6 fondements électroniques des dispositifs semi-conducteurs que vous devez connaître

Diodes à semi-conducteurs

Une diode est la forme la plus simple de dispositifs semi-conducteurs constitués de deux morceaux de matériaux semi-conducteurs différents appelés P et N. Elle est généralement utilisée pour permettre le flux électrique dans un sens et le limiter dans le sens opposé.

Lorsque le type P et les matériaux N sont fusionnés, vous formez une fonction PN. Nous devons le faire dans un environnement propre dans une salle blanche. Lors de la fixation de matériaux de conductivité différente, les électrons négatifs sont attirés par les charges positives et forment une sorte de frontière à la jonction. Les autres charges similaires se sont repoussées, conduisant à la formation d'une région d'appauvrissement à l'intersection où le flux d'électrons et de charges positives est en équilibre.

La conception de la diode asiatique peut la rendre polarisée en direct ou en inverse.

Dispositifs semi-conducteurs :polarisation directe

Si nous connectons le côté P au flux direct, cela s'appelle une polarisation directe et l'électricité circule dans le circuit.

Dispositifs semi-conducteurs :polarisation inverse

Dans la configuration de polarisation inverse, nous connectons le côté P à une tension plus négative, et ainsi tous les électrons entrants sont repoussés. Il bloque le flux d'électricité dans le circuit.

Dispositifs semi-conducteurs–Application

Certaines applications courantes des diodes sont répertoriées ci-dessous

1. Diode dans les redresseurs

Les diodes aident à la conception de divers circuits redresseurs pour redresser l'alimentation du courant alternatif au courant continu. Certains types de base de circuits redresseurs utilisant des diodes sont :

1. Demi-onde

2. Prise centrale pleine onde

3. Pont complet

Nous redressons le courant en courant continu en alternant la polarisation de la diode pendant chaque demi-cycle de l'entrée AC. De plus, un condensateur peut être utilisé dans ces circuits pour éviter les effets d'entraînement.

La diode dans les circuits Clipper

Les circuits d'écrêtage aident à éliminer le bruit excessif des émetteurs FM. En fonction du type de configuration de diode utilisée, nous pouvons classer ces circuits comme :

1. Tondeuse de série

La diode est polarisée en inverse pendant le demi-cycle positif de la tension d'entrée et polarisée en direct pour le demi-cercle négatif.

1. Coupe-Shunt

La diode agit comme un interrupteur dans ce circuit. Il est biaisé en avant pendant le demi-cycle positif et fonctionne à l'inverse pendant le processus négatif.

La diode dans les circuits de serrage

Alors que les circuits d'écrêtage suppriment les valeurs de crête, un circuit d'écrêtage aide à déplacer un signal de crête au niveau souhaité. Il est également appelé restaurateur de courant continu ou décaleur de niveau. Les types de circuits de serrage sont :

1. Configuration des diodes positives

Les pics négatifs sont bloqués afin qu'ils tombent à un niveau zéro.

1. Configuration de la diode négative

Les pics positifs sont bloqués et ramenés à un niveau zéro.

La diode dans les portes logiques

Les portes logiques sont utilisées pour effectuer des opérations logiques telles que AND, OR, NOT, NOR, XOR, etc. En appliquant le concept d'états d'impédance basse et haute d'un commutateur logique à la polarisation inverse et directe, les diodes peuvent construire tous les types de portes logiques .

Le 1 logique correspond à une haute tension et le 0 logique à une basse tension. Pour construire une porte OU simple, vous pouvez utiliser deux diodes avec des interrupteurs. Lorsque les deux commutateurs sont ouverts, les diodes sont polarisées en inverse et la tension de sortie est nulle. Lorsqu'un interrupteur est fermé, une diode devient polarisée en direct et la tension de sortie est élevée.

La diode dans les circuits de protection contre les courants inverses

La diode peut protéger le circuit de l'inversion de polarité de l'alimentation CC. Lorsque la connexion d'alimentation CC est incorrecte, une inversion de polarité se produit et une grande quantité de courant peut circuler dans le circuit et causer des dommages. Une diode de blocage de chaque côté de l'entrée peut aider à éviter ce problème car elle bloquera l'alimentation en courant lorsqu'elle est connectée en série avec la charge. La diode sera polarisée en direct pour une connexion correcte et polarisée en inverse pour le mauvais lien.

La diode dans le multiplicateur de tension

Lorsque vous cascadez plusieurs diodes dans un circuit redresseur, vous pouvez obtenir une tension continue de sortie égale à la valeur de la tension d'entrée appliquée multipliée par le nombre de multiplicateurs utilisés.

V out =V in * multiplicateurs

Ces circuits peuvent être un doubleur et un multiplicateur de tension. En combinant un condensateur au cours, vous pouvez obtenir une tension d'entrée impaire ou même multiple en sortie.

Transistors à semi-conducteurs

Les transistors sont les précurseurs de nombreux gadgets et appareils électroniques modernes. Ils ont rendu possibles les circuits d'amplification et de commutation du signal, ce qui en fait un élément essentiel des appareils électroniques.

Chaque transistor se compose de trois parties essentielles appelées l'émetteur, la base et le collecteur. Certains transistors peuvent également avoir un substrat supplémentaire pour la connexion avec les circuits.

Nous avons en outre classé en fonction de la structure, du matériau ou du mécanisme impliqué dans le transistor.

1. Transistors à jonction bipolaire (NPN et PNP)

2. Transistors à effet de champ (JFET et MOSFET)

Applications

Les transistors sont utilisés comme commutateurs et amplificateurs dans les circuits pour contrôler le flux de courant.

Transistors à jonction bipolaire

Généralement appelés transistors à jonction, les BJT peuvent en outre être différenciés en fonction de la configuration.

1. Dans les circuits NPN, la configuration est en tant que CBE (collecteur, base et émetteur).

2. Dans le cas de PNP, il s'agit d'EBC.

Pour NPN, connectez deux couches de matériau dopé N au matériau dopé P central. Dans ce cas, les électrons passent de l'émetteur dans la base, et le fond contrôle le nombre d'électrons que l'émetteur peut émettre.

Dans le cas des circuits PNP, la configuration est à l'opposé de NPN. Deux matériaux dopés P aux extrémités avec un matériau dopé N comme base. La base contrôle toujours les flux de courant dans la direction opposée, mais.

Transistors à effet de champ

Les transistors FET fonctionnent un peu différemment des BJT. Ils se composent de broches et comportent trois parties, à savoir la porte, la source et le drain.

Les FET à jonction sont une version plus simple des FET utilisés comme commutateurs, amplificateurs et résistances. Il n'a pas besoin de courant de polarisation et fonctionne uniquement avec la tension d'entrée. Ils sont disponibles en deux types, le canal P et le canal N.

1. JFET canal P

Le flux de courant se produit en raison de charges positives ou de trous.

2. JFET canal N

Ici, les électrons provoquent le passage du courant. Ces types de transistors sont plus populaires que les transistors à canal P.

3. MOSFET

MOSFET signifie Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. C'est le type de transistor le plus populaire utilisé dans la plupart des circuits à faible puissance dans les technologies de conception de puces. Comme son nom l'indique, ce dispositif à semi-conducteur utilise des bornes de grille métalliques et possède quatre bornes :les drains, la source, la grille, le corps ou le substrat.

Les MOSFET offrent une impédance d'entrée élevée et une impédance de sortie faible.

Semiconductor conçoit des amplificateurs opérationnels

Amplificateurs opérationnels sont des blocs de circuits analogiques utilisés pour fabriquer des circuits hautes performances avec un minimum de composants. En utilisant un système de rétroaction négative ou positive, les amplificateurs, condensateurs, filtres, etc. peuvent utiliser ces circuits.

Ce sont des dispositifs de revêtement avec des propriétés similaires à un amplificateur CC.

Un ampli-op a trois bornes importantes, l'entrée inverseuse, l'entrée inverseuse midi et la borne de sortie, qui peuvent soit absorber soit générer du courant et de la tension.

