182796999 Dioda Semiconductoare PROIECT Doc

8/16/2019 182796999 Dioda Semiconductoare PROIECT Doc

http://slidepdf.com/reader/full/182796999-dioda-semiconductoare-proiect-doc 1/14

Dioda semiconductoareEste formată din două zone semiconductoare, una de tip p şi una de tip n, iar la

suprafaţa lor de contact definim joncţiunea p-n.

În figură am desenat golurile cu roşu , electronii cu albastru, iar zona desenatăcu verde este chiar joncţiunea.

Polarizarea inversă a diodei În continuare aplicăm pe joncţiune un câmp electric etern cu ! pe catodul diodei

şi - pe anod. "ioda este polarizată invers, electronii care sunt purtători majoritari #n zonan $desenaţi cu albastru% sunt atraşi de borna !, golurile care sunt purtători majoritari inzona p $desenate cu roşu% sunt atrase de borna -, regiunea de trecere desenată cuverde se măreşte şi prin ea nu vom avea circulaţie de purtători majoritari de la zona p lazona n şi invers şi deci nu circulă curent electric prin joncţiune.

Polarizarea directă a diodei

&nversăm acum polii sursei de alimentare aplicând ! pe zona p şi - pe zona n.'tim că, #n acest caz, dioda conduce şi prin ea trece un curent semnificativ format dinpurtători majoritari $electronii din zona n şi golurile din zona p%. (entru ca dioda săconducă, este necesar ca potenţialul sursei eterioare să fie mai mare de ),* + pentruermaniu şi de ), + pentru iliciu pentru ca să fie depăşită bariera de potenţial dinzona joncţiunii care apare #n mod natural atunci cand am realizat joncţiunea p-n, dar nuaplicăm nici un câmp electric eterior.



"ioda semiconductoare este foarte folosită #n schemele electronice de amplificatoare,oscilatoare, circuite de detecţie şi modulaţie dar şi #n alimentatoare ca diodă redresoare.

2.3.1. DIODE REDRESOARE

Simbolul diodei redresoare

imbolul utilizat pentru dioda redresoare este semnul general al diodeisemiconductoare.

imbolul sugerează că dispozitivul conduce #ntr-un singur sens, cel direct $de la 2 la

7%, care este indicat de sageată. 2ceastă proprietate, de conducţie unidirecţională, estefundamentală pentru dioda redresoare.

8 dioda redresoare ideală ar trebui să posede o caracteristică statică de forma celeidin figura de mai jos, adică dispozitivul să se comporte ca un scurtcircuit $rezistenţănulă% #n sens direct şi ca un #ntrerupător deschis $rezistentă infinită% #n sens invers.

Caracteristica statică a diodei ideale

În sens direct, curentul prin diodă apare, practic, numai de la o anumită tensiune

aplicată, numită tensiune de deschidere, +" $sau de prag +(%, cu valori de ),* 9 ),: + lae şi ), 9 ),; + la i. "in acest punct de vedere, dioda redresoare cu e este maiavantajoasă, randamentul de redresare fiind mai bun.

IA

VA

0



Redresorul monofazat monoalternan!

chema electric<

3orma de und<

3uncţionarea are loc astfel/ la aplicarea unei tensiuni alternative #n primar, ia naştere #n secundar tot o tensiune alternativ<, ce se aplic< pe anodul diodei, dioda conduce, #ncircuit apare un curent proporţional cu tensiunea aplicat<, deci având aceaşi form< cuea. (e durata alternanţelor negative, dioda este blocat< şi curentul prin circuit este nul.7urentul prin sarcin< circul< deci #ntr-un singur sens, sub forma unor alternanţe $curentpulsatoriu%.



"I#$RE C% CO&DE&SA$OR

În acest caz, se montează un condensator #n paralel cu rezistenţa de sarcin<.7ondensatorul are tendinţa de a se opune variaţiilor de tensiune, deci tensiunea de labornele sale, care este şi tensiunea de sarcin<, are tendinţa de a se menţine constant<.7ondensatorul se #ncărc< pân< la valoarea de vârf a tensiunii redresate şi se descărca

prin rezistenta de sarcin< #ntre intervalele de conducţie ale diodei. Încărcareacondensatorului se face rapid, prin circuitul alcătuit din rezistenţa de conducţie a diodeişi cea a #nf<şur<rii transformatorului, deci cu o constant< de timp mic<. "esc<rcarea seface lent, prin rezistenta de sarcin< de valoare mare. În consecinţ<, tensiunea pesarcin< se apropie de o valoare constant<. 0n dezavantaj #l poate constitui valoarea mare a curentului prin dioda, ce se

reprezintă #n acest caz sub forma unor impulsuri de durat< mai mic< decât2

T şi de

amplitudine relativ mare, ce pot duce, #n anumite cazuri, la distrugerea diodei.7=E>2 E?E7@A&7B

38A>2 "E 01"B

DIODA 'E&ER



Efectul de străpungere al joncţiunii p-n polarizată invers este folosit #n special #n cazul diodei 4ener care este #n aşa fel construită #ncât prinea să circule un curent invers de valoare semnificativă. 0n rezistor trebuieconectat #ntotdeauna #n serie cu dioda 4ener pentru a preveni distrugereaei ca urmare a creşterii ecesive a curentului invers prin ea. "ioda 4ener

stabilizează tensiunea continuă aplicată la circuitul de intrare la o valoarecorespunzătoare valorii de străpungere la care lucrează. "e eempludioda marcată 5+ va stabiliza tensiunea continuă #n circuitul de ieşire la ovaloare de 5, +. "ioda 4ener reprezintă cel mai simplu circuit destabilizare a tensiunii continue/ stabilizatorul parametric cu dioda 4ener pecare #l vom prezenta #n continuare.

@ensiunea continuă nestabilizată are o variaţie cuprinsă #ntre C şi D* +. AezistorulA limitează curentul prin dioda 4ener #n scopul prevenirii distrugerii acesteia.Aezistorul A şi dioda 4ener formează un circuit serie. e observă că tensiunea de

intrare este suma dintre tensiunea pe dioda 4ener şi tensiunea pe A. "acăpresupunem că tensiunea continuă de intrare este de D* + atunci căderea de tensiunepe rezistenţa A va fi 0As D* + 9 5. + .F +. e ştie că prin dioda 4ener curentulinvers este aproimatv egal cu din valoarea maimă a curentului absorbit derezistenţa de sarcină.Asarcină care are valoarea de D)) m2. Aezultă că prin dioda 4ener vom avea un curent invers de aproimativ D) m2. "ioda 4ener şi rezistenţa de sarcinăAsarcină sunt conectate #n paralel astfel #ncât suma curenţilor de pe cele două ramuri estechiar curentul care circulă prin rezistenţa A.&As &Asarcină ! &4 D)) m2 ! D) m2 DD) m2.@ensiunea pe A este0As D* + 9 04 D* + 9 5. + .F + $+olţi%. 0nde/D* + este tensiunea continuă maimă de intrare5. + este tensiunea pe dioda 4ener 2cum putem aplica legea lui 8hms pentru a calcula valoarea rezistenţei A

Ω=Ω=== 58058.0110

4.6 K

mA

V

I

U R

Rs

Rs

S

2cum putem calcula şi puterea pe rezistenţa A

W mAV I U P Rs Rs Rs

704.01104.6 =∗=∗=

2cesta este cel mai simplu stabilizator de tensiune/ stabilizatorul parametric cudioda 4ener.



2lte tipuri de diode/ dioda varactor sau varicap, ?E" 9ul $?ight Emitting "iode 9dioda electrol-luminiscentă%, dioda @unel, dioda cu contact punctiform, dioda (inn, etc.



3&'2 "E 781(E7@ *

$RA&'IS$OR%# (IPO#AR

?a modul cel mai simplu, tranzistorul bipor poate fi privit cadouă diode semiconductoare legate #n serie.

În partea de jos avem o zonă de semiconductor de tip n cuun contact metalic, care reprezintă Emitorul. "easupra acesteia eistă o zonăsemiconductoare foarte subţire de tip p, la care se conectează un electrod metalic,numit Gază. 2pare astfel prima joncţiune p-n. 2 doua zonă de tip n cu un contact metalicreprezintă 7olectorul şi, #mpreună cu zona n a Gazei, formează a doua joncţiune p-n.Aezultă #n final tranzistorul npn.

2cest tranzistor bipolar are următoarele caracteristici constructive/

regiunea Gazei este foarte subţire şi slab dopată6 regiunea Emitorului este puternic dopată6 Aegiunea 7olectorului este mare şi de obicei este conectată la capsula metalică

pentru disiparea uşoară a căldurii

"upă cum se poate vedea joncţiunea Emitor-Gază este polarizată direct iar joncţiunea 7olector-Gază este polarizată invers. Emitorul puternic dopat va emite spreregiunea Gazei purtători majoritari, electronii care vor penetra adanc #n Gază deoareceaceasta este foarte subţire şi slab dopată. 8 mică parte din aceşti electroni se vor recombina cu golurile majoritare din bază. 7eilalţi electroni care au ajuns #n Gază devin

aici purtători minoritari pentru joncţiunea 7olector-Gază polarizată invers şi ei vor fiantrenaţi spre 7olector datorită tensiunii 0cc de valoare mare care polarizează inversjoncţiunea 7olectorului (utem spune că suprafaţa mare a 7olectorului va HcolectaI



electronii care vin din Gază. e poate observa că are loc un transfer al electronilor majoritari din Emitor #n Gază datorită polarizării directe a joncţiunii p-n. 2ceşti electronicare vin din Emitor devin #n Gază purtători minoritari şi sunt antrenaţi spre 7olector datorită tensiunii inverse aplicate pe 7olector. 2stfel electronii minoritari din Gază sunttrasferaţi #n 7olector unde devin din nou purtători majoritari asigurând asfel un curentmare de 7olector. 2cest efect se numeşte efect de transistor $transfer resistor % de

unde şi denumirea de transistor . "ouă diode montate in opoziţie $de fapt transistoruleste format din : regiuni n, p, n sau altfel spus din două joncţiuno p-n%care #n modnormal nu funcţionează #n această coneiune. raţie efectului de transistor descrisanterior funcţionarea transistorului bipolar devin posibilă.

7el mai important aspect al funcţionării transistorului bipolar este faptul că printr-un curent mic de Gază putem controla un curent mare de colector.

(utem folosi aici analogia cu robinetul care să ajute mai mult la inţelegereafenomenului din transistorul bipolar. 2pa potabilă de la sistemul de canalizare din orasare un debit şi o presiune de valori ridicate la fel cum valoarea curentului de 7olector este mult mai mare decat curentul de Gază. "ebitul prin robinet este controlat de o forţă

foarte mică, generată mecanic de mâna noastră prin #nvârtirea acestuia. ?a fel sepetrece şi #n cazul transistorului bipolar unde printr-un curent mic de Gază putemcontrola un curent mare de colector.

"in tot ceea ce am arătat până acum rezultă că tranzistorul se comportă ca unamplificator de curent cu factorul de amplificare directă in curent J care este definit #ncurent continuu ca raportul dintre curentul de 7olector şi curentul de Emitor.

J B

C

I

I .. "e aici rezultă că IC) *+I(

@eoretic J ia valori cuprinse #ntre DK şi FKK dar practic el are valori cuprinse #ntre5) şi *)). 7elălalt tip de transistor bipolar este cel de tipul pnp ca #n figura de mai jos /



,E&ERA#I$-I. S$R%C$%RA $RA&'IS$OR%#%I (IPO#AR Tranzistoarele bipolare $@G% sunt dispozitive semiconductoare alcătuite dintr-osuccesiune de trei regiuni realizate prin impurificarea aceluiaşi cristal semiconductor,regiunea centrală fiind mult mai #ngustă şi de tip diferit faţă de regiunile laterale.Aegiunea centrala este mult mai slab dotată cu impurităţi decât celelalte regiuni şi senumeşte baza $G%. 0na dintre regiunile laterale, puternic dotată cu impurităţi, se

numeşte emitor L, iar cealaltă, mai săracă #n impurităţi decât emitorul, se numeştecolector $7%. Aegiunile @G formează cele doua joncţiuni ale acestuia. În figura D sunt reprezentate cele două structuri ale @G şi simbolurile acestora.

3ig. D. tructura şi simbolul @G de tip / a% pnp 6 b% npn

tructurile din fig.D. ale celor două tipuri de @G reprezintă modelele structuraleunidimensionale ale acestora. "enumirile regiunilor etreme sunt corelate cu funcţiilelor. E este sursa de purtători, care determină #n general curentul prin tranzistor, iar 7colectează purtătorii ajunşi aici. G are rolul de a controla $modifica% intensitateacurentului prin tranzistor #n funcţie de tensiunea dintre G si E. @ranzistorul transferăcurentul din circuitul de intrare de rezistenţă mică #n circuitul de ieşire de rezistenţămare, de unde şi denumirea de tranzistor $$RA&SIS$OR $RA&3EA AESIS$OR%.

7e două joncţiuni ale tranzistorului sunt / 9 joncţiunea de emitor sau / 9 emitor-baza $EG% pentru @G pnp 6 9 baza-emitor $GE% pentru @G npn 6 9 joncţiunea de colector sau / 9 colector-baza $7G% pentru @G pnp 6 9 baza-colector $G7% pentru @G npn.

@G este un dispozitiv activ care are ca funcţie de bază pe cea de amplificare.(roprietatea de amplificare a @G se datoreşte aşa-numitului efect de tranzistor. (entru@G se pot defini trei curenţi şi trei tensiuni, aşa cum sunt prezentate #n fig. *.

CE

B

n p n

E B C

b

p n p

E B C

a

CE

B



3ig.*. >ărimile la borne ale @G/ a% pnp6 b% npn

@ensiunile sunt legate prin relaţia/ v7G v7E ! vEG, $D% iar curentii prin relatia/ iE i7 ! iG.$*%

(entru a obţine relatia $*%, @G este asimilat cu un nod #n care suma algebrică acurenţilor este zero. 7a urmare a relatiilor $D% si $*%, numai două tensiuni şi doi curenţisunt mărimi independente. 2legerea mărimilor electrice care descriu comportareatranzistorului se poate face #n moduri diferite. 7riteriul este urmatorul/ se considerătranzistorul ca un diport $un bloc cu două borne ce formează poarta de intrare şi alte

două borne ce formează poarta de ieşire%. "eoarece tranzistorul are doar trei borne$terminale%, una dintre ele trebuie să fie comună intrării şi ieşirii. Gorna comunădefineşte coneiunea tranzistorului.

CO&E/I%&I "%&DA0E&$A#E A#E $RA&'IS$OR%#%I (IPO#AR

2şa cum am mai spus, @G trebuie tratat ca un diport $cuadripol%, dar având doar trei

borne, una dintre ele va fi comună circuitelor de intrare şi ieşire. @G are trei noduri de

conectare fundamentale /

9 coneiunea G7 $cu baza comunaă% $fig. :, a% 6 9 coneiunea E7 $cu emitorul comun% $fig. :, b% 6

9 coneiunea 77 $cu colectorul comun% $fig. :,c%

B

I b

a b

VCE

CE ic

Ie

w

VCB

VEB

VCE

B

CE i

cie

I b

VCB

VEB



3ig. :. 7oneiunile fundamentale ale @G/

a% coneiunea G76 b% coneiunea E76 c% coneiunea 77

1.c. Reimurile de funcionare ale tranzistoarelor

"upă felul polarizării aplicate celor două joncţiuni ale unui tranzistor, se pot deosebipatru regimuri de funcţionare/

regim activ normal/ - joncţiunea emitorului polarizată direct6 - joncţiunea colectorului polarizată invers6

regim de saturaţie - joncţiunea emitorului polarizată direct6 - joncţiunea colectorului polarizată direct6

regim de tăiere - joncţiunea emitorului polarizată invers6 - joncţiunea colectorului polarizată invers6

regim activ invers - joncţiunea emitorului polarizată invers6 - joncţiunea colectorului polarizată direct6

• Reim activ normal a fost prezentat până acum.• Reim de saturaie. 2mbele joncţiuni sunt polarizate direct. (e

tranzistor sursele sunt montate #n opoziţie, având valori apropiate. @ensiunea rezultantăcolector-emitor va fi/

UUU

V CC

V CC

npn I C I E

V EE

pnp I C I E

I B

V EE V CBV EB

-

+

+

-

I BV CBV EB

V CC +-

-

+

I C

I E

I B

V CE V EBV BB V CC

pnp I C

I E

I B

V CE V EBV BB

npn

a

b

−

+

E I

I B

V CE V CB V EE

pnp

+

-

I E I B

V CE V CB V EE +

-

−

+V CC

npn

V CC c

182796999 Dioda Semiconductoare PROIECT Doc

Documents

Transcript of 182796999 Dioda Semiconductoare PROIECT Doc