registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0809. 24. listopadu 2012 VY_32_INOVACE_170209_Polovodice_DUM POLOVODIČE Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Miroslava Víchová. Obchodní akademie a Střední odborná škola logistická, Opava, příspěvková organizace. Materiál byl vytvořen v rámci projektu OP VK 1.5 – EU peníze středním školám, registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0809.

5. Použití polovodičových součástek 1. Polovodiče 2. Vodivost polovodičů 3. Dioda 4. Tranzistor 5. Použití polovodičových součástek

Polovodiče první polovodiče byly vyrobeny až po 2. světové válce dnes jsou součástí mnoha elektronických zařízení mají měrný odpor ρ = 10-6 – 10-4 Ωm vedou elektrický proud hůře než kovy Nejdůležitějšími polovodiči jsou pevné látky: křemík, germanium, selen, telur, uhlík, sulfid kademnatý a arsenid galia… Obr. 1 dále

Polovodiče Termistor dále jejich odpor s rostoucí teplotou klesá (u kovů je tomu právě naopak) při vyšší teplotě vedou lépe elektrický proud Termistor využívá teplotní závislosti odporu u polovodičů je tato závislost označována jako NTC (negativní teplotní koeficient) použití: teplotní čidlo (k měření teploty), součást žhavících obvodů elektronkových zařízení (hudební zesilovače) Obr. 2 dále

Polovodiče Fotorezistor: dříve označován jako fotoodpor elektrický odpor se snižuje s intenzitou dopadajícího světla a současně se zvyšuje elektrická vodivost použití: měření neelektrických veličin ve fotoaparátech (měření intenzity světla), součást požárních hlásičů, v regulační technice Obr. 3 dále

Polovodiče Tenzometr součástka reagující na změnu tlaku Použití: k měření neelektrických veličin, jako čidlo pro diagnostiku poruch, pro zjišťování a analýzu stavu konstrukčních prvků Obr. 4 zpět na obsah další kapitola

Vodivost polovodičů Elektronová vodivost – typ N (negativní) zvýšením teploty se uvolní elektron z vazby přidáním příměsi například fosforu (5 valenčních elektronů) do krystalu křemíku (4 valenční elektrony) zvýšíme počet volných elektronů a podpoříme elektronovou vodivost příměsi z páté skupiny PSP způsobí přebytek elektronů ve vazbě dále

Vodivost polovodičů Děrová vodivost – typ P (pozitivní) na pozici chybějícího elektronu vznikne prázdné místo – díra, která se chová jako kladná částice přidáním příměsi, např. india (3 valenční elektrony) do krystalu křemíku zvýšíme počet děr a podpoříme děrovou vodivost příměsi z třetí skupiny PSP způsobí nedostatek elektronů ve vazbě dále

Vodivost polovodičů Vlastní polovodiče čisté polovodiče bez příměsí používá se monokrystalický křemík elektrony můžeme excitovat teplem, světlem nebo silným elektrickým polem Obr. 5 dále

Vodivost polovodičů Příměsové polovodiče polovodiče obsahující atomy jiného prvku hustota volných nositelů náboje je při nízkých hodnotách konstantní při zvyšování teploty se uplatňuje i vodivost vlastní, což bývá u polovodičových součástek nežádoucí, a proto je musíme chladit zpět na obsah další kapitola

Dioda Přechod PN dále elektronická součástka se dvěma elektrodami založena na vlastnostech přechodu PN Přechod PN hustota děr a elektronů je v obou částech polovodiče různá, takže vzniká difúze volných elektronů z N do P a děr z P do N na rozhraní se tvoří dvojvrstva s ionty opačné polarity po připojení do elektrického obvodu v propustném směru (+ na polovodič P, - na polovodič N) prochází proud P N dále

Dioda po zapojení v závěrném směru (opačně) proud neprochází P N dále

Dioda Použití diod: Fotodioda dopadající světlo nebo jiné záření způsobí v oblasti přechodu PN vytvoření dvojice elektron – díra a podle zapojení buď dojde ke zvýšení vodivosti, nebo ke zvýšení napětí na přechodu mění energii světelnou na elektrickou použití: světelné čidlo Obr. 6 dále

Dioda 2. Sluneční článek – fotovoltaický velkoplošná polovodičová součástka křemíkové články mají účinnost 20 – 30% spojují se do slunečních baterií mění světelnou energii na energii elektrickou použití: výroba elektrického proudu (solární elektrárna) Obr. 7 dále

Dioda 3. Elektroluminiscenční dioda – LED (Light Emitting Diode) prochází-li přechodem proud v propustném směru, přechod vyzařuje světlo s úzkým spektrem tento jev je způsoben elektroluminiscencí pásmo spektra diody závisí na chemickém složení použitého polovodiče výhody LE Diod mají 10x větší účinnost než žárovky a 2x větší účinnost než zářivky vyzařují světlo určité vlnové délky bez použití filtrů jsou odolné vůči nárazům mají dlouhou životnost (minimálně 10x delší než zářivky a 100x delší než žárovky) neobsahují rtuť dále

Dioda nevýhody LE Diod vyšší pořizovací náklady potřebujeme jich větší množství, protože svítí slaběji musí být zapojeny podle polarity Použití: svítidla, kontrolky Obr. 8 Obr. 9 dále

Dioda 4. Laserová dioda na přechodu PN dochází k přeměně elektrické energie na světelnou vznikající světlo má vlastnosti laseru (užší spektrum, koherentní) použití: v cd/ dvd /blu-ray přehrávačích, měření vzdáleností, laserové ukazovátko Obr. 10 zpět na obsah další kapitola

Tranzistor polovodičová součástka, kterou tvoří dvojice přechodů PN je základem všech integrovaných obvodů (procesorů, pamětí) je založena na tranzistorovém jevu (malé změny proudu nebo napětí ve vstupním obvodu mohou vyvolat mnohem větší změny napětí ve výstupním obvodu dělí se na bipolární a unipolární bipolární mají tři elektrody (kolektor, báze, emitor) a podle uspořádání se dělí na NPN nebo PNP zpět na obsah další kapitola

Použití polovodičových součástek Vrstvené integrované obvody - čipy v jednom pouzdře je zabudováno velké množství vodičů, odporů, kondenzátorů, diod a tranzistorů (zk. IO) Tyristory regulace příkonu elektromotorů, např. tramvají, trolejbusů spínají obvody s velkými proudy, mají minimální ztráty energie Obr. 11 dále

Použití polovodičových součástek Polovodičové paměti slouží pro ukládání dat využívají tranzistory řízené elektrickým polem paměti RAM v počítači (musí být stále napájeny) Zobrazovací technologie displeje LCD, LED, OLED Obr. 12 Obr. 13 zpět na obsah konec

POUŽITÁ LITERATURA ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus, 2003. ISBN 80-7196-223-6

CITACE ZDROJŮ Obr. 1 STAHLKOCHER. Soubor:Monokristalines Silizium für die Waferherstellung.jpg: Wikimedia Commons [online]. 7 Ocotber 2004 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/23/Monokristalines_Silizium_f%C3%BCr_die_Waferherstellung.jpg Obr. 2 HELLWIG, Ansgar. File:NTC bead.jpg: Wikimedia Commons [online]. 27 July 2005 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3b/NTC_bead.jpg Obr. 3 BEMOEIAL1. File:LDR.jpg: Wikimedia Commons [online]. 22 January 2006 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/32/LDR.jpg Obr. 4 ZARCO. Soubor:Drátkový tenzometr.JPG: Wikimedia Commons [online]. 13 February 2008 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e9/Dr%C3%A1tkov%C3%BD_tenzometr.JPG Obr. 5 SAPERAUD. Soubor:Germanium.jpg: Wikimedia Commons [online]. 14 September 2005 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5e/Germanium.jpg

CITACE ZDROJŮ Obr. 6 ULFBASTEL. Soubor:Fotodio.jpg: Wikimedia Commons [online]. 28 December 2005 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e6/Fotodio.jpg Obr. 7 SZAJCI. File:SolarPowerPlantSerpa.jpg: Wikimedia Commons [online]. 4 December 2007 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/62/SolarPowerPlantSerpa.jpg?uselang=cs Obr. 8 PICCOLONAMEK. File:RBG-LED.jpg: Wikimedia Commons [online]. 13 August 2005 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cb/RBG-LED.jpg Obr. 9 WIKIPIMPI. File:A6 avant c6 led.jpg: Wikimedia Commons [online]. 9 January 2008 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b0/A6_avant_c6_led.jpg Obr. 10 DEGLR6328. File:Laser diode array.jpg: Wikimedia Commons [online]. 7 July 2007 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5b/Laser_diode_array.jpg Obr. 11 STANMAR. File:Chip.jpg: Wikimedia Commons [online]. 13 April 2006 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fc/Chip.jpg

CITACE ZDROJŮ Obr. 12 ŠEVELA, Pavel. File:Two RAMs (3).jpg: Wikimedia Commons [online]. 22 August 2011 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/66/Two_RAMs_%283%29.jpg?uselang=cs Obr. 13 WADE, Matt H. File:Times Square 1-2.JPG: Wikimedia Commons [online]. 16 October 2009 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/18/Times_Square_1-2.JPG Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010.

Děkuji za pozornost. Miroslava Víchová