Digitální učební materiál

1. Digitální učební materiál

2. Materiály v elektrotechnice SOŠ A SOU KLADNO DUBSKÁ

3. Základní třídění materiálů • ELEKTRICKY VODIVÉ MATERIÁLY • ODPOROVÉ MATERIÁLY • POLOVODIČOVÉ MATERIÁLY • MATERIÁLY PRO MAGNETICKÉ OBVODY • KOVOVÉ SLITINY NA PÁJKY • NEVODIVÉ MATERIÁLY

4. POLOVODIČOVÉ MATERIÁLY (POLOVODIČE) Ve vodivém materiálu je přebytek volných nosičů elektrického náboje. V izolantu je nedostatek volných elektronů. Polovodiče mají poměr 50/50. Jedná se o prvky 4. skupiny periodické soustavy prvků (PSP). Vlastní vodivost polovodiče: Atom je elektricky neutrální, pokud má stejný počet elektronů a protonů. Aby tekl proud I, uvolníme VALENČNÍ ELEKTRON (napětím, světlem, teplem …). Nevlastní vodivost polovodiče: Do materiálu 4. skupiny PSP přidáme atomy z páté nebo třetí skupiny; tím se zvětší proud.

5. POLOVODIČOVÉ MATERIÁLY (POLOVODIČE) Germanium Ge: Vzácný polokov, vyskytuje se jako příměs v rudách zinku a stříbra, také v ložiscích uhlí. Teplota tání je 938°C. Germanid křemíku (SiGe) se užívá pro výrobu integrovaných obvodů. Permeabilita Ɛr= 16, měrná el. vodivost při 20°C – 2 až 105Ω-1*m-1. Využití – ve vysokofrekvenčních polovodičových součástkách Křemík Si: Tvrdý polokov, hojný výskyt. Relativní permeabilita Ɛr=12,5. Měrná elektrická vodivost závisí na množství příměsí, cca při 20°C dosahuje 10-3 až 102Ω-1*m-1. Používá se jako monokrystalický nebo jako sloučenina (SiC).

6. Selen Se: Dnes se již příliš nevyužívá. Vytlačili jej Ge a Si. Samostatně se využívá omezeně k výrobě usměrňovačů, fotoelektrických článků a světelných filtrů. Užití dalších polovodičových sloučenin: Arsenid galia (GaAs) - tranzistory Arsenid india (InAn) - lasery, magnetorezistory Polovodivé fosfidy (GaP a InP) - vysokoteplotní diody Amonid india (InSb) - termovize

7. POLOVODIČOVÉ MATERIÁLY (POLOVODIČE) Polovodič typu N: Elektronová vodivost, přidáním atomu z páté skupiny PSP (donor) získáme záporný atom s volným elektronem. Polovodič typu P: Děrová vodivost, přidáním atomu z třetí skupiny PSP (akceptor), získáme kladný atom, kterému chybí elektron.

8. PN přechod: Místo uprostřed polovodičového materiálu mezi jednotlivými typy polovodičů, tzv. potenciálový (elektronový) val. Dioda - jeden PN přechod Tranzistor a diak – dva PN přechody Tyristor – tři PN přechody Triak – čtyři PN přechody Integrované obvody – více PN přechodů

9. Propustný směr: Kladný pól ss zdroje je připojen na P. Kladné díry budou odpuzovány od kladné elektrody směrem k přechodu. Záporné elektrony z N vrstvy budou vytlačovány také k přechodu. Ve vrstvě P budou náboj přenášet díry a ve vrstvě N budou náboj přenášet elektrony. Přechod bude elektricky vodivý. Závěrný směr: Záporný pól ss zdroje je připojen na P. Kladné díry z vrstvy P přilnou k záporné elektrodě, záporné elektrony z vrstvy N přilnou ke kladné elektrodě. Na přechodu vznikne pásmo bez volných nosičů. Tento PN přechod bude pro tuto polaritu elektricky nevodivý.

10. Obr. 1 Polovodiče v praxi: Dioda – jeden PN přechod, dva stavy (závěrný a propustný). Využívá se zejména k usměrňování el. proudu. Hrotová, LED, Zenerova … Tranzistor – dvojice přechodů PN, základ všech integrovaných obvodů, má schopnost zesilovat. Bipolární BJT, unipolární FET, JFET, MESFET, MISFET, MOSFET…

11. Tyristor – čtyřvrstvá spínací součástka (obvykle PNPN), používá se k řízení velmi výkonných el. strojů. Triak – spínací prvek schopný vést proud oběma směry, používá se k řízení otáček praček, vrtaček apod. Diak – spínací prvek schopný vést proud oběma směry, je ovládán vstupním napětím, nedá se řídit.

12. KONTROLNÍ OTÁZKY • Objasni co je vlastní a nevlastní vodivost. • Vyjmenuj polovodičové materiály a polovodičové sloučeniny. • Objasni pojem polovodič typu N a P. • Popiš funkci PN přechodu. • Jak nazýváme součástky s jedním, dvěma, třemi a čtyřmi přechody?

13. Použité zdroje • ŠAVEL, Josef. Elektrotechnologie: materiály, technologie a výroba v elektronice a elektrotechnice. 3., rozš. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2004, 299 s. ISBN 80-730-0154-3. • TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006, 623 s. ISBN 80-867-0613-3. • VOBECKÝ, Jan a Vít ZÁHLAVA. Elektronika: součástky a obvody, principy a příklady. 3., rozš. vyd. Praha: GradaPublishing, 2005, 220 s. ISBN 80-247-1241-5. • Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Pavel Horlivý. Obrázky: Obr. 1 STOLAROVA, Karolina. Wikipedia.cz [online]. [cit. 20.6.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dioda_2.png