6 elektronische Grundlagen von Halbleiterbauelementen, die Sie kennen sollten

Halbleiter entwickelt Dioden

Eine Diode ist die einfachste Form von Halbleiterbauelementen, die aus zwei Teilen unterschiedlicher Halbleitermaterialien namens P und N besteht. Sie wird normalerweise verwendet, um den elektrischen Fluss in eine Richtung zuzulassen und ihn in die entgegengesetzte Richtung zu begrenzen.

Wenn der P-Typ und die N-Materialien verschmolzen sind, bilden Sie eine PN-Funktion. Wir müssen es in einer sauberen Umgebung in einem Reinraum tun. Beim Anbringen von Materialien mit unterschiedlicher Leitfähigkeit werden die negativen Elektronen von den positiven Ladungen angezogen und bilden an der Verbindungsstelle eine Art Grenze. Die anderen ähnlichen Ladungen werden abgestoßen, was zur Bildung einer Verarmungsregion an der Schnittstelle führt, wo der Fluss von Elektronen und positiven Ladungen im Gleichgewicht sind.

Das Design der asiatischen Diode kann sie vorwärts oder rückwärts vorgespannt machen.

Halbleiterbauelemente – Vorwärtsvorspannung

Wenn wir die P-Seite mit Vorwärtsfluss verbinden, spricht man von einer Vorwärtsspannung, und Strom fließt im Stromkreis.

Halbleiterbauelemente – Rückwärtsvorspannung

In der Sperrvorspannungskonfiguration verbinden wir die P-Seite mit einer negativeren Spannung, und somit werden alle ankommenden Elektronen abgestoßen. Es blockiert den Stromfluss im Stromkreis.

Halbleiterbauelemente – Anwendung

Einige gängige Anwendungen von Dioden sind unten aufgeführt

1. Diode in Gleichrichtern

Dioden helfen bei der Konstruktion verschiedener Gleichrichterschaltungen, um die Leistung von Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Einige Grundtypen von Gleichrichterschaltungen mit Dioden sind:

1. Halbwelle

2. Vollwellen-Mittenabgriff

3. Vollbrücke

Wir richten den Strom auf Gleichstrom um, indem wir die Vorspannung der Diode während jeder Halbwelle des Eingangswechselstroms wechseln. Zusätzlich kann in diesen Schaltungen ein Kondensator verwendet werden, um Welligkeitseffekte zu vermeiden.

Die Diode in Clipper-Schaltungen

Clipping-Schaltungen helfen, übermäßiges Rauschen von FM-Sendern zu entfernen. Basierend auf der Art der verwendeten Diodenkonfiguration können wir diese Schaltungen wie folgt klassifizieren:

1.Serie Clipper

Die Diode ist während der positiven Halbwelle der Eingangsspannung in Sperrichtung vorgespannt und für die negative Halbwelle in Durchlassrichtung vorgespannt.

1. Shunt-Clipper

Die Diode fungiert in dieser Schaltung als Schalter. Es ist während der positiven Halbwelle in Vorwärtsrichtung vorgespannt und arbeitet während des negativen Prozesses umgekehrt.

Die Diode in Klemmschaltungen

Während Clipper-Schaltungen Spitzenwerte entfernen, hilft eine Klemmschaltung dabei, ein Spitzensignal auf den gewünschten Pegel zu verschieben. Er wird auch DC-Restorer oder Level-Shifter genannt. Die Arten von Klemmschaltungen sind:

1. Positive Diodenkonfiguration

Negative Spitzen werden geklemmt, sodass sie auf Nullpegel fallen.

1. Negative Diodenkonfiguration

Positive Spitzen werden geklemmt und dazu gebracht, auf einen Nullpegel abzufallen.

Die Diode in Logic Gates

Logikgatter werden verwendet, um logische Operationen wie AND, OR, NOT, NOR, XOR usw. auszuführen. Durch Anwenden des Konzepts von Zuständen mit niedriger und hoher Impedanz eines Logikschalters auf die Sperr- und Vorwärtsvorspannung können Dioden alle Arten von Logikgattern konstruieren .

Logisch 1 entspricht einer hohen Spannung und logisch 0 einer niedrigen Spannung. Um ein einfaches ODER-Gatter zu konstruieren, können Sie zwei Dioden mit Schaltern verwenden. Wenn beide Schalter offen sind, sind die Dioden in Sperrichtung vorgespannt und die Ausgangsspannung ist Null. Wenn ein Schalter geschlossen ist, wird eine Diode in Durchlassrichtung vorgespannt und die Ausgangsspannung wird hoch.

Die Diode in Rückstromschutzschaltungen

Die Diode kann die Schaltung vor der umgekehrten Polarität der Gleichstromversorgung schützen. Wenn der Gleichstromanschluss falsch ist, kommt es zu einer Verpolung, und eine große Stromansammlung kann in den Stromkreis fließen und Schäden verursachen. Eine Sperrdiode auf beiden Seiten des Eingangs kann helfen, dieses Problem zu vermeiden, da sie die Stromversorgung blockiert, wenn sie mit der Last in Reihe geschaltet wird. Die Diode wird für eine ordnungsgemäße Verbindung in Durchlassrichtung vorgespannt und für die falsche Verbindung in Sperrrichtung vorgespannt.

Die Diode im Spannungsvervielfacher

Wenn Sie mehrere Dioden in einer Gleichrichterschaltung kaskadieren, können Sie eine Ausgangsgleichspannung erhalten, die gleich dem Wert der angelegten Eingangsspannung multipliziert mit der Anzahl der verwendeten Multiplikatoren ist.

V out =V in * Multiplikatoren

Diese Schaltungen können Spannungsverdoppler und -vervielfacher sein. Durch die Kombination eines Kondensators mit dem Kurs können Sie eine ungerade oder sogar mehrfache Eingangsspannung als Ausgang erhalten.

Halbleiter entwickelt Transistoren

Transistoren sind die Vorläufer vieler moderner Gadgets und elektronischer Geräte. Sie ermöglichten Signalverstärkung und Schaltkreise und machten sie zu einem wesentlichen Bestandteil elektronischer Geräte.

Jeder Transistor besteht aus drei wesentlichen Teilen, die Emitter, Basis und Kollektor genannt werden. Einige Transistoren können auch ein zusätzliches Substrat zum Verbinden mit den Schaltungen aufweisen.

Wir haben weiter nach Struktur, Material oder Mechanismus des Transistors klassifiziert.

1. Bipolartransistoren (NPN und PNP)

2. Feldeffekttransistoren (JFET und MOSFET)

Anwendungen

Transistoren werden als Schalter und Verstärker in Schaltkreisen verwendet, um den Stromfluss zu steuern.

Bipolare Sperrschichttransistoren

Allgemein als Sperrschichttransistoren geprägt, können BJT basierend auf der Konfiguration weiter unterschieden werden.

1. In NPN-Schaltungen ist die Konfiguration als CBE (Kollektor, Basis und Emitter).

2. Im Fall von PNP ist es EBC.

Verbinden Sie für NPN zwei Schichten aus N-dotiertem Material mit dem mittleren P-dotierten Material. In diesem Fall gelangen Elektronen vom Emitter in die Basis, und die Unterseite steuert die Anzahl der Elektronen, die der Emitter emittieren kann.

Bei PNP-Schaltungen ist die Konfiguration das Gegenteil von NPN. Zwei P-dotierte Materialien an den Enden mit einem N-dotierten Material als Basis. Die Basis steuert immer noch den Stromfluss in die entgegengesetzte Richtung, aber.

Feldeffekttransistoren

FET-Transistoren funktionieren etwas anders als BJTs. Sie bestehen aus Pins und haben drei Teile, nämlich Gate, Source und Drain.

Sperrschicht-FETs sind eine einfachere Version von FETs, die als Schalter, Verstärker und Widerstände verwendet werden. Es benötigt keinen Vorstrom und arbeitet ausschließlich mit der Eingangsspannung. Sie sind in zwei Typen erhältlich, dem P-Kanal und dem N-Kanal.

1. P-Kanal-JFET

Der Stromfluss erfolgt durch positive Ladungen oder Löcher.

2. N-Kanal-JFET

Hier bewirken die Elektronen den Stromfluss. Diese Transistortypen sind im Vergleich zu P-Kanal-Transistoren beliebter.

3. MOSFET

MOSFET steht für Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Es ist der beliebteste Transistortyp, der in den meisten Niedrigleistungsschaltkreisen in Chipdesign-Technologien verwendet wird. Wie der Name schon sagt, verwendet dieses Halbleiterbauelement Metall-Gate-Anschlüsse und hat vier Anschlüsse – die Drains, die Source, das Gate, den Körper oder das Substrat.

MOSFETs bieten eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz.

Halbleiterbauelemente Operationsverstärker

Operationsverstärker sind analoge Schaltungsblöcke zur Herstellung von Hochleistungsschaltungen mit minimalen Bauteilen. Unter Verwendung eines negativen oder positiven Rückkopplungssystems können Verstärker, Kondensatoren, Filter usw. diese Schaltungen verwenden.

Sie sind Liner-Geräte mit ähnlichen Eigenschaften wie ein DC-Verstärker.

Ein Operationsverstärker hat drei wichtige Anschlüsse, den invertierenden Eingang, den invertierenden Mittagseingang und den Ausgangsanschluss, der Strom und Spannung entweder aufnehmen oder liefern kann.

Anwendungen

1. Signale vergleichen

Operationsverstärker können die an einem Eingangsende angelegte Spannung mit dem anderen Eingang vergleichen. Spannungsunterschiede an den Eingängen können zu einer Sättigung des Operationsverstärkers führen, und wenn beide Eingangsspannungen gleich groß sind, beträgt die Ausgangsspannung null Volt.

2. Puffersignale

OpAmp, der mit einer negativen Rückkopplungskonfiguration konfiguriert ist, fungiert als Pufferverstärker mit Einheitsverstärkung. Er hat eine hohe Eingangsimpedanz, um Probleme beim Laden der Signalquelle zu vermeiden, eine niedrige Ausgangsimpedanz und eine hohe Stromverstärkung.

3. Liefern Sie zwei Spannungen

Ein Operationsverstärker mit doppelter Versorgung kann zwei verschiedene Spannungen empfangen, eine positive und eine negative Spannung. Der nicht-invertierende Anschluss empfängt eine positive Spannung und der invertierende Anschluss empfängt eine negative Spannung, anstatt wie in einem Einzelversorgungsmodus mit Masse verbunden zu sein.

Operationsverstärker mit doppelter Versorgung sind besser für AC-Signale geeignet und können mit höheren Spannungspegeln arbeiten.

4. Signale verstärken

Ein Operationsverstärker kann Eingangssignale basierend auf der Spannung an seinen nicht-invertierenden und invertierenden Eingangsanschlüssen verstärken.

5. Signale filtern

Ein einzelner Operationsverstärker kann ein-, zwei- oder dreipolige Filter bereitstellen. Verschiedene Variationen können Filterschaltungen mit einem Operationsverstärker verwenden. Einige davon sind:

1. Tiefpassfilter

2. Hochpassfilter

3. Bandpassfilter

4. Kerbfilter

5. Summieren von Signalen

Die Audiomischschaltung und dergleichen müssen einen Operationsverstärker zum Summieren der angelegten Spannung verwenden. Der virtuelle Masse-Summierungspunkt der invertierenden Verstärkerschaltung hilft, die Audioeingänge zu summieren.

Halbleiter entwickelt Widerstand

In elektrischen Prozessen benötigen wir Widerstände, um den Elektronenfluss zu steuern und den Strompegel für eine bestimmte Spannung anzupassen. Widerstände helfen dabei. Je höher der Widerstandswert eines Widerstands ist, desto geringer ist der Stromfluss.

Anwendungen

1. Transistoren und LEDs

Widerstände schützen die empfindlichen Halbleiterbauelemente wie Transistoren und LEDs, indem sie die richtige Strommenge durch die Schaltkreise fließen lassen.

2. Zeitpunkt und Häufigkeit

Widerstände können, wenn sie mit Kondensatoren verbunden sind, ein zeitgesteuertes Schaltungsgerät bereitstellen. Es hilft bei der Gestaltung von Kursen, die für Lichtblitze und Sirenen verwendet werden.

3. Spannungsteiler

Wenn Sie eine Daisy-Chain von Widerständen in einer Reihenschaltung verbinden, können Sie den gewünschten Spannungsabfall basierend auf dem Widerstandswert der Widerstände erhalten. Die resultierende Spannung ist ein Anteil des Widerstands, der von jedem Widerstand in der Schaltung beigetragen wird.

4. Widerstände zum Heizen

Widerstände werden in Geräten wie Toastern, Elektroherden und Heizungen verwendet, um elektrische Energie in Wärmeenergie umzuwandeln.

Halbleitergeräte Kondensator

Kondensatoren sind ein wesentlicher Bestandteil aller elektronischen Schaltungen. Sie können mit Strom aufgeladen und auf einmal entladen werden.

Anwendungen

1. Zeit

Durch die Manipulation der Lade- und Entladezeitintervalle können Kondensatoren zeitabhängige Schaltungen wie LEDs, Lautsprechersysteme, Alarme und Kurse verwenden, die periodische Pieptöne abgeben.

2. Glätten

AC-Eingangsstrom kann geglättet werden, um mithilfe eines Kondensators und vieler Haushaltsgeräte einen DC-Ausgang zu erzeugen.

3. Kupplung

Die Kondensatorkopplung ist der Mechanismus, durch den Gleichstrom blockieren kann, während Wechselstrom allein durch einen Stromkreis fließen kann. Lautsprecher verwenden Kondensatoren, um diesen Mechanismus zu erreichen, und wir können Schäden durch Gleichstrom vermeiden.

4. Abstimmung

Drehkondensatoren werden in Funksystemen zum Abstimmen von Schaltkreisen verwendet. Dazu wird ein LC-Oszillator mit variablen Kondensatoren verbunden.

5. Energiespeicher

Kondensatoren können Energie speichern und sofort abgeben, was in Anwendungen wie Kameraschaltkreisen Verwendung findet, wo ein plötzlicher Blitz erforderlich ist.

Halbleiter entwickelt Induktor

Induktivitäten sind passive elektronische Schaltungen, die Energie in einem Magnetfeld speichern, wenn Strom durch sie fließt. Der isolierte Draht der Spule, der um den zentralen Kern gewickelt ist, bildet den Induktor, der normalerweise die größte Komponente in der Schaltung ist.

Anwendungen

1. Filter

Induktivitäten können als Tiefpassfilter fungieren, und wenn sie mit Kondensatoren und Widerständen kombiniert werden, können sie verwendet werden, um erweiterte Filter in einer Schaltung zu erstellen.

2. Sensoren

Induktoren können Magnetfelder und magnetisch durchlässige Materialien erfassen, ohne dass sie in physischem Kontakt mit diesen Materialien stehen müssen. Dadurch eignen sie sich hervorragend als Sensoren in Ampeln und ähnlichen Anwendungen.

3. Transformatoren

Wenn Spulen mit gleichem magnetischen Pfad kombiniert werden, können Sie einen Transformator bilden. Transformatoren sind ein wesentlicher Bestandteil von Stromnetzen und Stromversorgungen.

4. Motoren

Induktive Motoren helfen, elektrische Energie mit Hilfe einer Magnetkraft effizienter in mechanische Energie umzuwandeln. Wir können einen Induktionsmotor mit Wechselstromeingang verwenden, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Induktive Motoren benötigen auch keinen elektrischen Kontakt zwischen Rotor und Maschine, was sie zu einer sichereren und zuverlässigeren Wahl macht.

5. Energiespeicher

Solange der Induktor mit Strom versorgt wird, kann er Energie im Magnetfeld speichern. Schaltnetzteile können sie verwenden, wie sie beispielsweise in PCs verwendet werden.

6. Audio-Equalizer

Audio-Equalizer sind bestimmte Arten von elektronischen Geräten, die bei der Musikproduktion helfen. Sie werden verwendet, um bestimmte Frequenzen zu verstärken oder zu dämpfen, um die erforderlichen Soundeffekte zu erzeugen.

Es gibt verschiedene Arten von Equalizern, die gebräuchlichsten sind.

1. Shelving-Equalizer

2. Grafischer Equalizer

3. Parametrischer Equalizer

Zusammenfassung

Dieser Artikel gibt einen grundlegenden Überblick über Halbleiter und alle Geräte, die sie herstellen können.

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