Một phần tử vô tuyến điện tử làm bằng vật liệu bán dẫn, sử dụng tín hiệu đầu vào, tạo, khuếch đại, thay đổi xung trong các mạch và hệ thống tích hợp để lưu trữ, xử lý và truyền thông tin. Bóng bán dẫn là một điện trở có chức năng được điều chỉnh bởi điện áp giữa cực phát và đế hoặc nguồn và cổng, tùy thuộc vào loại mô-đun.
Nội dung
Các loại bóng bán dẫn
Bộ chuyển đổi được sử dụng rộng rãi trong sản xuất vi mạch kỹ thuật số và tương tự để làm giảm dòng tiêu dùng tĩnh và cải thiện độ tuyến tính. Các loại bóng bán dẫn khác nhau ở chỗ một số được điều khiển bằng sự thay đổi điện áp, loại bóng bán dẫn sau được điều chỉnh bởi độ lệch dòng điện.
Các mô-đun trường hoạt động với điện trở DC tăng lên, biến đổi tần số cao không làm tăng chi phí năng lượng.Nếu chúng ta nói một cách đơn giản bóng bán dẫn là gì, thì đây là một mô-đun có biên độ lợi cao. Đặc tính này ở các loài thực địa lớn hơn ở các loại lưỡng cực. Trước đây không có sự hấp thụ lại hạt tải điện, giúp tăng tốc độ hoạt động.
Chất bán dẫn trường được sử dụng thường xuyên hơn vì những ưu điểm của chúng so với loại lưỡng cực:
- Điện trở mạnh mẽ ở đầu vào ở dòng điện một chiều và tần số cao, điều này làm giảm tổn thất năng lượng cho việc điều khiển;
- thiếu sự tích tụ của các điện tử nhỏ, làm tăng tốc độ hoạt động của bóng bán dẫn;
- sự vận chuyển của các hạt chuyển động;
- ổn định với độ lệch nhiệt độ;
- tiếng ồn nhỏ do thiếu tiêm;
- tiêu thụ điện năng thấp trong quá trình hoạt động.
Các loại bóng bán dẫn và đặc tính của chúng xác định mục đích. Làm nóng bộ chuyển đổi kiểu lưỡng cực làm tăng dòng điện dọc theo đường dẫn từ bộ thu đến bộ phát. Chúng có hệ số điện trở âm và sóng mang di động chảy đến thiết bị thu từ bộ phát. Phần đế mỏng được ngăn cách bởi các tiếp giáp p-n và dòng điện chỉ phát sinh khi các hạt chuyển động tích tụ và được tiêm vào phần đế. Một số hạt mang điện tích bị bắt bởi một điểm tiếp giáp p-n liền kề và được gia tốc, đây là cách tính các thông số của bóng bán dẫn.
FET có một loại lợi thế khác cần được đề cập đối với hình nộm. Chúng được kết nối song song mà không cân bằng điện trở. Điện trở không được sử dụng cho mục đích này, vì chỉ báo tự động tăng khi tải thay đổi. Để có được giá trị cao của dòng chuyển mạch, một phức hợp các mô-đun được tuyển dụng, được sử dụng trong biến tần hoặc các thiết bị khác.
Không thể kết nối song song một bóng bán dẫn lưỡng cực, việc xác định các thông số chức năng dẫn đến thực tế là phát hiện sự cố nhiệt có tính chất không thuận nghịch. Các thuộc tính này liên quan đến chất lượng kỹ thuật của các kênh p-n đơn giản. Các mô-đun được kết nối song song bằng cách sử dụng điện trở để cân bằng dòng điện trong các mạch phát. Tùy thuộc vào các tính năng chức năng và các chi tiết cụ thể, loại lưỡng cực và trường được phân biệt trong phân loại bóng bán dẫn.
Bóng bán dẫn lưỡng cực
Thiết kế lưỡng cực được sản xuất như các thiết bị bán dẫn với ba dây dẫn. Các lớp có độ dẫn p lỗ hoặc độ dẫn n tạp chất được cung cấp trong mỗi điện cực. Sự lựa chọn của một tập hợp các lớp hoàn chỉnh quyết định việc phát hành các loại thiết bị p-n-p hoặc n-p-n. Tại thời điểm bật thiết bị, các loại điện tích khác nhau do lỗ trống và êlectron chuyển đồng thời, có 2 loại hạt tham gia.
Chất mang di chuyển do cơ chế khuếch tán. Nguyên tử và phân tử của một chất xâm nhập vào mạng tinh thể liên phân tử của vật liệu lân cận, sau đó nồng độ của chúng giảm dần trong toàn bộ thể tích. Vận chuyển xảy ra từ khu vực có độ nén chặt cao đến khu vực có hàm lượng thấp.
Các electron cũng lan truyền dưới tác dụng của trường lực xung quanh các hạt với sự bao gồm không đều các chất phụ gia hợp kim trong khối cơ bản. Để tăng tốc độ hoạt động của thiết bị, điện cực nối với lớp giữa được làm mỏng. Các dây dẫn ngoài cùng được gọi là cực phát và cực thu. Đặc tính điện áp ngược của quá trình chuyển đổi là không quan trọng.
FET
Bóng bán dẫn hiệu ứng trường điều khiển điện trở bằng cách sử dụng điện trường ngang phát sinh từ điện áp đặt vào. Nơi mà từ đó các điện tử di chuyển vào kênh được gọi là nguồn, và rãnh trông giống như điểm cuối của sự đi vào của các điện tích. Điện áp điều khiển đi qua một dây dẫn được gọi là cổng. Thiết bị được chia thành 2 loại:
- với điểm nối p-n điều khiển;
- Bóng bán dẫn MIS với một cổng cách điện.
Các thiết bị thuộc loại đầu tiên có một tấm wafer bán dẫn trong thiết kế, được kết nối với mạch điều khiển bằng cách sử dụng các điện cực ở hai phía đối diện (cống và nguồn). Một nơi có kiểu dẫn điện khác xảy ra sau khi tấm được kết nối với cổng. Một nguồn phân cực không đổi được đưa vào mạch đầu vào tạo ra điện áp chặn tại đường giao nhau.
Nguồn của xung khuếch đại cũng nằm trong mạch đầu vào. Sau khi thay đổi điện áp ở đầu vào, chỉ số tương ứng tại điểm nối p-n được biến đổi. Độ dày lớp và diện tích mặt cắt ngang của điểm nối kênh trong tinh thể, nơi truyền dòng các electron mang điện, được sửa đổi. Chiều rộng kênh phụ thuộc vào không gian giữa vùng suy giảm (bên dưới cổng) và chất nền. Dòng điều khiển tại điểm đầu và điểm cuối được điều khiển bằng cách thay đổi độ rộng của vùng suy giảm.
Bóng bán dẫn MIS được đặc trưng bởi thực tế là cổng của nó được ngăn cách bởi lớp cách điện với lớp kênh. Trong một tinh thể bán dẫn, được gọi là chất nền, các vị trí pha tạp có dấu hiệu ngược lại được tạo ra. Trên chúng được lắp đặt các dây dẫn - một ống thoát nước và một nguồn, giữa chúng có một chất điện môi nằm cách nhau một khoảng cách nhỏ hơn một micrômet. Trên chất cách điện có một điện cực kim loại - một màn trập.Do cấu trúc tạo thành có chứa một kim loại, một lớp điện môi và một chất bán dẫn, các bóng bán dẫn có tên viết tắt là MIS.
Thiết bị và nguyên lý hoạt động cho người mới bắt đầu
Công nghệ hoạt động không chỉ với điện tích, mà còn với từ trường, lượng tử ánh sáng và photon. Nguyên tắc hoạt động của bóng bán dẫn nằm ở các trạng thái mà thiết bị chuyển mạch. Tín hiệu nhỏ và lớn đối lập, trạng thái mở và đóng - đây là công việc kép của các thiết bị.
Cùng với vật liệu bán dẫn trong thành phần, được sử dụng ở dạng đơn tinh thể, được pha tạp chất ở một số nơi, bóng bán dẫn trong thiết kế của nó có:
- kết luận từ kim loại;
- chất cách điện điện môi;
- vỏ của bóng bán dẫn làm bằng thủy tinh, kim loại, nhựa, gốm sứ.
Trước khi phát minh ra các thiết bị lưỡng cực hoặc phân cực, các ống chân không điện tử được sử dụng như các phần tử hoạt động. Các mạch được phát triển cho chúng, sau khi sửa đổi, được sử dụng trong sản xuất các thiết bị bán dẫn. Chúng có thể được kết nối như một bóng bán dẫn và được sử dụng, vì nhiều đặc tính chức năng của đèn phù hợp để mô tả hoạt động của các loài trường.
Ưu nhược điểm của việc thay thế đèn bằng bóng bán dẫn
Việc phát minh ra bóng bán dẫn là một yếu tố kích thích sự ra đời của các công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực điện tử. Mạng sử dụng các phần tử bán dẫn hiện đại, so với các mạch đèn cũ, sự phát triển như vậy có ưu điểm:
- kích thước nhỏ và trọng lượng thấp, điều này rất quan trọng đối với các thiết bị điện tử thu nhỏ;
- khả năng áp dụng các quy trình tự động trong sản xuất thiết bị và phân nhóm các công đoạn, giúp giảm chi phí;
- việc sử dụng các nguồn dòng điện có kích thước nhỏ do nhu cầu sử dụng điện áp thấp;
- bật tức thời, không cần đốt nóng catốt;
- tăng hiệu quả năng lượng do giảm công suất tiêu tán;
- sức mạnh và độ tin cậy;
- tương tác phối hợp tốt với các phần tử bổ sung trong mạng;
- khả năng chống rung và sốc.
Nhược điểm xuất hiện trong các điều khoản sau:
- bóng bán dẫn silicon không hoạt động ở điện áp lớn hơn 1 kW, đèn có hiệu quả ở mức trên 1-2 kW;
- Khi sử dụng bóng bán dẫn trong mạng phát sóng công suất cao hoặc máy phát vi ba, cần phải kết hợp các bộ khuếch đại công suất thấp được kết nối song song;
- tính dễ bị tổn thương của các phần tử bán dẫn trước tác động của tín hiệu điện từ;
- một phản ứng nhạy cảm với các tia vũ trụ và bức xạ, đòi hỏi sự phát triển của các vi mạch kháng bức xạ trong lĩnh vực này.
Chuyển đổi kế hoạch
Để làm việc trong một mạch đơn, transistor yêu cầu 2 đầu ra ở đầu vào và đầu ra. Hầu như tất cả các loại thiết bị bán dẫn chỉ có 3 điểm kết nối. Để thoát khỏi một tình huống khó khăn, một trong những kết thúc được ấn định như một kết thúc chung. Điều này dẫn đến 3 sơ đồ kết nối phổ biến:
- cho bóng bán dẫn lưỡng cực;
- thiết bị phân cực;
- với một cống mở (bộ thu).
Mô-đun lưỡng cực được kết nối với một bộ phát chung cho cả khuếch đại điện áp và dòng điện (MA). Trong các trường hợp khác, nó khớp với các chân của chip kỹ thuật số khi có điện áp lớn giữa mạch bên ngoài và sơ đồ đấu dây bên trong.Đây là cách kết nối bộ thu chung hoạt động và chỉ quan sát thấy sự gia tăng dòng điện (OK). Nếu bạn cần tăng điện áp, thì phần tử được giới thiệu với một cơ sở chung (OB). Tùy chọn này hoạt động tốt trong các mạch ghép tầng, nhưng hiếm khi được đặt trong các dự án bóng bán dẫn đơn.
Các thiết bị bán dẫn hiện trường của các giống MIS và sử dụng tiếp giáp p-n được bao gồm trong mạch:
- với bộ phát chung (CI) - kết nối tương tự như OE của mô-đun loại lưỡng cực
- với một đầu ra duy nhất (OS) - một kế hoạch thuộc loại OK;
- với một cửa chớp chung (OZ) - một mô tả tương tự về OB.
Trong các kế hoạch thoát nước mở, bóng bán dẫn được bật với một bộ phát chung như một phần của vi mạch. Đầu ra của bộ thu không được kết nối với các phần khác của mô-đun và tải sẽ đi đến đầu nối bên ngoài. Việc lựa chọn cường độ điện áp và cường độ dòng điện thu được thực hiện sau khi lắp đặt dự án. Các thiết bị thoát hở hoạt động trong các mạch với các giai đoạn đầu ra mạnh mẽ, trình điều khiển xe buýt, mạch logic TTL.
Bóng bán dẫn để làm gì?
Phạm vi được phân định tùy thuộc vào loại thiết bị - mô-đun hoặc trường lưỡng cực. Tại sao cần sử dụng bóng bán dẫn? Nếu cần dòng điện thấp, ví dụ, trong các kế hoạch kỹ thuật số, các chế độ xem hiện trường được sử dụng. Các mạch tương tự đạt được độ lợi tuyến tính cao trên một loạt các điện áp cung cấp và đầu ra.
Các khu vực lắp đặt cho bóng bán dẫn lưỡng cực là bộ khuếch đại, sự kết hợp của chúng, bộ dò, bộ điều chế, mạch hậu cần bóng bán dẫn và bộ biến tần kiểu logic.
Vị trí ứng dụng của bóng bán dẫn phụ thuộc vào đặc điểm của chúng. Chúng hoạt động ở 2 chế độ:
- theo cách khuếch đại, thay đổi xung đầu ra với độ lệch nhỏ của tín hiệu điều khiển;
- trong điều chỉnh chính, điều khiển nguồn cung cấp của các tải có dòng điện đầu vào yếu, transistor đóng hoặc mở hoàn toàn.
Loại mô-đun bán dẫn không thay đổi các điều kiện hoạt động của nó. Nguồn được kết nối với tải, ví dụ, một công tắc, một bộ khuếch đại, một thiết bị chiếu sáng, nó có thể là một cảm biến điện tử hoặc một bóng bán dẫn mạnh mẽ liền kề. Với sự trợ giúp của dòng điện, hoạt động của thiết bị tải bắt đầu, và bóng bán dẫn được kết nối với mạch giữa cài đặt và nguồn. Mô-đun bán dẫn giới hạn cường độ của năng lượng cung cấp cho thiết bị.
Điện trở ở đầu ra của bóng bán dẫn được biến đổi tùy thuộc vào điện áp trên dây dẫn điều khiển. Cường độ dòng điện và điện áp tại điểm đầu và điểm cuối của mạch thay đổi và tăng hoặc giảm và phụ thuộc vào loại bóng bán dẫn và cách nó được kết nối. Việc điều khiển nguồn điện có kiểm soát dẫn đến tăng dòng điện, xung công suất hoặc tăng điện áp.
Bóng bán dẫn của cả hai loại được sử dụng trong các trường hợp sau:
- Trong quy định kỹ thuật số. Các thiết kế thử nghiệm của mạch khuếch đại kỹ thuật số dựa trên bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự (DAC) đã được phát triển.
- trong máy phát xung. Tùy thuộc vào kiểu lắp ráp, bóng bán dẫn hoạt động theo thứ tự khóa hoặc tuyến tính để tái tạo tín hiệu vuông hoặc tùy ý, tương ứng.
- Trong các thiết bị phần cứng điện tử. Để bảo vệ thông tin và chương trình khỏi bị đánh cắp, hack và sử dụng bất hợp pháp. Hoạt động diễn ra ở chế độ phím, cường độ dòng điện được điều khiển ở dạng tương tự và được điều chỉnh bằng cách sử dụng độ rộng xung.Các bóng bán dẫn được đặt trong bộ truyền động của động cơ điện, đóng cắt ổn áp.
Chất bán dẫn đơn tinh thể và các mô-đun đóng mở làm tăng công suất, nhưng chỉ hoạt động như công tắc. Trong các thiết bị kỹ thuật số, bóng bán dẫn kiểu trường được sử dụng làm mô-đun tiết kiệm. Các công nghệ sản xuất trong khái niệm thí nghiệm tích hợp cung cấp cho việc sản xuất bóng bán dẫn trên một chip silicon duy nhất.
Sự thu nhỏ của các tinh thể dẫn đến máy tính nhanh hơn, ít năng lượng hơn và ít nhiệt hơn.
Các bài tương tự:
