako súčasť číslicových INTEGROVANÝCH OBVODOV:
- sú veľmi rýchle, majú nízku energetickú náročnosť a vysokú hustotu integrácie

Najpoužívanejšie je taktiež ako u bipolárnych zapojenie so spoločným emitorom.
Vzhľadom na ich princíp činnosti t.j., že sú ovládané vonkajším elektrickým polom, sú veľmi citlivé na bežnú statickú elektrinu.To znamená, že sa nesmú chytať do ruky.

PN-priechod využívajú aj ďalšie súčiastky ako diódy,diak,triak,tyristor.

Tak a máme za sebou ten najzákladnejsí základ ;) V ďalšej časti môžeme pustiť do integrovaných obvodov :)

    • Re:prudovy zosilnovaci cinitel 14.09.2007 | 21:56
      Avatar blackhole   Návštevník

      Bipolarny tranzistor je riadeni vstupnym prudom do baze tranzistora Ib. Vystup je pre nas casto vystupny prud teda kolektorovy Ic. Pomer tychto prudov Ic/Ib udava dolezity parameter (jeden z mnohych) a tym je prudovy zosilnovaci cinitel tranzistora oznacovany ako h21E (alebo beta). U nizkovykonovych tranzistorov je toto prudove zosilnenie rozne asi 100-1000x. U vykonovych tranzistorov je to len 10-20x.
      Okrem toho existuje napatove zosilnenie a vykonove je sucin napatoveho a prudoveho zosilnenia.
      Este pripomeniem ze unipolarne tranzistory su riadene nie vstupnym prudom ale vstupnym napatim.

    • Objasnenie tranzistoroveho javu 14.09.2007 | 22:47
      Avatar blackhole   Návštevník

      Na uvod take mnemotechnicke pomocky:
      majoritny (od major je vysoka vojenska hodnost, takze je to velmi vela)
      minoritny (ako minimum je teda velmi malo)
      Polovodic P (positiv) je kladny teda majoritnym nosicom su diery (atomy ktorym chyba elektron v mriezke) a minoritnym nosicom su elektrony.
      Typ N (negativ) to ma opacne: majoritne su tu zaporne elektrony a minoritne kladne diery.

      Ked je PN priechod v priestnom stave tak majoritne nosice vedu naboj a minorine nie.
      T.j. V type P ho vedu diery a v type N elektrony.

      Ked je PN priechod v zavernom (uzavretom) rezime tak majoritne nosice prud nevedu ale vedu ho zase minoritne. Takze sa nam z globalneho hladiska javi ze priechodom netecie ziadny prud ale v skotocnosti vzdy tecie velmi malicky prud minoritnych nosicov, tzv. zaverny prud.
      Dolezite je si zapamatat ze pri otvorenom priechode tecie prud majoritnych nosicov (ten velky) a pri zavernom smere tecie priechodom prud minoritnych nosicov (ten skoro zanedbatelny).
      N - P - N
      emitor-baza-kolektor

      Pri aktivnom rezime tranzistora NPN su dva priechody. prvy N-P priechod otvoreny a druhy uzavrety.
      Ten prvy N-P priechod medzi emitorom a bazou je otvoreny a tecie nim prud majoritnych nosicov. T.j. z emitora (typ N) do baze (typ P). Takze sa do baze dostavaju elektrony z emitora ktore sa snazia zrekombinovat (spojit s dierou a zaniknut).
      Druhy P-N priechod medzi bazou (typ P) a kolektorom (typ N) je uzavrety takze tecie prud minoritnych nosicov. Takze tecu z baze minoritne elektrony do kolektora a z kolektora minoritne diery do baze.

      A tu to nastava z bazy tecu minoritne elektrony do kolektora. A kde sa vezmu elektrony v baze? No tie prichadzaju z emitora ako majoritne nosice. Takze v tomto tranzistore sa elektrony ako majoritne nosice prejdu cez priechod N-P (emitor - baza) a potom cestuju ako minoritne cez priechod P-N (bazakolektor).
      Len je nutne dodrzat velmi malu sirku baze, lebo elektrony nesmu stihnut zrekombinovat v baze. A ked sa to podari vhodou (velmi tenkou) sirke baze tak drviva vacsina elektronov sa nezrekombinuje v baze ale nou preleti dalej.
      Takze este raz: elektrony cestuju ako majoritne nosice z emitora do baze a potom ako minoritne do kolektora a tym je tranzistor vodivy :)
      A este cast elektronov ktora sa zrekombinuje v bazi sa prejavi ako bazovy prud. Takze ked je bazovy prud velmi maly oproti kolektorovemu tak sa v bazi zrekombinuje velmi malo elektronov oproti tim ktore prejdu do kolektora.

      • Re: Objasnenie tranzistoroveho javu 15.09.2007 | 11:45
        Avatar Ripxter   Používateľ

        Nechcel som z toho robit skolsku hodinu elektroniky ;) Iba taky vseobecny prehlad. Ale dakujem za doplnenie :)
        --------------
        Chyby sú užitočné, musia byť však rýchlo objavené.

        Maynard Keynes

        ------------------------------------------ Predpoklad na úspech je v tom, že konáme to, čomu dobre rozumieme, nepomýšľajúc pritom na slávu --Henry Wadsworth Longfellow
    • rychlost tranzistorov PNP a NPN 14.09.2007 | 22:51
      Avatar blackhole   Návštevník

      Chcem este poznamenat ze rychlost sirenia naboja sa lisi od typu polovodica. Kym pohyb elektronov (typ N) je rychlejsi, tak pohyb dier (typ P) je pomalsi.
      A cele sa to prejavi tym, ze tranizistory NPN su prakticky asi 3x rychlejsie nez rovnake PNP.

      • Re: rychlost tranzistorov PNP a NPN 14.09.2007 | 23:45
        Avatar blackhole_tommyhot   Používateľ

        Potom tu existuje aj edit svojich commentov, to keby potrebujes nieco dopisat/poznamenat atd :)
        ----------
        tommyhot@hackingmachine:~$ microsoft &> /dev/null