Bazat e gjysmëpërçuesve
Përmbledhje
Teknologjia moderne është bërë e mundur në sajë të një klase të materialeve të quajtur gjysmëpërçuesve. Të gjithë komponentët aktivë, qarqet e integruara, mikroprocesorët, tranzistorët, si dhe shumë sensorë janë ndërtuar me materiale gjysmëpërçuese. Ndërsa siliconi është materiali gjysmëpërçues më i përdorur gjerësisht dhe më i njohur në elektronikë, përdoret një gamë e gjerë e gjysmëpërçuesve, duke përfshirë Germanium, Gallium Arsenide, Silicon Carbide, si dhe gjysmëpërçuesit organikë. Çdo material sjell përparësi të caktuara në tabelë, siç janë raporti kosto / performanca, operacioni me shpejtësi të lartë, temperatura e lartë ose reagimi i dëshiruar ndaj një sinjali.
Gjysem
Ajo që i bën gjysmëpërçuesit aq të dobishëm është aftësia për të kontrolluar saktësisht pronat dhe sjelljet e tyre elektrike gjatë procesit të prodhimit. Vetitë gjysmëpërçuese kontrollohen duke shtuar sasi të vogla të papastërtive në gjysmëpërçues përmes një procesi të quajtur doping, me papastërti të ndryshme dhe përqëndrime që prodhojnë efekte të ndryshme. Duke kontrolluar dopingun, mund të kontrollohet mënyra e lëvizjes së rrymës elektrike përmes një gjysmëpërçuesi.
Në një dirigjent tipik, si bakri, elektronet mbajnë aktuale dhe veprojnë si bartës të ngarkuar. Në gjysmëpërçues të dy elektronet dhe 'vrima', mungesa e një elektronike, veprojnë si transportues të ngarkuar. Duke kontrolluar dopingun e gjysmëpërçuesit, përçueshmëria dhe bartësi i ngarkesës mund të jenë të përshtatura që të jenë elektron ose vrima.
Ekzistojnë dy lloje dopingesh, tipi N dhe tipi P. N-dopantet tip, zakonisht fosfor ose arsenik, kane 5 elektrone, te cilat kur shtohen ne nje gjysempercjelles sigurojne nje elektron te jashtem falas. Meqenëse elektronet kanë një ngarkesë negative, një material doped në këtë mënyrë quhet N-lloji. Pompat e llojit P, si bori dhe galiumi, kanë vetëm tre elektrone, të cilat rezultojnë në mungesën e një elektroni në kristalin gjysmëpërçues, duke krijuar në mënyrë efektive një vrimë ose një ngarkesë pozitive, prandaj emri P-lloj. Të dy llojet e tipit të tipit N dhe P, edhe në sasi të vogla, do të bëjnë një gjysmëpërçues një dirigjent të mirë. Megjithatë, gjysmëpërçuesit N-lloj dhe P-lloj nuk janë shumë të veçantë nga vetja, duke qenë vetëm dirigjentë të mirë. Megjithatë, kur ju vendosni ato në kontakt me njëri-tjetrin, duke formuar një kryqëzim PN, ju merrni disa sjellje shumë të ndryshme dhe shumë të dobishme.
Dioda e rrymës PN
Një kryqëzim PN, ndryshe nga çdo material veç e veç, nuk vepron si një dirigjent. Në vend që të lejojë që rryma të rrjedhë në të dy drejtimet, një kryqëzim PN vetëm lejon që rryma të rrjedhë në një drejtim, duke krijuar një diodë bazë. Aplikimi i një tensioni përgjatë një kryqëzimi PN në drejtimin përpara (paragjykimi përpara) ndihmon që elektronet në rajonin e tipit N të kombinohen me vrimat në rajonin e llojit P. Përpjekja për të ndryshuar rrjedhën e rrymës (praparimi i kundërt) përmes diodës i detyron elektronet dhe vrimat e ndara, të cilat parandalojnë rrjedhën e tanishme në të gjithë kryqëzimin. Kombinimi i nyjeve PN në mënyra të tjera hap dyert për komponentët e tjerë gjysmëpërçues, siç është transistor.
transistorëve
Një tranzistor bazë është bërë nga kombinimi i kryqëzimit të tre N-lloj dhe P-lloj materiale më tepër se dy të përdorura në një diodë. Kombinimi i këtyre materialeve jep transistorëve NPN dhe PNP të cilat njihen si tranzistorë bipolarë ose BJTs. Qendra, ose baza, rajoni BJT lejon tranzitorin të veprojë si kaloni ose përforcues.
Ndërsa tranzistorë NPN dhe PNP mund të duken si dy diodë të vendosur prapa, që do të bllokonin të gjitha rrjedhat që rrjedhin në të dyja drejtimet. Kur shtresa e qendrës është e njëanshme përpara në mënyrë që një rrymë e vogël të rrjedhë nëpër shtresën qendrore, vetitë e diodës të formuar me shtresën e qendrës ndryshojnë për të lejuar një rrymë shumë më të madhe që të rrjedhë në të gjithë pajisjen. Kjo sjellje i jep një transistor aftësinë për të përforcuar rrymat e vogla dhe për të vepruar si një kalim që kthen një burim aktual në ose jashtë.
Një shumëllojshmëri e llojeve të transistorëve dhe pajisjeve të tjera gjysmëpërçuese mund të bëhen duke kombinuar kryqëzimet PN në një numër mënyrash, nga tranzistorë të avancuar, funksion të veçantë në diodë të kontrolluar. Në vijim janë vetëm disa nga komponentët e bëra nga kombinime të kujdesshme të nyjeve PN.
- DIAC
- Diodë me lazer
- Dioda me ndriçim (LED)
- Diodë Zener
- Transistor i Darlingtonit
- Transistor në terren, përfshirë edhe MOSFET
- Transistor IGBT
- Ndreqësi i kontrolluar nga silic (SCR)
- Qarku i integruar (IC)
- mikroprocesor
- Memorie digjitale - RAM dhe ROM
Sensore
Përveç kontrollit aktual që gjysmëpërçuesit lejojnë, ata gjithashtu kanë prona që bëjnë për sensorë efektivë. Ato mund të bëhen të ndjeshme ndaj ndryshimeve në temperaturë, presion dhe dritë. Një ndryshim në rezistencë është lloji më i zakonshëm i përgjigjes për një sensor gjysmëpërçues. Disa nga llojet e sensorëve të mundësuar nga vetitë e gjysmëpërçuesit janë listuar më poshtë.
- Sensori i efektit të sallave (sensori i fushës magnetike)
- Termistor (sensor resistive temperature)
- CCD / CMOS (sensor imazhi)
- Fotodiod (sensor dritë)
- Photoresistor (sensor dritë)
- Piezoresistive (sensorë presioni / tendosje)