Različne vrste polprevodniških naprav spodbujajo proizvodnjo širokega nabora aplikacij, od osnovnih pripomočkov do najnaprednejših komunikacijskih sistemov. Razumevanje njihovih funkcij nam omogoča, da izberemo prave komponente za kateri koli projekt ali aplikacijo.
Kaj pa točno je polprevodniška naprava? V tem članku bomo ne le razložili, kaj je to, ampak bomo tudi analizirali šest glavnih vrst in s primeri poudarili njihovo uporabo.
To vam bo dalo pregled nad tem, kako te komponente poganjajo današnjo tehnologijo, in vam pomagalo izbrati prave za vaše projekte.
Berite dalje!
Kaj so polprevodniške naprave?
Polprevodniške naprave so elektronske komponente, izdelane iz materialov, ki imajo električno prevodnost vmes med prevodnikom (kot je baker) in izolatorjem (kot je steklo).
Te naprave nadzorujejo pretok električnega toka z izkoriščanjem edinstvenih lastnosti polprevodnikov, kot sta silicij ali germanij.
So bistvene za sodobno elektroniko, saj omogočajo ojačanje, preklapljanje in pretvorbo energije v vezjih.
Skratka, polprevodniške naprave so elektronske komponente, ki uporabljajo polprevodnike.
Kaj so polprevodniki?
Polprevodniki so materiali z električno prevodnostjo vmes med prevodniki in izolatorji. Ta edinstvena lastnost jim omogoča, da nadzorujejo električni tok, kot to ne počnejo ne prevodniki ne izolatorji.
V polprevodniški napravi lahko majhne spremembe napetosti ali toka povzročijo znatne spremembe v njenem delovanju, zaradi česar so idealne za preklapljanje, ojačanje signalov in nadzor moči v elektronskih sistemih. Te naprave so bistvene za vse, od upravljanja porabe energije v gospodinjskih aparatih do kompleksne obdelave podatkov v računalnikih in pametnih telefonih.
Sposobnost polprevodniških materialov za prevajanje električne energije se pogosto spremeni z dodajanjem nečistoč, procesom, imenovanim dopiranje, ki v materialu ustvari območja z različnimi električnimi lastnostmi.
Ta območja omogočajo polprevodniškim napravam, kot so diode in tranzistorji, regulacijo toka, zaradi česar so bistvene v sodobni elektroniki.
6 Vrste polprevodniških naprav in njihove uporabe
- Diskretne naprave
Diskretne polprevodniške naprave so posamezne elektronske komponente z eno samo funkcijo. So ključni gradniki v elektronskih sistemih, ki opravljajo bistvene operacije, kot so preklapljanje, ojačanje in usmerjanje. Nekatere najpogostejše diskretne naprave vključujejo:
- Diode
- Tranzistor
- Tiristorji
- Moduli
Spoznajmo več o vsaki od teh komponent:
- Diode
Diode So enosmerni elektronski ventili, ki omogočajo pretok toka samo v eno smer. Njihova najpogostejša uporaba je usmerjanje oziroma pretvorba izmeničnega toka (AC) v enosmerni tok (DC). Uporabljajo se v napajalnikih, polnilnikih baterij in demodulaciji signalov.- Primer: V električnem tokokrogu diode preprečujejo povratne tokove in tako ščitijo občutljive komponente pred poškodbami.
- Tranzistor
Tranzistorji Bistveni so za ojačanje in preklapljanje elektronskih signalov. Obstajata dve glavni vrsti: bipolarni tranzistorji (BJT) in tranzistorji s poljskim efektom (FET). BJT se pogosto uporabljajo za ojačanje, medtem ko se FET-ji zaradi visoke učinkovitosti uporabljajo predvsem za preklopne aplikacije.- Primer: Tranzistorji se pogosto nahajajo v procesorjih, ojačevalnikih in stikalih. V računalniškem procesorju tranzistorji obdelujejo binarne podatke tako, da delujejo kot drobna stikala.
