OBSAH WEBU
ČTĚTE!
Rozdíly
Zde můžete vidět rozdíly mezi vybranou verzí a aktuální verzí dané stránky.
|
temata:01-polovodice:main [2011/03/21 21:33] george Úvod |
temata:01-polovodice:main [2016/05/24 17:08] (aktuální) xpavel27 [Realizace logických členů NAND a NOR v technologii CMOS] |
||
|---|---|---|---|
| Řádek 2: | Řádek 2: | ||
| ====== 01 - Princip činnosti polovodičových prvků ====== | ====== 01 - Princip činnosti polovodičových prvků ====== | ||
| - | + | * ** Polovodiče: ** | |
| - | * látky, jejichž elektrické vlastnosti závisejí na vnějších podmínkách (teplota, osvětlení, ...) | + | * látky, jejichž elektrické vlastnosti závisejí na vnějších podmínkách (teplota, osvětlení, ...) |
| - | * za normálních podmínek nevedou elektrický proud tak, jako vodiče (nízké teploty => izolanty) | + | * za normálních podmínek nevedou elektrický proud tak, jako vodiče (nízké teploty => izolanty) |
| <note tip> | <note tip> | ||
| - | Vodič je uspořádán v krystalické mřížce tak, že jeho valenční elektrony se pohybují volně a po připojení napětí dochází k jejich pohybu.\\ | + | Vodič je uspořádán v krystalické mřížce tak, že jeho valenční elektrony se pohybují volně a po připojení napětí dochází k jejich pohybu. V případě polovodiče se čas od času uvolní elektron a přesune se jinam. |
| - | **x**\\ | + | |
| - | V případě polovodiče se čas od času uvolní elektron a přesune se jinam. | + | |
| </note> | </note> | ||
| Řádek 30: | Řádek 28: | ||
| <note>Obrázky typů polovodičů - http://www.cez.cz/edee/content/microsites/elektrina/fyz9.htm</note> | <note>Obrázky typů polovodičů - http://www.cez.cz/edee/content/microsites/elektrina/fyz9.htm</note> | ||
| + | ===== Dioda ===== | ||
| + | * vznikne spojením nevlastních polovodičů typu N (katoda) a P (anoda) | ||
| + | * **můžeme ji zapojit dvěma způsoby** => diodový jev: | ||
| + | - __propustný směr__ - P -> N | ||
| + | - __závěrný směr__ - N -> P | ||
| + | * typy diod: | ||
| + | * usměrňovací | ||
| + | * detekční a spínací | ||
| + | * stabilizační | ||
| + | * kapacitní | ||
| + | * luminiscenční (LED) | ||
| + | * fotodiody | ||
| + | |||
| + | {{ temata:01-polovodice:f2-17.gif }} | ||
| ==== Přechod PN ==== | ==== Přechod PN ==== | ||
| + | * oblast mezi P a N | ||
| + | * setkávají se zde volné elektrony polovodiče typu N s dírami polovodiče typu P => dochází k jejich //rekombinaci// => to způsobí, že polovodič typu P se nabije záporně a odpuzuje další elektrony => vzniká **hradlová vrstva** => brání dalšímu pronikání děr s elektronů do oblasti přechodu | ||
| - | Vznikne spojení přechodu N s přechodem P. | + | {{ temata:01-polovodice:npprechod.jpg }} |
| - | {{temata:01-polovodice:npprechod.jpg}} | + | - připojením kladného napětí na polovodič typu N a záporného náboje na polovodič typu P dojde k tomu, že díry (+) se začnou přitahovat k zápornému pólu a elektrony (-) ke kladnému pólu, čímž dojde ke zvětšování PN přechodu a proud neprotéká => **závěrný směr**\\ {{ temata:01-polovodice:z2-3.gif }} |
| + | - při opačném zapojení se díry a elektrony naopak odpuzují od pólů, dojde k zmenšování přechodu a při určitém napětí (0.3 V, 0.6 V; podle prvku) začne protékat proud => **propustný směr**\\ {{ temata:01-polovodice:z2-2.gif }} | ||
| - | **Princip:** připojením kladného napětí na polovodič typu N a záporného náboje na polovodič typu P dojde k tomu, že díry (+) se začnou přitahovat k zápornému pólu a elektrony (-) ke kladnému pólu, čímž dojde ke zvětšování PN přechodu a proud neprotéká. Při opačném zapojení se díry a elektrony naopak odpuzují od pólů, dojde k zmenšování přechodu a při určitém napětí (0.3 V, 0.6 V; podle prvku) začne protékat proud. | + | ==== Voltampérová charakteristika ==== |
| - | ==== Dioda (Přechod NP) ==== | + | {{ temata:01-polovodice:vachar.jpg }} |
| + | - Uf, If … propustná napětí, proud (minimální hodnota, při které začne dioda fungovat) | ||
| + | - Ur, Ir … závěrné napětí, proud, průrazné napětí (proud tekoucí v závěrném směru, zničení diody) | ||
| - | **Voltampérová charakteristika** | + | ==== Typy diod ==== |
| - | + | ||
| - | {{temata:01-polovodice:vachar.jpg}} | + | |
| - | + | ||
| - | Ur, Ir … propustná napětí, proud (minimální hodnota, při které začne dioda fungovat) | + | |
| - | + | ||
| - | Uf, If, Uf(br)… závěrné napětí, proud, průrazné napětí (proud tekoucí v závěrném směru, zničení diody) | + | |
| - | + | ||
| - | __Rozdělení diod__ | + | |
| * detekční, spínací, směšovací (diodové detektory a demodulátory) | * detekční, spínací, směšovací (diodové detektory a demodulátory) | ||
| Řádek 58: | Řádek 67: | ||
| * luminiscenční (LED) | * luminiscenční (LED) | ||
| * fotodiody (detektory) | * fotodiody (detektory) | ||
| - | * | ||
| + | ===== Tranzistor ===== | ||
| + | * polovodičová součástka, která tvoří dvojice přechodů PN (struktura odpovídající spojení dvou diod) | ||
| + | * základem všech dnešních integrovaných obvodů, jako např. procesorů, pamětí atd. | ||
| + | * základní vlastností tranzistoru je **schopnost zesilovat** - malé změny napětí nebo proudu na vstupu mohou vyvolat velké změny napětí nebo proudu na výstupu | ||
| ==== Bipolární tranzistor ==== | ==== Bipolární tranzistor ==== | ||
| - | Součástka obsahující dva PN přechody, vznikají tak dva typy, NPN a PNP. | + | * součástka obsahující dva PN přechody, vznikají tak dva typy, NPN a PNP. |
| - | {{temata:01-polovodice:bip.jpg}} | + | {{ temata:01-polovodice: zapojtranzistor.png?800 }} |
| - | Princip: Základní zapojení tranzistoru (NPN) je kladný pól na B a E, záporný na C. Bez připojené báze se tranzistor chová jako obyčejný odpor. Po připojení malého kladného napětí na B se začne od určité hodnoty otevírat a protéká proud. Dále při zvyšování napětí se zvyšuje i proud. Jinými slovy, pokud je přechod EB zapojen v propustném směru, proud teče i do C a čím větší je proud přes EB (zmenšování přechodu), tím více proud je propuštěné dále do kolektoru. | + | * základní zapojení tranzistoru (NPN) je kladný pól na B (báze) a E (emitor), záporný na C (kolektor) |
| + | - bez připojené báze se tranzistor chová jako obyčejný odpor | ||
| + | - po připojení malého kladného napětí na B se začne od určité hodnoty otevírat a protéká proud | ||
| + | * dále při zvyšování napětí se zvyšuje i proud | ||
| + | * jinými slovy, pokud je přechod EB zapojen v propustném směru, proud teče i do C a čím větší je proud přes EB (zmenšování přechodu), tím více proud je propuštěné dále do kolektoru | ||
| - | __Tranzistorový jev:__ malému proudu přes přechod EB odpovídá velký proud EC | + | {{ temata:01-polovodice: prudenietranzistor.png?800 }} |
| - | ==== Unipolární tranzistor ==== | + | * **Tranzistorový jev:** malému proudu přes přechod EB odpovídá velký proud EC |
| - | Nemá dva polovodičové přechody, při řízení činnosti využívá nosiče náboje pouze jednoho druhu. Není potřeba vstupní proud, ovládání je na základě elektrického pole. (Field effect tranzistors - FET) | + | * U<sub>BE</sub> - napěti mezi bází a emitorem |
| + | * U<sub>EC</sub> - napěti mezi emitorem a kolektorem | ||
| + | * U<sub>BC</sub> - napěti mezi bází a kolektorem | ||
| - | {{temata:01-polovodice:fet.jpg}} | + | * to same plati pro proud. |
| + | * mezi proudy je vztah: I<sub>E</sub> = I<sub>B</sub> + I<sub>C</sub> | ||
| - | __Spínací režimy__ | + | {{ temata:01-polovodice: chartranzistor.png?300 }} |
| - | * rozpojeno (proud neteče) | + | |
| - | * sepnuto (proud teče) | + | * saturační proud (zbytkový): proud, jež prochází tranzistorem, když je uzavřen (to samé u diody, když je v závěrném směru) |
| - | * | + | * spínací napěti: napeti, ktere musi byt mezi bazi a emitorem, aby zacal emitorem-kolektorem prochazet proud |
| + | |||
| + | {{ temata:01-polovodice: spinacitranzistor.png?500 }} | ||
| + | |||
| + | * najčastejšie sa zapája v zapojení so spoločním emitorom, kde dochádza k zosilneniu prúdu | ||
| + | * používané je aj zapojenie so spoločnou bázou, pri ktorej sa zosiluje napätie | ||
| + | * zapojenie so spoločným kolektorom zosiluje výkon U.I | ||
| - | __Pracovní bod tranzistoru__ – takový bod, ve kterém tranzistor pracuje řádně. | + | {{temata:01-polovodice: zapoj1.png?200 }} |
| + | {{ temata:01-polovodice: zapoj2.png?200}} | ||
| + | {{ temata:01-polovodice: zapoj3.png?200 }} | ||
| + | ==== Unipolární tranzistor ==== | ||
| - | {{temata:01-polovodice:vachartransistor.jpg}} | + | * nemá dva polovodičové přechody, při řízení činnosti využívá nosiče náboje pouze jednoho druhu |
| + | * není potřeba vstupní proud, ovládání je na základě elektrického pole. (Field effect tranzistors - FET) | ||
| + | * ve většině případů se vyrabějí s přechodem PN, v praxi oznacovane jako JFET | ||
| + | * Pokud na řídicí elektrodu přivedeme kladné napětí, začneme vytlačovat kladné díry do kanálu N, kde se začnou rekombinovat s volnými elektrony čímž dojde ke snížení vodivosti. Pokud přivedeme napětí záporné, vytlačí se do kanálu N elektrony čímž se vodivost zvýší. U kanálu P je to přesně naopak. | ||
| + | |||
| + | {{ temata:01-polovodice:fet.jpg }} | ||
| + | |||
| + | * **spínací režimy:** | ||
| + | - rozpojeno (proud neteče) | ||
| + | - sepnuto (proud teče) | ||
| + | * **pracovní bod tranzistoru** | ||
| + | * takový bod, ve kterém tranzistor pracuje řádně. | ||
| + | |||
| + | {{ temata:01-polovodice:vachartransistor.jpg }} | ||
| ==== Realizace logických členů NAND a NOR v technologii CMOS ==== | ==== Realizace logických členů NAND a NOR v technologii CMOS ==== | ||
| + | |||
| + | === CMOS === | ||
| + | Technologie CMOS (Complementary Metal–Oxide–Semiconductor, doplňující se kov-oxid-polovodič) je používaná na převážnou většinu integrovaných obvodů. Mezi nejdůležitější vlastnosti CMOS patří vysoká odolnost proti šumu a nízká spotřeba ve statickém stavu. Více energie se spotřebovává pouze na přepínání mezi zapnutým a vypnutým stavem tranzistoru, proto CMOS nespotřebovává tolik energie jako například nMOS nebo TTL. CMOS také umožňuje vyšší hustotu prvků na čipu. | ||
| === NOR === | === NOR === | ||
| - | Pokud jsou oba vstupy v logické nule, oba tranzistory s P kanálem (šipka ven u báze) budou otevřené. To způsobí připojení napájecího napětí na výstup. Oba tranzistory s N kanálem (šipka dovnitř u báze) budou uzavřené takže výstup není připojen na zem. Pokud je jeden vstup v logické nule, tak se rozepne jeden z P tranzistorů a tím odpojí výstup od napájecího napětí. Zároveň se otevře jeden z N tranzistorů a uzemní výstup. | + | <note tip> |
| + | Pokud jsou oba vstupy v logické nule, oba tranzistory s P kanálem (šipka ven u báze, kolečko) budou otevřené. To způsobí připojení napájecího napětí na výstup. Oba tranzistory s N kanálem (šipka dovnitř u báze, bez kolečka) budou uzavřené takže výstup není připojen na zem. Pokud je jeden vstup v logické nule, tak se rozepne jeden z P tranzistorů a tím odpojí výstup od napájecího napětí. Zároveň se otevře jeden z N tranzistorů a uzemní výstup. | ||
| + | </note> | ||
| - | {{temata:01-polovodice:nor.jpg}} | + | {{temata:01-polovodice:nor.jpg?300}} |
| + | {{temata:01-polovodice:cmos_nor.png?150}} | ||
| ^ A ^ B ^ Y ^ | ^ A ^ B ^ Y ^ | ||
| Řádek 101: | Řádek 148: | ||
| === NAND === | === NAND === | ||
| + | <note tip> | ||
| Pokud bude alespoň jeden vstup v logické nule, tak bude jeden z P tranzistorů otevřen a přivede na výstup napájecí napětí. Zároveň bude jeden z N tranzistorů uzavřen a tím se zamezí uzemnění výstupu. Pokud budou oba vstupy v logické jedničce, tak oba P tranzistory budou uzavřené, což způsobí odpojení napájecího napětí od výstupu. Zároveň budou otevřeny oba N tranzistory, čímž se výstup uzemní. | Pokud bude alespoň jeden vstup v logické nule, tak bude jeden z P tranzistorů otevřen a přivede na výstup napájecí napětí. Zároveň bude jeden z N tranzistorů uzavřen a tím se zamezí uzemnění výstupu. Pokud budou oba vstupy v logické jedničce, tak oba P tranzistory budou uzavřené, což způsobí odpojení napájecího napětí od výstupu. Zároveň budou otevřeny oba N tranzistory, čímž se výstup uzemní. | ||
| + | </note> | ||
| - | {{temata:01-polovodice:nand.jpg}} | + | {{temata:01-polovodice:nand.jpg?300}} |
| + | {{temata:01-polovodice:cmos_nand.png?170}} | ||
| ^ A ^ B ^ Y ^ | ^ A ^ B ^ Y ^ | ||
| Řádek 110: | Řádek 160: | ||
| | 1 | 0 | 1 | | | 1 | 0 | 1 | | ||
| | 1 | 1 | 0 | | | 1 | 1 | 0 | | ||
| - | |||
| ===== Potvrzení ===== | ===== Potvrzení ===== | ||
| - | <doodle single login|1> | + | <doodle single login|01> |
| ^ OK ^ !!! ^ | ^ OK ^ !!! ^ | ||
| </doodle> | </doodle> | ||
| - | {{tag>vagabund ITO teorie elektrotechnika}} | + | {{tag>vagabund george ITO polovodic dioda tranzistor teorie elektrotechnika}} |
| ~~DISCUSSION~~ | ~~DISCUSSION~~ | ||
