Polovodičové součástky

Polovodičové součástky – dioda, bipolární a unipolární tranzistor, diak, triak, tyristor. Základní zapojení a činnost.

Diody
- diody jsou polovodičové součástky s jedním, vývody opatřeným, přechodem PN
- celek je chráněn před vlivy prostředí skleněným, keramickým, kovovým a jiným pouzdrem
- ke své činnosti využívají diody jednosměrné elektrické vodivosti přechodu PN
- pro lepší orientaci můžeme diody rozdělit na hrotové, plošné a diody pro zvláštní použití

Hrotové diody
- nejvíce se používají germániové hrotové diody s wolframovým nebo zlatým hrotem
- základem diody s wolframovým hrotem je destička germania typu N, na kterou je pružně přitlačován hrot wolframového drátku
- elektrickým impulsem ( formováním ) vznikne pod hrotem vysoká teplota, tou se pozmění krystalová struktura, která se chová jako malá oblast s vodivostí P
- hrotové diody se používají v měřící, rozhlasové a televizní technice

Plošné diody
- základem plošných diod je destička z křemíku typu N, ve které se difúzní technologií vytvoří vrstva typu P
- křemíková destička je připájena na kovovou podložku, která pomáhá odvádět teplo
- plošné diody se používají především v různých druzích usměrňovačů

Stabilizační diody
- tyto diody jsou plošné křemíkové diody s velmi tenkým přechodem PN
- v přímém směru je charakteristika stejná jako u běžné křemíkové diody, ve zpětném směru se charakteristika vyznačuje ostrým zlomem při dosažení tzv. Zenerova napětí
- při tomto napětí je v oblasti přechodu PN tak silné elektrostatické pole, že elektrony jsou vytrhávány ze svých vazeb a to vede k prudkému nárůstu zpětného proudu při téměř stálém napětí
- této části charakteristiky se využívá při udržován stálého stejnosměrného napětí ( stabilizaci ) v elektronických obvodech

Kapacitní diody
- kapacitní diody jsou plošné křemíkové nebo z arzenidu galia vyrobené diody, u kterých se využívá závislosti kapacity přechodu PN na přiloženém napětí ve zpětném směru
- 18 -
- nejmenší dosažitelná kapacita je omezena napětím, které kapacitní dioda snese ve zpětném směru
- největší dosažitelná kapacita je omezena požadavkem, aby dioda pracovala v nepropustné oblasti své voltampérové charakteristiky
- kapacitní diody určené k elektronickému ladění rezonančních obvodů se také nazývají varikapy

Fotodiody
- fotodiody jsou plošné křemíkové diody, jejichž pouzdro je opatřeno okénkem, aby bylo možno jejich přechod PN vystavit světelnému záření
- fotodiody mohou pracovat ve dvou režimech – hradlovém nebo odporovém režimu
- v hradlovém režimu je fotodioda sama zdrojem fotoelektrického napětí ( několik desetin voltu ), které vzniká osvětlením jejího přechodu PN
- taková fotodioda je schopna dodávat do zátěže proud bez vnějšího napájecího zdroje
- v odporovém režimu je na fotodiodu přiloženo vnější napětí ve zpětném směru
- proud, který fotodiodou prochází je závislý na osvětlení přechodu – za tmy je nejmenší, s osvětlením vzrůstá
- fotodiody reagují na změny osvětlení velmi rychle
- používají se v měřící technice, jako přijímače v optických spojích apod.

Tranzistory
- tranzistory jsou polovodičové součástky, nejčastěji se dvěma přechody PN, které jsou schopny zesilovat a generovat elektrické signály, pracovat jako spínače, realizovat logické funkce apod.
- rozlišují se dva druhy tranzistorů: bipolární a unipolární
- bipolární tranzistory ke své činnosti využívají oba druhy nosičů elektrického proudu v polovodivých materiálech
- u unipolárních tranzistorů zajišťují vedení elektrického proudu buď jen elektrony, nebo jen díry

Bipolární tranzistory
- jsou to polovodičové součástky se dvěma přechody PN mezi třemi oblastmi různého typu vodivosti
- potřebné dva přechody PN lze vytvořit dvojím způsobem – buď se střídají oblasti P-N-P, nebo N-P-N
- podle toho rozeznáváme dva typy bipolárních tranzistorů: tranzistor PNP a tranzistor NPN
- jednotlivé oblasti – elektrody se nazývají emitor E, báze B a kolektor C
- v elektronických obvodech může být tranzistor zapojen třemi základními způsoby
- podle elektrody, která je společná pro vstupní i výstupní signál se rozlišuje zapojení se společnou bází SB, se společným kolektorem SC a se společným emitorem SE - 19 -
- nejčastěji se používá zapojení se společným emitorem SE
- vzhledem k tomu, že h21 běžně bývá desítky až stovky, vykazuje tranzistor v zapojení SE velké proudové a následně velké napěťové zesílení

Unipolární tranzistor
- u unipolárních tranzistorů se na vedení elektrického proudu podílí pouze jeden druh polovodičových nosičů proudu
- k řízení velikosti proudu, který těmito tranzistory prochází, se využívá elektrostatické pole, proto se také označují jako tranzistory řízené elektrickým polem FET
- rozlišují se dva druhy tranzistorů řízených elektrickým polem
- první druh má hradlo od kanálu oddělené přechodem PN a označuje se JFET
- druhý druh má hradlo od kanálu odděleno tenkou vrstvou dielektrika a označuje se MOSFET
- oba druhy tranzistorů řízených elektrickým polem jsou obzvláště vhodné pro použití v obvodech, kde se vyžaduje veliký vstupní odpor
- 20 -

Tyristory
- tyristor je polovodičová součástka se čtyřvrstvou strukturou tzn. se třemi na sebe navazujícími přechody PN ( NPNP nebo PNPN )
- tyristory mají tu vlastnost, že jsou v nevodivém stavu až do určitého okamžiku, kdy se skokem otvírají a plně vedou proud
- za určitých podmínek se opět uzavírají
- tyristory můžeme rozdělit podle počtu vývodů na tyristory diodové a triodové
- Diodové tyristory ( diaky ) mají dva vývody, zapínají se ( nastane přeskok do vodivého stavu ) zvýšením přiloženého napětí
- Triodové tyristory mají kromě dvou hlavních vývodů ( katody K a anody A, kterými prochází hlavní proud tyristoru ) ještě pomocný vývod, nazývaný řídící elektroda G
- k němu se přivádí elektrický signál ( impuls ), kterým se tyristor skokem uvádí do vodivého stavu
- triodové tyristory se v praxi velmi rozšířily
- uplatňují se v zařízeních pracujících s malými proudy i v zařízeních k řízení výkonu velikosti řádově megawattů
- tyristory se používají jako spínače a především jako tzv. řízené usměrňovače; řídí usměrněný výkon téměř beze ztrát energie

Triaky
- triak patří k novějším výkonovým polovodičovým součástkám
- uspořádáním vodivostních vrstev v křemíkovém krystalu navazuje na tyristor
- má pětivrstvou strukturu, která tvoří symetrickou soustavu přechodů PN
- od tyristoru se liší tím, že jej signálem na řídící elektrodě lze uvést do vodivého stavu při obou půlvlnách střídavého napětí, tedy při obou polaritách
- triak si můžeme představit jako antiparalelně zapojené tyristory
- triak tedy může sloužit jako řízený ventil střídavého proudu
- příkladem symetrické vícevrstvé polovodičové součástky je diak, který nemá řídící elektrodu a do vodivého stavu se uvádí zvýšením přiloženého napětí