- Tiristorji
Tiristorji To so naprave, ki delujejo kot bistabilna stikala, ki prevajajo, ko njihova vrata prejmejo tokovni impulz, in nadaljujejo s prevajanjem, dokler so prednapeta. Posebej uporabne so v aplikacijah z veliko močjo, kot so regulatorji hitrosti motorjev, zatemnilniki luči in sistemi za nadzor tlaka.- Primer: Tiristorji se pogosto uporabljajo v močnostni elektroniki, na primer v industrijskih motorjih in sistemih za krmiljenje izmeničnega toka.
- Moduli
Moduli so sklopi polprevodniških naprav, ki običajno vsebujejo več komponent, kot so diode, tranzistorji in tiristorji, nameščenih v enem samem ohišju. Uporabljajo se v aplikacijah, ki zahtevajo visoko moč in učinkovitost, kot so razsmerniki in sistemi za pretvorbo energije.- Primer: Napajalni moduli se uporabljajo v sončnih razsmernikih za pretvorbo enosmerne energije iz sončnih panelov v izmenično energijo za domačo uporabo.
2. Optične naprave
Optične polprevodniške naprave pretvarjajo električne signale v svetlobo ali svetlobo v električne signale. Te naprave so bistvene v komunikacijskih sistemih, senzorjih in tehnologijah prikazovanja. Glavne vrste optičnih naprav vključujejo:
- Svetlobne naprave (LED)
- Fotodetektorji
- Kompozitne optične naprave
- Optične komunikacijske naprave
Svetleče naprave (LED)
LED diode ustvarjajo svetlobo, ko skoznje teče tok, zaradi česar so zelo učinkovite za svetlobne in prikazovalne tehnologije. LED diode se pogosto uporabljajo zaradi svoje dolge življenjske dobe, energetske učinkovitosti in okoljskih koristi. - Primer: LED diode so osnova sodobnih prikazovalnih sistemov, vključno s tistimi, ki se uporabljajo v televizorjih, pametnih telefonih in oglasnih zaslonih.
Fotodetektorji
Fotodetektorji, kot so fotodiode in fototranzistorji, pretvarjajo svetlobo v električne signale. So ključni v senzorskih aplikacijah, kot so kamere, optične miške in sončne celice. - Primer: Fotodetektorji so sestavni del komunikacijskih sistemov z optičnimi vlakni, kjer pretvarjajo svetlobne signale v električne signale.
Kompozitne optične naprave
Kompozitne optične naprave združujejo več funkcij, kot sta zaznavanje in oddajanje svetlobe, v enem samem ohišju. So bistvene v kompleksnih optičnih sistemih, kjer sta prostor in zmogljivost ključnega pomena. - Primer: V optičnih sistemih za prenos podatkov lahko kompozitne naprave pošiljajo in sprejemajo svetlobne signale, kar zagotavlja hitro in zanesljivo komunikacijo.
Optične komunikacijske naprave
Te naprave prenašajo podatke s pomočjo svetlobe. So bistvene v visokohitrostnih internetnih sistemih, podatkovnih centrih in komunikacijskih omrežjih na dolge razdalje. Hitrost in učinkovitost optičnih komunikacijskih naprav sta revolucionarno spremenili način prenosa podatkov po vsem svetu. - Primer: Optična omrežja uporabljajo optične komunikacijske naprave za prenos ogromnih količin podatkov s svetlobno hitrostjo, kar zagotavlja visokohitrostne internetne povezave.
3. Mikrovalovne naprave
Mikrovalovne polprevodniške naprave delujejo na zelo visokih frekvencah (nad 1 GHz) in se uporabljajo za aplikacije, kot so radar, brezžične komunikacije in satelitski prenos. Te naprave lahko razdelimo na :
- Diskretne mikrovalovne naprave
- Mikrovalovna integrirana vezja (IC)
- Mikrovalovni moduli
Diskretne mikrovalovne
naprave Diskretne mikrovalovne naprave, kot so Gunnove diode in IMPATT diode, se uporabljajo za generiranje in ojačanje visokofrekvenčnih mikrovalovnih signalov. Te so bistvene v radarskih sistemih in brezžičnih komunikacijskih tehnologijah. - Primer: Gunnove diode se uporabljajo v policijskih radarjih za merjenje hitrosti vozil z ustvarjanjem mikrovalovnih signalov, ki se odbijajo od premikajočih se predmetov.
Mikrovalovna integrirana vezja
združujejo več funkcij, kot so generiranje signalov, ojačanje in filtriranje, v enem samem čipu. Uporabljajo se v mobilnih telefonih, satelitskih komunikacijskih sistemih in vojaških radarskih sistemih. - Primer: Mikrovalovna integrirana vezja v mobilnih telefonih omogočajo prenos in sprejem visokofrekvenčnih signalov, kar zagotavlja zanesljivo brezžično komunikacijo.
Mikrovalovni moduli
Mikrovalovni moduli so sklopi, ki združujejo več mikrovalovnih komponent, pogosto vključno s pasivnimi in aktivnimi elementi, v enem samem ohišju. Ti moduli se uporabljajo v kompleksnih komunikacijskih sistemih, kjer sta prihranek prostora in visoka zmogljivost bistvenega pomena. - Primer: Satelitski transponderji uporabljajo mikrovalovne module za ojačanje in prenos signalov z Zemlje v vesolje in obratno, kar zagotavlja jasno in neprekinjeno komunikacijo.
4. Senzorji
Senzorji so polprevodniške naprave, ki zaznavajo spremembe v okoljskih pogojih in jih pretvarjajo v električne signale. Senzorji so ključni za uporabo v avtomobilskih sistemih, zdravstvu, industrijski avtomatizaciji in potrošniški elektroniki.
- Primer: V avtomobilih senzorji zaznavajo parametre, kot so temperatura, tlak in hitrost, ter zagotavljajo bistvene podatke sistemom za nadzor vozila za nemoteno delovanje.
Vrste senzorjev
- Temperaturni senzorji : Uporabljajo se v sistemih HVAC za spremljanje in nadzor temperature.
- Tlačni senzorji : Uporabljajo se v industrijskih aplikacijah za zaznavanje sprememb tlaka v tekočinah ali plinih.
- Senzorji bližine : Uporabljajo se v potrošniški elektroniki, kot so pametni telefoni, za zaznavanje uporabnikove bližine in samodejno prilagajanje funkcij, kot je zatemnitev zaslona.
5. Integrirana vezja (IC)
Integrirana vezja (IC) so polprevodniške naprave, ki na enem samem čipu integrirajo več elektronskih komponent, kot so tranzistorji, diode, kondenzatorji in upori. Revolucionarno so spremenila sodobno elektroniko, saj so omogočila bolj kompleksne in kompaktne zasnove. Glavne vrste IC-jev vključujejo:
- Spomini
- Mikroprocesorji (MPU)
- Logična integrirana vezja
- Analogni integrirani vezji
Spomini
Integrirana integrirana vezja pomnilnika so odgovorna za shranjevanje podatkov. To vključuje hlapni pomnilnik (kot je RAM) in nehlapni pomnilnik (kot je bliskovni pomnilnik). Ta integrirana vezja so bistvena v računalnikih, mobilnih napravah in vseh drugih sistemih, ki zahtevajo shranjevanje podatkov.
- Primer : Integrirana integrirana vezja bliskovnega pomnilnika se uporabljajo v pogonih USB in SSD za hitro shranjevanje in pridobivanje podatkov.
Mikroprocesorji (MPU)
Mikroprocesorji so možgani sodobne elektronike in nadzorujejo delovanje računalnikov in pametnih telefonov. Izvajajo aritmetične in logične operacije, kar napravam omogoča izvajanje programov in nalog.
- Primer : Serija mikroprocesorjev Intel Core poganja večino računalnikov in prenosnikov ter obvladuje vse od brskanja po spletu do kompleksnih izračunov.
Logična integrirana vezja
Logična integrirana vezja izvajajo logične operacije in se uporabljajo v napravah, ki zahtevajo digitalno odločanje. So bistvena v sistemih, kot so digitalne ure, kalkulatorji in bolj kompleksni digitalni sistemi, kot so računalniki.
- Primer : Logična integrirana vezja se uporabljajo v računalniških sistemih za obdelavo podatkov in nalog nadzora procesov.
Analogni integrirani vezji
Analogna integrirana vezja obdelujejo neprekinjene signale in se uporabljajo pri obdelavi zvoka in radijskih frekvenc. Ta integrirana vezja se pogosto uporabljajo v avdio sistemih, radijski opremi in senzorjih.
- Primer : Analogna integrirana vezja v avdio ojačevalnikih obdelujejo zvočne signale za ustvarjanje jasnega, ojačanega izhoda v domačih avdio sistemih.
6. Hibridni integrirani vezji
Hibridna integrirana vezja združujejo prednosti več polprevodniških tehnologij z integracijo različnih vrst komponent (kot so tranzistorji, upori in kondenzatorji) v en sam modul. Ta integrirana vezja so idealna za aplikacije, kjer standardna integrirana vezja ne morejo izpolniti specifičnih zahtev glede zmogljivosti ali zasnove. Hibridna integrirana vezja so na voljo v dveh glavnih oblikah:
- Hibridni integrirani vezji s tanko membrano
- Hibridni integrirani vezji z debelo membrano
Hibridni integrirani vezji s tanko membrano
Ta integrirana vezja uporabljajo tanko plast prevodnega materiala, nanesenega s postopkom, imenovanim naprševanje, za oblikovanje vezij. Pogosto se uporabljajo v visokofrekvenčnih aplikacijah in so zelo prilagodljiva.
- Primer : Hibridni integrirani vezji s tanko membrano se uporabljajo v vesoljskih sistemih, kjer sta kompaktna velikost in visoka zanesljivost bistvenega pomena.
Hibridni integrirani vezji z debelo membrano
Debelomembranska integrirana vezja uporabljajo sitotisk za nanašanje prevodnega materiala. Pogosto se uporabljajo v močnostni elektroniki in drugih aplikacijah, kjer sta potrebni stroškovna učinkovitost in robustnost.
- Primer : Integrirana vezja z debelo membrano se uporabljajo v avtomobilski elektroniki za upravljanje distribucije in krmiljenja energije.
Poiščite široko paleto elektronskih komponent za vaše projekte pri PC Components Europe
Odkrijte široko izbiro diod, tranzistorjev, tiristorjev, optičnih naprav, mikrovalovnih naprav, senzorjev, integriranih vezij, kondenzatorjev, uporov, konektorjev, napajalnih modulov in relejev, ki so na voljo pri PC Components Europe in ustrezajo vašim elektronskim in elektromehanskim potrebam.
Nekatere komponente, ki jih lahko najdete pri PCE, vključujejo:
- Diode
- 1N4148 – Hitro preklopna dioda (splošna uporaba)
- 1N5408 – Visokotokovna usmerniška dioda
- BAS16 – Preklopna dioda za površinsko montažo
- BYV27-200 – Usmernik s hitro obnovitvijo
2. Tranzistor
- 2N2222 – NPN tranzistor za splošno uporabo
- 2N2907 – PNP tranzistor za splošno uporabo
- IRF540N – N-kanalni
- BC547 – NPN tranzistor z majhnim signalom
3.Tiristorji
- BT136 – TRIAC za preklapljanje izmeničnega toka
- 2N5060 – Silicijevim krmiljenim usmernikom (SCR)
- TYN612 – SCR za preklapljanje srednje moči
- BTA41-600B – TRIAC za visokozmogljive aplikacije
4. Optične naprave (LED diode, fotodetektorji)
- CREE-XTEAWT-00-0000-000000H51 – Visokozmogljiva bela LED dioda
- LDR-5530 – Fotodetektor svetlobnega senzorja
- SFH320 – Fototranzistor
- OSRAM-LW-W5SM – Bela LED za osvetlitev
5. Mikrovalovne naprave
- MA4E1317 – GaAs mikrovalovna dioda
- MRF947 – Mikrovalovni tranzistor
- MAAL-011078 – Integrirano vezje za mikrovalovni ojačevalnik
- HMC630LP3E – GaAs MMIC (monolitno mikrovalovno integrirano vezje)
6. Senzorji
- MPX5010DP – Senzor tlaka
- TMP36 – Temperaturni senzor
- HC-SR04 – Ultrazvočni senzor razdalje
- BH1750 – Senzor zunanje svetlobe
7. Integrirana vezja (IC)
- ATmega328P – integrirano vezje mikrokrmilnika (8-bitno, serija AVR)
- LM358 – Integrirano vezje z dvojnim operacijskim ojačevalnikom
- 74HC595 – Integrirano vezje pomičnega registra
- AD8232 – Integrirano vezje senzorja za spremljanje srčnega utripa
Kliknite tukaj in izvedite več o 13 najboljših mikrokrmilnikih na trgu
8. Integrirano vezje pomnilnika
- W25Q64JVSSIQ – 64 Mb Flash pomnilnik
- AT24C256 – 256Kb EEPROM
- MT48LC16M16A2 – 256 MB SDRAM-a
- IS25LP064A – serijski bliskovni pomnilnik (64 Mb)
9. Kondenzatorji
- C3225X7R1E106K250AB – Večplastni keramični kondenzator, 10 µF
- EEU-FR1V102 – Elektrolitski kondenzator, 1000 µF, 35 V
- B43504A5477M000 – Vtični elektrolitski kondenzator, 470 µF, 450V
10. Upori
- CRCW080510K0FKEA – SMD upor, 10kΩ, 1%
- RS1/4-1K – Prehodni upor z ogljikovo folijo, 1kΩ
- Y ageo RC0402FR-071KL – 1kΩ SMD upor, 1% toleranca, 0402
- Vishay VR68000001005FA100 – Precizni žični upor, 100Ω
11. Priključki
- TE 282836-4 – 4-polovni konektor žica-plošča
- Molex 39-30-3040 – 4-pozicijska glava
- JST XH-2P – 2-pinski konektor
- Amphenol 97-3106A-14S-6 P – Okrogli konektor
12. Napajalni moduli
- IRAMS10UP60B – Inteligentni napajalni modul (IPM), 600 V
- FOD8316 – Gonilnik optospojnika za IGBT
- SPM3A60D – Modul za napajanje motorja, 600 V
- PM25CLB060 – IGBT modul, 25 A
13. Rele
- G2R-1-E-DC24 – Splošni rele, SPDT, 24 V DC
- G6A-234P-ST-US-DC12 – Signalni rele, 12 V DC
- HF115F – Močnostni rele, 12 V DC, 30 A
- Omron LY2-DC12 – 12V DC rele, DPDT
Polprevodniške naprave so v središču sodobne tehnologije
Omogočajo vse od pametnih telefonov do raziskovanja vesolja. Razumevanje šestih glavnih vrst diskretnih naprav – optičnih naprav, mikrovalovnih naprav, senzorjev, integriranih vezij in hibridnih integriranih vezij – vam bo pomagalo pri sprejemanju premišljenih odločitev pri izbiri komponent za vaše projekte.
Kot ste prebrali v tem članku, ima vsaka od teh naprav edinstvene značilnosti in uporabo, zaradi česar so nepogrešljive v številnih panogah.
Imate vprašanja ali želite najti določeno polprevodniško napravo?
Stopite v stik z ekipo PC Components še danes!
Literatura :
»Polprevodniške naprave: fizika in tehnologija« avtorja SM Szeja
»Uvod v polprevodniške naprave« avtorja Kevina F. Brennana
Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation
