6 электронных основ полупроводниковых устройств, которые вам необходимо знать

Полупроводниковые приборы Диоды

Диод — это простейшая форма полупроводниковых устройств, состоящая из двух частей из разных полупроводниковых материалов, называемых P и N. Обычно они используются для пропускания электрического тока в одном направлении и ограничения его в противоположном направлении.

Когда P-тип и N материалы сплавляются, вы формируете функцию PN. Нам нужно сделать это в чистой среде в чистом помещении. При присоединении материалов с разной проводимостью отрицательные электроны притягиваются к положительным зарядам и образуют на стыке своеобразную границу. Другие аналогичные заряды отталкиваются, что приводит к образованию обедненной области на пересечении, где поток электронов и положительные заряды находятся в равновесии.

Конструкция азиатского диода может иметь прямое или обратное смещение.

Полупроводниковые устройства — прямое смещение

Если мы подключаем сторону P к прямому потоку, это называется прямым смещением, и в цепи течет электричество.

Полупроводниковые устройства — обратное смещение

В конфигурации с обратным смещением мы подключаем сторону P к более отрицательному напряжению, и, таким образом, любые входящие электроны отталкиваются. Он блокирует поток электричества в цепи.

Полупроводниковые устройства — применение

Некоторые распространенные области применения диодов перечислены ниже

1. Диод в выпрямителях

Диоды помогают в разработке различных схем выпрямителей для преобразования мощности переменного тока в постоянный. Некоторые основные типы схем выпрямителей с использованием диодов:

1. Половина волны

2. Полноволновая с центральным отводом

3. Полный мост

Мы преобразовываем ток в постоянный, изменяя смещение диода в течение каждого полупериода входного переменного тока. Кроме того, в этих цепях можно использовать конденсатор, чтобы избежать пульсаций.

Диод в схемах Clipper

Цепи клиппирования помогают устранить чрезмерный шум от FM-передатчиков. Основываясь на типе используемой диодной конфигурации, мы можем классифицировать эти схемы как:

1. Машинка для стрижки серии

Диод смещен в обратном направлении в течение положительного полупериода входного напряжения и смещен в прямом направлении в течение отрицательного полупериода.

1. Шунтирующий клипер

Диод действует как переключатель в этой цепи. Он смещен вперед во время положительного полупериода и работает наоборот во время отрицательного процесса.

Диод в цепях фиксации

В то время как схемы ограничителя удаляют пиковые значения, схема ограничителя помогает сместить пиковый сигнал до желаемого уровня. Его также называют восстановителем постоянного тока или переключателем уровня. Типы зажимных цепей:

1. Конфигурация положительного диода

Отрицательные пики фиксируются так, чтобы они опускались до нулевого уровня.

1. Отрицательная конфигурация диода

Положительные пики фиксируются и падают до нулевого уровня.

Диод в логических элементах

Логические элементы используются для выполнения логических операций, таких как И, ИЛИ, НЕ, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и т. д. Применяя концепцию состояний логического переключателя с низким и высоким импедансом к обратному и прямому смещению, диоды могут создавать все типы логических элементов. .

Логическая 1 соответствует высокому напряжению, а логический 0 — низкому напряжению. Чтобы построить простой вентиль ИЛИ, вы можете использовать два диода с переключателями. Когда оба переключателя разомкнуты, диоды смещены в обратном направлении и выходное напряжение равно нулю. Когда один ключ замкнут, один диод смещается в прямом направлении, и выходное напряжение становится высоким.

Диод в цепях защиты от обратного тока

Диод может защитить схему от обратной полярности источника питания постоянного тока. При неправильном подключении питания постоянного тока происходит обратная полярность, и большой ток может протечь в цепь и вызвать повреждение. Блокировочный диод с обеих сторон входа может помочь избежать этой проблемы, поскольку он блокирует подачу тока при последовательном подключении к нагрузке. Диод будет смещен в прямом направлении для правильного соединения и в обратном для неправильного соединения.

Диод в умножителе напряжения

Когда вы каскадируете несколько диодов в цепи выпрямителя, вы можете получить выходное постоянное напряжение, равное значению приложенного входного напряжения, умноженному на количество используемых множителей.

V вых =V вх * множители

Эти схемы могут быть удвоителями и умножителями напряжения. Объединив конденсатор в ход, можно получить нечетное или даже кратное входное напряжение в качестве выходного.

Полупроводниковые транзисторы

Транзисторы являются предшественниками многих современных гаджетов и электронных устройств. Они сделали возможными схемы усиления сигнала и коммутации, что сделало их неотъемлемой частью электронных устройств.

Каждый транзистор состоит из трех основных частей, называемых эмиттером, базой и коллектором. Некоторые транзисторы также могут иметь дополнительную подложку для соединения со схемами.

Далее мы классифицировали транзистор в соответствии со структурой, материалом или механизмом.

1. Биполярные транзисторы (NPN и PNP)

2. Полевые транзисторы (JFET и MOSFET)

Приложения

Транзисторы используются в качестве переключателей и усилителей в цепях для управления потоком тока.

Биполярные переходные транзисторы

Как правило, биполярные транзисторы представляют собой переходные транзисторы, и их можно различать в зависимости от конфигурации.

1. В схемах NPN используется конфигурация CBE (коллектор, база и эмиттер).

2. В случае PNP это EBC.

Для NPN соедините два слоя материала, легированного N, со средним материалом, легированным P. В этом случае электроны переходят из эмиттера в базу, а дно контролирует количество электронов, которое может излучать эмиттер.

В случае цепей PNP конфигурация противоположна NPN. Два материала с примесью P на концах и материал с примесью N в качестве основы. База по-прежнему контролирует потоки тока в противоположном направлении, но.

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы работают немного иначе, чем биполярные транзисторы. Они состоят из штифтов и состоят из трех частей:затвора, истока и стока.

Соединительные полевые транзисторы представляют собой более простую версию полевых транзисторов, используемых в качестве переключателей, усилителей и резисторов. Он не требует тока смещения и работает исключительно с входным напряжением. Они доступны в двух типах:канал P и канал N.

1. P-канальный JFET

Течение тока происходит из-за положительных зарядов или дырок.

2. N-канальный JFET

Здесь электроны вызывают ток. Эти типы транзисторов более популярны по сравнению с транзисторами с каналом P.

3. МОП-транзистор

МОП-транзистор означает полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника. Это самый популярный тип транзистора, используемый в большинстве маломощных схем в технологиях проектирования микросхем. Как следует из названия, в этом полупроводниковом устройстве используются металлические клеммы затвора и четыре клеммы:сток, исток, затвор, корпус или подложка.

МОП-транзисторы обладают высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением.

Полупроводниковые приборы создают операционные усилители

Операционные усилители блоки аналоговых схем, используемые для производства высокопроизводительных схем с минимальным количеством компонентов. Используя систему отрицательной или положительной обратной связи, усилители, конденсаторы, фильтры и т. д. могут использовать эти схемы.

Это линейные устройства со свойствами, аналогичными усилителю постоянного тока.

У операционного усилителя есть три важных вывода:инвертирующий вход, полдень-инвертирующий вход и выходной вывод, который может либо потреблять, либо подавать ток и напряжение.

Приложения

1. Сравните сигналы

Операционные усилители могут сравнивать напряжение, подаваемое на один вход, с напряжением на другом входе. Разница напряжений на входах может вызвать насыщение операционного усилителя, и если оба входных напряжения имеют одинаковую величину, выходное напряжение будет равно нулю.

2. Буферные сигналы

Операционный усилитель с отрицательной обратной связью действует как буферный усилитель с единичным коэффициентом усиления. Он имеет высокий входной импеданс, чтобы избежать проблем с нагрузкой источника сигнала, низкий выходной импеданс и высокий коэффициент усиления по току.

3. Подайте двойное напряжение

Операционный усилитель с двойным питанием может получать два разных напряжения:положительное и отрицательное. Неинвертирующая клемма получает положительное напряжение, а инвертирующая клемма получает отрицательное напряжение вместо того, чтобы быть подключенной к земле, как в режиме однополярного питания.

Операционные усилители с двойным питанием больше подходят для сигналов переменного тока и могут работать с более высокими уровнями напряжения.

4. Усиление сигналов

Операционный усилитель может усиливать входные сигналы в зависимости от напряжения на его неинвертирующих и инвертирующих входных клеммах.

5. Фильтровать сигналы

Один операционный усилитель может обеспечивать фильтры с одним, двумя или тремя полюсами. Различные вариации могут фильтровать схемы с помощью операционного усилителя. Вот некоторые из них:

1. Фильтры низких частот

2. Фильтры верхних частот

3. Полосовые фильтры

4. Режекторные фильтры

5. Суммирование сигналов

В схеме микширования звука и т.п. необходимо использовать операционный усилитель для суммирования приложенного напряжения. Точка суммирования виртуальной земли схемы инвертирующего усилителя помогает суммировать аудиовходы.

Полупроводниковые приборы Резистор

В электрических процессах нам нужны резисторы для управления потоком электронов и регулировки уровня тока для заданного напряжения. Резисторы помогают достичь этого. Чем выше сопротивление, обеспечиваемое резистором, тем меньше будет ток.

Приложения

1. Транзисторы и светодиоды

Резисторы помогают защитить чувствительные полупроводниковые устройства, такие как транзисторы и светодиоды, пропуская через цепи необходимое количество тока.

2. Время и частота

Резисторы при подключении к конденсаторам могут обеспечить схему устройства с временным регулированием. Это помогает в разработке курсов, используемых для световых вспышек и сирен.

3. Делитель напряжения

При последовательном соединении резисторов в последовательной цепи можно получить желаемое падение напряжения в зависимости от значения сопротивления резисторов. Результирующее напряжение представляет собой долю сопротивления каждого резистора в цепи.

4. Резисторы для нагрева

Резисторы используются в таких приборах, как тостеры, электрические плиты и обогреватели, для преобразования электрической энергии в тепловую.

Конденсатор полупроводниковых устройств

Конденсаторы являются неотъемлемой частью всех электронных схем. Они могут заряжаться током, а могут разряжаться сразу.

Приложения

1. Время

Управляя временными интервалами заряда и разряда, конденсаторы могут использовать зависимые от времени схемы, такие как светодиоды, системы громкоговорителей, сигналы тревоги и курсы, которые издают периодические звуковые сигналы.

2. Сглаживание

Входной переменный ток можно сгладить для получения постоянного тока на выходе с помощью конденсатора и многих бытовых приборов.

3. Связь

Конденсаторная связь - это механизм, с помощью которого постоянный ток может блокироваться, позволяя только переменному току проходить через цепь. В динамиках используются конденсаторы для достижения этого механизма, и мы можем избежать любых повреждений, вызванных постоянным током.

4. Настройка

Переменные конденсаторы используются в радиосистемах для настройки цепей. Это делается путем подключения LC-генератора к переменным конденсаторам.

5. Хранение энергии

Конденсаторы могут накапливать энергию и сразу ее высвобождать, что находит применение в таких приложениях, как схемы камер, где требуется внезапная вспышка.

Полупроводниковые приборы Индуктивность

Катушки индуктивности — это пассивные электронные схемы, которые накапливают энергию в магнитном поле, когда через него протекает ток. Изолированный провод катушки, намотанный вокруг центрального сердечника, образует катушку индуктивности, которая обычно является самым большим компонентом в цепи.

Приложения

1. Фильтры

Катушки индуктивности могут действовать как фильтры нижних частот, а в сочетании с конденсаторами и резисторами их можно использовать для создания усовершенствованных фильтров в цепи.

2. Датчики

Индукторы могут воспринимать магнитные поля и магнитопроницаемые материалы без физического контакта с указанными материалами. Это делает их превосходными для использования в качестве датчиков в светофорах и подобных приложениях.

3. Трансформеры

Когда катушки индуктивности с одним и тем же магнитным путем объединяются, вы можете сформировать трансформатор. Трансформаторы являются неотъемлемой частью электрических сетей и источников питания.

4. Моторы

Индуктивные двигатели помогают более эффективно преобразовывать электрическую энергию в механическую с помощью магнитной силы. Мы можем использовать асинхронный двигатель с входом переменного тока для создания вращающегося магнитного поля. Асинхронные двигатели также не требуют электрического контакта между ротором и машиной, что делает их более безопасными и надежными.

5. Хранение энергии

Пока катушка индуктивности находится под напряжением, они могут накапливать энергию в магнитном поле. Их можно использовать в импульсных источниках питания, например, в персональных компьютерах.

6. Эквалайзер звука

Аудиоэквалайзеры — это особые типы электронных устройств, которые помогают в создании музыки. Они используются для усиления или вырезания определенных частот для создания необходимых звуковых эффектов.

Доступны различные типы эквалайзеров, самый распространенный из них.

1. Полочный эквалайзер

2. Графический эквалайзер

3. Параметрический эквалайзер

Обзор

Эта статья представляет собой базовый обзор полупроводников и всех устройств, которые они могут производить.

У вас есть вопросы? Дайте нам знать в комментариях ниже. Если вам нужны услуги Semiconductor Devices, вы можете связаться с нами. WellPCB имеет более чем десятилетний опыт производства печатных плат. Мы можем обсудить это вместе и узнать больше об электронике.