6 typer av halvledarenheter och deras tillämpningar

Olika typer av halvledarkomponenter driver produktionen av en mängd olika tillämpningar, från enkla prylar till de mest avancerade kommunikationssystemen. Att förstå deras funktioner gör att vi kan välja rätt komponenter för alla projekt eller tillämpningar.

Men vad är egentligen en halvledarkomponent? I den här artikeln kommer vi inte bara att förklara vad det är, utan också analysera de sex huvudtyperna och belysa deras användningsområden med exempel.

Detta ger dig en översikt över hur dessa komponenter driver dagens teknik och hjälper dig att välja rätt för dina projekt.

Läs vidare!

Vad är halvledarkomponenter?

Halvledarkomponenter är elektroniska komponenter tillverkade av material som har en elektrisk ledningsförmåga som ligger mellan en ledares (såsom koppar) och en isolators (såsom glas).
Dessa komponent styr flödet av elektrisk ström genom att utnyttja de unika egenskaperna hos halvledare, såsom kisel eller germanium.
De är viktiga för modern elektronik och möjliggör förstärkning, omkoppling och energiomvandling i kretsar.
Kort sagt är halvledarkomponenter elektroniska komponenter som använder halvledare.

Vad är halvledare?

Halvledare är material med elektrisk ledningsförmåga som ligger mitt emellan ledares och isolatorers. Denna unika egenskap gör att de kan styra elektrisk ström som varken ledare eller isolatorer.
I en halvledarkomponent kan små justeringar av spänning eller ström orsaka betydande förändringar i enhetens beteende, vilket gör dem idealiska för omkoppling, signalförstärkning och effektreglering i elektroniska system. Dessa komponenter är viktiga för allt från strömhantering i hushållsapparater till komplex databehandling i datorer och smartphones.
Halvledarmaterials förmåga att leda elektricitet modifieras ofta genom att föroreningar tillsätts, en process som kallas dopning, vilket skapar regioner i materialet med olika elektriska egenskaper.

Dessa regioner gör det möjligt för halvledarkomponenter som dioder och transistorer att reglera ström, vilket gör dem viktiga i modern elektronik.

6 typer av halvledarenheter och deras tillämpningar

1. Diskreta komponenter
   Diskreta halvledarkomponenter är individuella elektroniska komponenter med en enda funktion. De är kritiska byggstenar i elektroniska system och utför viktiga funktioner som omkoppling, förstärkning och likriktning. Några av de vanligaste diskreta komponenterna inkluderar:

• Dioder
• Transistor
• Tyristorer
• Moduler

Låt oss ta reda på mer om var och en av dessa komponenter:

• Dioder
  Dioderna De är enriktade elektroniska ventiler som endast tillåter ström att flyta i en riktning. Deras vanligaste tillämpning är likriktning, eller omvandling av växelström (AC) till likström (DC). De används i nätaggregat, batteriladdare och signaldemodulering.
  • Exempel: I en strömkrets förhindrar dioder bakströmmar och skyddar känsliga komponenter från skador.
• Transistor
  Transistorer De är viktiga för att förstärka och växla elektroniska signaler. Det finns två huvudtyper: bipolära övergångstransistorer (BJT) och fälteffekttransistorer (FET). BJT används ofta för förstärkning, medan FET främst används för växlande tillämpningar på grund av deras höga effektivitet.
  • Exempel: Transistorer finns ofta i processorer, förstärkare och switchar. I en dators CPU bearbetar transistorer binära data genom att fungera som små switchar.
• Tyristorer
  Tyristorer De är enheter som fungerar som bistabila brytare, som leder när deras grind tar emot en strömpuls och fortsätter att leda så länge de förblir framåtriktade. De är särskilt användbara i högeffektsapplikationer som motorvarvtalsreglering, ljusdimmare och tryckregleringssystem.
  • Exempel: Tyristorer används ofta i kraftelektronik, till exempel i industrimotorer och växelströmsstyrsystem.
• Moduler
  Moduler är sammansättningar av halvledarkomponenter, vanligtvis innehållande flera komponenter såsom dioder, transistorer och tyristorer, inrymda i ett enda paket. De används i applikationer som kräver hög effekt och effektivitet, såsom växelriktare och energiomvandlingssystem.
  • Exempel: Kraftmoduler används i solväxelriktare för att omvandla likström från solpaneler till växelström för hemmabruk.

2. Optiska enheter

Optiska halvledarkomponenter omvandlar elektriska signaler till ljus eller ljus till elektriska signaler. Dessa komponenter är viktiga i kommunikationssystem, sensorer och displaytekniker. De viktigaste typerna av optiska komponenter inkluderar:

• Ljusemitterande enheter (LED)
• Fotodetektorer
• Kompositoptiska enheter
• Optiska kommunikationsenheter
  
  Ljusemitterande enheter (LED)
  Lysdioder genererar ljus när ström passerar genom dem, vilket gör dem mycket effektiva för belysnings- och displayteknik. Lysdioder används ofta för sin långa livslängd, energieffektivitet och miljöfördelar.
• Exempel: Lysdioder är grunden för moderna displaysystem, inklusive de som används i TV-apparater, smartphones och reklamskärmar.
  
  Fotodetektorer
  Fotodetektorer, såsom fotodioder och fototransistorer, omvandlar ljus till elektriska signaler. De är avgörande för sensortillämpningar, såsom kameror, optiska möss och solceller.
• Exempel: Fotodetektorer är en integrerad del av fiberoptiska kommunikationssystem, där de omvandlar ljussignaler till elektriska signaler.
  
  Kompositoptiska enheter
  Kompositoptiska enheter kombinerar flera funktioner, såsom avkänning och ljusemission, i ett enda paket. De är viktiga i komplexa optiska system där utrymme och prestanda är viktiga faktorer.
• Exempel: I optiska dataöverföringssystem kan kompositenheter skicka och ta emot ljussignaler, vilket säkerställer snabb och tillförlitlig kommunikation.
  
  Optiska kommunikationsenheter
  Dessa enheter överför data med hjälp av ljus. De är viktiga i höghastighetsinternetsystem, datacenter och långdistanskommunikationsnätverk. Hastigheten och effektiviteten hos optiska kommunikationsenheter har revolutionerat hur data överförs globalt.
• Exempel: Fiberoptiska nätverk använder optiska kommunikationsenheter för att överföra enorma mängder data med ljusets hastighet, vilket säkerställer höghastighetsinternetanslutningar.

3. Mikrovågskomponenter
Mikrovågshalvledarkomponenter arbetar vid mycket höga frekvenser (över 1 GHz) och används för tillämpningar som radar, trådlös kommunikation och satellitöverföring. Dessa komponent kan klassificeras i :

• Diskreta mikrovågsenheter
• Mikrovågsintegrerade kretsar (IC)
• Mikrovågsmoduler
  
  Diskreta mikrovågsenheter
  Diskreta mikrovågsenheter, såsom Gunn-dioder och IMPATT-dioder, används för att generera och förstärka högfrekventa mikrovågssignaler. Dessa är viktiga i radarsystem och trådlös kommunikationsteknik.
• Exempel: Gunn-dioder används i polisradar för att mäta fordonshastighet genom att generera mikrovågssignaler som reflekteras från rörliga föremål.
  
  Mikrovågskretsar
  integrerar flera funktioner, såsom signalgenerering, förstärkning och filtrering, i ett enda chip. De används i mobiltelefoner, satellitkommunikationssystem och militära radarsystem.
• Exempel: Mikrovågs-IC:er i mobiltelefoner möjliggör överföring och mottagning av högfrekventa signaler, vilket säkerställer tillförlitlig trådlös kommunikation.
  
  Mikrovågsmoduler
  Mikrovågsmoduler är enheter som kombinerar flera mikrovågskomponenter, ofta inklusive både passiva och aktiva element, i ett enda paket. Dessa moduler används i komplexa kommunikationssystem där utrymmesbesparingar och hög prestanda är avgörande.
• Exempel: Satellittranspondrar använder mikrovågsmoduler för att förstärka och överföra signaler från jorden till rymden och vice versa, vilket säkerställer tydlig och oavbruten kommunikation.

4. Sensorer
Sensorer är halvledarkomponenter som detekterar förändringar i miljöförhållanden och omvandlar dem till elektriska signaler. Sensorer är avgörande för tillämpningar inom fordonssystem, sjukvård, industriell automation och konsumentelektronik.

• Exempel: I bilar detekterar sensorer parametrar som temperatur, tryck och hastighet, vilket ger viktiga data till fordonets styrsystem för smidig drift.

Typer av sensorer

• Temperatursensorer : Används i VVS-system för att övervaka och kontrollera temperaturen.
• Trycksensorer : Används i industriella tillämpningar för att detektera tryckförändringar i vätskor eller gaser.
• Närhetssensorer : Används i konsumentelektronik, såsom smartphones, för att upptäcka användarens närhet och automatiskt justera funktioner som skärmnedtoning.

5. Integrerade kretsar (IC)

Integrerade kretsar (IC) är halvledarkomponenter som integrerar flera elektroniska komponenter, såsom transistorer, dioder, kondensatorer och motstånd, på ett enda chip. De har revolutionerat modern elektronik genom att möjliggöra mer komplexa och kompakta konstruktioner. Huvudtyperna av IC inkluderar:

• Minnen
• Mikroprocessorer (MPU)
• Logiska IC:er
• Analoga IC:er

Minnen

Minnes-IC:er ansvarar för att lagra data. Detta inkluderar flyktigt minne (som RAM) och icke-flyktigt minne (som flashminne). Dessa IC:er är viktiga i datorer, mobila enheter och alla andra system som kräver datalagring.

• Exempel : Flashminnes-IC:er används i USB-enheter och SSD-enheter för snabb datalagring och hämtning.

Mikroprocessorer (MPU)

Mikroprocessorer är hjärnorna i modern elektronik och styr datorers och smartphones funktioner. De utför aritmetiska och logiska operationer, vilket gör att enheter kan köra program och utföra uppgifter.

• Exempel : Intel Core-serien av mikroprocessorer driver de flesta datorer och bärbara datorer och hanterar allt från webbsurfning till komplexa beräkningar.

Logiska IC:er

Logiska integrerade kretsar utför booleska operationer och används i enheter som kräver digitalt beslutsfattande. De är viktiga i system som digitala klockor, miniräknare och mer komplexa digitala system som datorer.

• Exempel : Logiska integrerade kretsar används i datorsystem för att hantera datamanipulation och processkontrolluppgifter.

Analoga IC:er

Analoga integrerade kretsar hanterar kontinuerliga signaler och används i ljudbehandling och radiofrekvenser. Dessa integrerade kretsar används ofta i ljudsystem, radioutrustning och sensorer.

• Exempel : Analoga integrerade kretsar i ljudförstärkare bearbetar ljudsignaler för att producera tydlig, förstärkt utsignal i hemmaljudsystem.

6. Hybrid-IC:er

Hybrid-IC:er kombinerar fördelarna med flera halvledartekniker genom att integrera olika typer av komponenter (som transistorer, motstånd och kondensatorer) i en enda modul. Dessa IC:er är idealiska för tillämpningar där standard-IC:er inte kan uppfylla specifika prestanda- eller designkrav. Hybrid-IC:er finns i två huvudformer:

• Tunnmembranhybrid-IC:er
• Tjocka membranhybrid-IC:er

Tunnmembranhybrid-IC:er

Dessa integrerade kretsar använder ett tunt lager av ledande material, applicerat genom en process som kallas sputtering, för att bilda kretsar. De används ofta i högfrekventa applikationer och är mycket anpassningsbara.

• Exempel : Tunnmembranhybrid-IC:er används i flyg- och rymdsystem, där kompakt storlek och hög tillförlitlighet är avgörande.

Tjocka membranhybrid-IC:er

Tjockmembran-IC:er använder screentryck för att applicera det ledande materialet. De används ofta inom kraftelektronik och andra tillämpningar där kostnadseffektivitet och robusthet krävs.

• Exempel : Tjockmembran-IC:er används i fordonselektronik för att hantera kraftfördelning och styrning.

Hitta ett brett utbud av elektroniska komponenter för dina projekt hos PC Components Europe

Upptäck ett brett utbud av dioder, transistorer, tyristorer, optiska komponenter, mikrovågskomponenter, sensorer, integrerade kretsar, kondensatorer, motstånd, kontakter, effektmoduler och reläer, allt tillgängligt hos PC Components Europe för att möta dina elektroniska och elektromekaniska behov.
Några av de komponenter du kan hitta hos PCE inkluderar:

1. Dioder

• 1N4148 – Snabbkopplingsdiod (allmänt ändamål)
• 1N5408 – Likriktardiod för hög ström
• BAS16 – Ytmonterad kopplingsdiod
• BYV27-200 – Snabb återhämtningslikriktare

2. Transistor

• 2N2222 – NPN-transistor för allmänt bruk
• 2N2907 – PNP-transistor för allmänt bruk
• IRF540N – N-kanal
• BC547 – NPN-transistor med liten signal

3.Tyristorer

• BT136 – TRIAC för AC-omkoppling
• 2N5060 – Kiselstyrd likriktare (SCR)
• TYN612 – SCR för switching med medelhög effekt
• BTA41-600B – TRIAC för högeffektsapplikationer

4. Optiska enheter (lysdioder, fotodetektorer)

• CREE-XTEAWT-00-0000-000000H51 – Vit LED med hög effekt
• LDR-5530 – Fotodetektor Ljussensor
• SFH320 – Fototransistor
• OSRAM-LW-W5SM – Vit LED för belysning

5. Mikrovågsugnar

• MA4E1317 – GaAs mikrovågsdiod
• MRF947 – Mikrovågstransistor
• MAAL-011078 – Mikrovågsförstärkare IC
• HMC630LP3E – GaAs MMIC (monolitisk mikrovågsintegrerad krets)

6. Sensorer

• MPX5010DP – Trycksensor
• TMP36 – Temperatursensor
• HC-SR04 – Ultraljudsavståndssensor
• BH1750 – Omgivningsljussensor

7. Integrerade kretsar (IC)

• ATmega328P – Mikrokontroller-IC (8-bitars, AVR-serien)
• LM358 – Dubbel operationsförstärkare IC
• 74HC595 – Skiftregister-IC
• AD8232 – IC-sensor för pulsmätning

Klicka här och läs mer om de 13 bästa mikrokontrollerna på marknaden

8. Minnes-IC

• W25Q64JVSSIQ – 64 Mb flashminne
• AT24C256 – 256 kB EEPROM
• MT48LC16M16A2 – 256 MB SDRAM
• IS25LP064A – seriellt flashminne (64Mb)

9. Kondensatorer

• C3225X7R1E106K250AB – Flerskikts keramisk kondensator, 10 µF
• EEU-FR1V102 – Elektrolytkondensator, 1000 µF, 35V
• B43504A5477M000 – Instickbar elektrolytkondensator, 470 µF, 450V

10. Motstånd

• CRCW080510K0FKEA – SMD-motstånd, 10kΩ, 1%
• RS1/4-1K – Genommatningsmotstånd av kolfilm, 1 kΩ
• Y ageo RC0402FR-071KL – 1kΩ SMD-motstånd, 1 % tolerans, 0402
• Vishay VR68000001005FA100 – Precisionstrådlindat motstånd, 100Ω

11. Kontakter

• TE 282836-4 – 4-polig kabel-till-kort-kontakt
• Molex 39-30-3040 – 4-positionsstift
• JST XH-2P – 2-polig kontakt
• Amphenol 97-3106A-14S-6 P – Rundkontakt

12. Kraftmoduler

• IRAMS10UP60B – Intelligent kraftmodul (IPM), 600V
• FOD8316 – Driveroptokopplare för IGBT
• SPM3A60D – Motoreffektmodul, 600V
• PM25CLB060 – IGBT-modul, 25A

13. Relä

• G2R-1-E-DC24 – Universalrelä, SPDT, 24V DC
• G6A-234P-ST-US-DC12 – Signalrelä, 12V DC
• HF115F – Strömrelä, 12V DC, 30A
• Omron LY2-DC12 – 12V DC-relä, DPDT

Halvledarkomponenter är kärnan i modern teknik

De möjliggör allt från smartphones till rymdutforskning. Att förstå de sex huvudtyperna av diskreta enheter – optiska enheter, mikrovågsenheter, sensorer, integrerade kretsar och hybrid-IC – hjälper dig att fatta välgrundade beslut när du väljer komponenter till dina projekt.

Som du har läst i den här artikeln har var och en av dessa enheter unika egenskaper och tillämpningar, vilket gör dem oumbärliga inom en mängd olika branscher.

Har du frågor eller vill du hitta en specifik halvledarenhet?

Kontakta PC Components-teamet idag!

Referenser :
”Semiconductor Devices: Physics and Technology” av SM Sze ”
Introduction to Semiconductor Devices” av Kevin F. Brennan
Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation