Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Elektronikk med prosjektoppgaver FYS 1210 Komponentlære Kretselektronikk Elektriske ledere/ halvledere Doping Dioder - lysdioder Bipolare transistorer.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Elektronikk med prosjektoppgaver FYS 1210 Komponentlære Kretselektronikk Elektriske ledere/ halvledere Doping Dioder - lysdioder Bipolare transistorer."— Utskrift av presentasjonen:

1 Elektronikk med prosjektoppgaver FYS 1210 Komponentlære Kretselektronikk Elektriske ledere/ halvledere Doping Dioder - lysdioder Bipolare transistorer Unipolare komponenter FET, MOS, CMOS Digitale kretsfamilier Operasjonsforsterkere Tilbakekopling FYS 1210 Elektronikk med prosjektoppgaver Analog computing Frekvensrespons Bodeplot Digital til analog D/A Analog til digital A/D Signalgeneratorer Signalbehandling Radiokommunikasjon GSM Antenner Kraftforsyning Måleteknikk Sensorer Lindem 29 jan. 2008

2 Lærebok Electronics Technology Fundamentals Robert Paynter & B.J.Toby Boydell Gammel bok fra FYS108/204 Microelectronics Jacob Millman & Arvin Grable FYS 1210 Elektronikk med prosjektoppgaver Elektronikk med prosjektoppgaver FYS 1210

3 Fysikk og teknologi - Elektronikk Mål for opplæringen er at eleven skal kunne 1. gjøre rede for forskjellen mellom ledere, halvledere og isolatorer ut fra dagens atommodell, og forklare doping av halvleder. 2. sammenligne oppbygningen og forklare virkemåten til en diode og en transistor, og gi eksempler på bruken av dem. 3. gjøre rede for virkemåten til lysdetektorer i digital fotografering eller digital video. 4. gjøre rede for hvordan moderne sensorer karakteriseres, og hvordan sensorenes egenskaper setter begrensninger for målinger. Oppgave # 1 – komme à jour med den nye læreplanen i fysikk FYSIKK Jan 06 Elektronikk med prosjektoppgaver FYS 1210

4 Fysikk og teknologi – Elektronikk FYS 1210 Skal vi forstå moderne elektronikk - må vi først beherske elementær lineær kretsteknikk - og litt om passive komponenter - motstander, kondensatorer og spoler 1 ) Det betyr kjennskap til Ohms lov : U = R · I og P = U · I 2 ) Kirchhof ”lover” om distribusjon av strømmer og spenninger i en krets 3 ) Thevenins teorem 4 ) Superposisjonsprinsippet - og når kurset er ferdig skal vi kunne se at dette er en tegning av en FM- stereo sender !

5 Edisons forslag til løsning : ---, if the carbon particles are charged, - it should be possible to draw them to a separate electrode, - away from the glass. -- Furthermore, - it should be possible to measure the electric current to this electrode. - February 13, 1880 Fysikk og teknologi - Elektronikk Problem : Glasset i lyspæra blir svart pga. kullpartikler som sendes ut fra glødetråden Det var en gang … 13. februar Thomas A. Edison

6 Fysikk og teknologi - Elektronikk Det var en gang … sommeren Thomas A. Edison Lampeglasset forble svart – men Edison observerer at - når Anoden er positiv - går det en strøm gjennom den ytre kretsen. Det betyr, - en negativt ladet partikkel må bevege seg fra Katode til Anode. Fenomenet får navnet ”Edison effekt”. Glødetråd E-felt + -e Anode + Katode - ( Husk - Elektronet ble først påvist av J.J. Thomson i 1897 )

7 Det var en gang - 24 år etter Edison - i J.A. Fleming Fysikk og teknologi - Elektronikk I dag erstattes Flemings ”rectiying valve” med en halvleder-diode AnodeKatode Dioden slipper igjennom de positive halvperiodene av signalet Fleming patenterer sin ”rectifying valve”. R AC + DC +/- En vekselspenning tilføres Anoden – på Katoden gjenfinnes bare de positive komponentene i signalet AnodeKatode

8 Triode Fleming 1905Lee de Forest 1907 / 08 Diode The Edison Effect – og utviklingen videre… Fysikk og teknologi - Elektronikk

9 1908 (TRIODEN, Lee de Forest ) – 1948 ( TRANSISTOREN, Shockley, Bardeen og Brattein )

10 Litt kretselektronikk Ohms lov, Kirchhoff og Thevenin’s ”setninger” + superposisjonsprinsippet Kirchhoff’s Curren Law (KCL) : Summen av strømmene inn til et knutepunkt = summen av strømmene ut fra knutepunktet. i 1 + i 2 + i 3 + i 4 + i 5 = 0 Kirchhoff’s Voltage Law (KVL) i 1 = i 2 + i 3 R1 R2 R3 i1i1 i2i2 i3i3 VBVB V1V1 V2V2 V3V3 i Summen av alle spenninger i en lukket sløyfe – summert i en retning er null.. V B + V 1 + V 2 + V 3 = 0 V B = V 1 + V 2 + V 3

11 Litt kretselektronikk Spenningsdeler R1R1 R2R2 VBVB Spenningen ut fra en spenningsdeler bestemmes av størrelsesforholdet mellom motstandene R 1 og R 2 Serie- og parallellkopling av motstander R3R3 R2R2 R1R1 RTRT R2R2 R1R1 RTRT

12 Thevenin Ethvert lineært, topolet nettverk virker utad som om det var en spennings- generator med en elektromotorisk spenning lik tomgangsspenningen over nettverkets klemmer, - og med en indre motstand lik den vi ser inn i nettverket (fra klemmene) når alle indre spenningskilder i nettverket er kortsluttet og alle indre strømkilder er brutt. Complex linear circuit R TH V TH VBVB R1R1 R2R2 R3R3

13 Complex linear circuit R TH V TH VBVB R1R1 R2R2 R3R3 R1R1 R2R2 R3R3 R1R1 R2R2 R3R3 R TH = ( R 1 + R 2 ) || R 3 Thevenin

14 15 volt 3 volt 1 kΩ 3 volt 1 kΩ 15 volt 1 kΩ Superposisjonsprinsippet : Summer bidragene fra hver enkelt signalkilde 1. Kortslutt først batteriet på 15volt Se på bidraget fra 3volt batteri. 2. Kortslutt batteriet på 3 volt. Se på bidraget fra 15 volt batteri 3. Summer bidragene Hvor stor er spenningen over R1? R1 3 v 1 k R1 V R1 = 1 volt 15 v 1 k R1 V R1 = 5 volt V R1 = 5 volt + 1 volt = 6 volt

15 FYS 1210 Elektronikk med prosjektoppgaver Lommelyktbatteri – R I ≈ 1Ω Bilbatteri – R I ≈ 0,01 – 0,1Ω Ideell spenningskilde – eller perfekt spenningskilde. Leverer en utgangsspenning som er konstant – uansett hvor mye strøm den leverer.. Reell spenningskilde – utgangsspenningen vil variere med strømmen. Skyldes at alle spenningskilder har en indre motstand RI Kretselektronikk -

16 Maksimal effektoverføring fra en signalkilde når last-motstanden = kildens indremotstand

17 Elektronikk - introduksjon Elektriske ledere - metaller Bors klassiske atom-modell Elektronene legger seg i ”energi-skall” Det enslige elektronet i ytterste ”skall” er svakt bunnet til kjernen. Ved ”normal” temperatur har vi ca 1 fritt elektron pr. atom - ca elektroner / cm3

18 Elektronikk - introduksjon Elektriske ledere - metaller Elektronene legger seg i ”energi-skall”

19 Elektronikk - introduksjon Elektriske isolatorer, halvledere og ledere (metaller) Husk at 1 Ampere = 6,28 · elektroner pr. sekund Elektrisk leder (metall) : ca elektroner / cm 3 Halvleder : 10 8 – elektroner / cm 3 Isolatorer: ca 10 elektroner / cm 3 Antall elektroner i ledningsbåndet varierer med temperaturen. For Silisium (Si) 25 o C = 2·10 10 elektr / cm 3 ved 100 o C - 2·10 12 elektr /cm 3 Antall ”frie” elektroner i ledningsbåndet

20 20 Halvledere - Silisium (Si) og Germanium (Ge) Halvledere som Silisium og Germanium har 4 elektroner i valensbåndet. De danner lett krystallstrukturer hvor de enkelte atomene kopler seg sammen i en regelmessig diamantstruktur. Et atom utveksler elektroner med 4 nabo-atomer og det dannes sterke kovalente bindinger mellom disse atomene. De omkringliggende atomene danner tilsvarende bindinger mot sine naboatomer osv.

21 Halvledere - Silisium (Si) og Germanium (Ge) Silisium (Si)Germanium (Ge) 4 valenselektroner Blir det for mange termisk eksiterte ladningsbærere kan halvlederkomponenter miste sine spesielle egenskaper. Silisium, Si ”tåler” høyere temperatur enn Ge - og Si er derfor det halvledermaterialet som i dag dominerer produksjon av integrerte kretser. Valenselektronene til Ge (32) ligger i fjerde skall – for Si (14) ligger de i tredje skall dvs. nærmere kjernen. Det betyr at mindre energi skal til for å ”rive løs” et elektron fra Ge enn fra Si. Energien som skal til for å bryte de kovalente bindingene er 1,1 eV for Si og 0,7 eV for Ge

22 Halvledere - Silisium (Si) Et diagram som viser et rent (intrinsic) Silisium krystall – uten eksiterte atomer. Det er ingen elektroner i ledningsbåndet

23 Halvledere - Silisium (Si) Ved tilførsel av varme kan det dannes et ”electron-hole pair”. Et elektron løftes opp fra valensbåndet til ledningsbåndet. Elektronet som frigjøres og forlater sitt opprinnelige atom vil etterlate seg et ”hull” – et positivt ladd område. Ladningstransport i en ren (intrinsic) halvleder forårsakes av ”termisk” eksiterte elektroner i ledningsbåndet. - Hva med lys ?

24 24 Halvledere - Silisium (Si) Når vi setter en spenning over et silisiumkrystall vil de termisk eksiterte elektronene få en rettet bevegelse mot det elektriske feltet. Vi får en elektronstrøm mot den positive elektroden. En annen type strøm vil samtidig oppstå i valensbåndet. Elektronene som forblir i valensbåndet vil være bundet til atomet og kan ikke bevege seg fritt i krystallstrukturen. Imidlertid kan et valenselektron bevege seg til et hull i nærheten – og derved etterlate seg et nytt hull – se figuren over. Hullet har effektivt beveget seg mot venstre (grå pil). En slik ”transport” av hull i halvledere kalles en hullstrøm. (Men husk - det er ingen fysisk transport av positive ladnigsbærere) + - E

25 Elektronikk - introduksjon Doping = tilførsel av ”fremmedelementer” Ioniseringsenergien er 0,05 eV for P (fosfor) - det betyr ett fritt elektron for hvert P- atom N-dopet med donor-atom 5 elektroner i valensbåndet - ett elektron ”for mye” P-dopet med akseptor-atom 3 elektroner i valensbåndet - mangler ett elektron..


Laste ned ppt "Elektronikk med prosjektoppgaver FYS 1210 Komponentlære Kretselektronikk Elektriske ledere/ halvledere Doping Dioder - lysdioder Bipolare transistorer."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google