Applications

1. Comparer les signaux

Les amplificateurs opérationnels peuvent comparer la tension appliquée à une extrémité d'entrée à l'autre entrée. Les différences de tension dans les entrées peuvent provoquer une saturation de l'ampli-op, et si les deux tensions d'entrée sont de la même amplitude, la tension de sortie sera de zéro volt.

2. Signaux tampons

OpAmp configuré avec une configuration de rétroaction négative agit comme un amplificateur tampon à gain unitaire. Il a une impédance d'entrée élevée pour éviter les problèmes de chargement de source de signal, une faible impédance de sortie et un gain de courant élevé.

3. Fournir des tensions doubles

Un amplificateur opérationnel à double alimentation peut recevoir deux tensions différentes, une tension positive et négative. La borne non inverseuse reçoit une tension positive, et la borne inverseuse reçoit une tension négative au lieu d'être connectée à la masse comme dans un mode d'alimentation unique.

Les amplis op à double alimentation conviennent mieux aux signaux CA et peuvent fonctionner avec des niveaux de tension plus élevés.

4. Amplifier les signaux

Un ampli op peut amplifier les signaux d'entrée en fonction de la tension dans ses bornes d'entrée non inverseuses et inverseuses.

5. Filtrer les signaux

Un seul amplificateur opérationnel peut fournir des filtres à un, deux ou trois pôles. Différentes variantes peuvent filtrer le circuit à l'aide d'un amplificateur opérationnel. Certains d'entre eux sont :

1. Filtres passe-bas

2. Filtres passe-haut

3. Filtres passe-bande

4. Filtres coupe-bande

5. Signaux de sommation

Le circuit de mixage audio et similaire nécessite d'utiliser un amplificateur opérationnel pour additionner la tension appliquée. Le point de sommation de terre virtuel du circuit amplificateur inverseur permet de résumer les entrées audio.

Résistance pour dispositifs semi-conducteurs

Dans les processus électriques, nous avons besoin de résistances pour contrôler le flux d'électrons et ajuster le niveau de courant pour une tension donnée. Les résistances aident à atteindre cet objectif. Plus la résistance fournie par une résistance est élevée, plus le flux de courant sera faible.

Applications

1. Transistors et LED

Les résistances aident à protéger les dispositifs semi-conducteurs sensibles tels que les transistors et les LED en permettant à la bonne quantité de courant de passer à travers les circuits.

2. Calendrier et fréquence

Les résistances, lorsqu'elles sont connectées à des condensateurs, peuvent fournir un dispositif de circuit commandé dans le temps. Il aide à la conception de parcours utilisés pour les flashs lumineux et les sirènes.

3. Diviseur de tension

Lorsque vous connectez une guirlande de résistances dans un circuit en série, vous pouvez obtenir la chute de tension souhaitée en fonction de la valeur de résistance des résistances. La tension résultante est une proportion de résistance apportée par chaque résistance dans le circuit.

4. Résistances pour le chauffage

Les résistances sont utilisées dans les appareils tels que les grille-pain, les cuisinières électriques et les radiateurs pour convertir l'énergie électrique en énergie thermique.

Condensateur à semi-conducteurs

Les condensateurs sont une partie essentielle de tous les circuits électroniques. Ils peuvent se charger de courant et peuvent tout décharger en même temps.

Applications

1. Délai

En manipulant les intervalles de temps de charge et de décharge, les condensateurs peuvent utiliser dans le temps des circuits dépendants tels que des LED, des systèmes de haut-parleurs, des alarmes et des cours qui émettent des bips périodiques.

2. Lissage

Le courant d'entrée CA peut être lissé pour produire une sortie CC à l'aide d'un condensateur et de nombreux appareils électroménagers.

3. Couplage

Le couplage de condensateur est le mécanisme par lequel le courant continu peut bloquer tout en laissant le courant alternatif seul traverser un circuit. Les haut-parleurs utilisent des condensateurs pour réaliser ce mécanisme, et nous pouvons éviter tout dommage causé par le courant continu.

4. Réglage

Les condensateurs variables sont utilisés dans les systèmes radio pour régler les circuits. Cela se fait en connectant un oscillateur LC à des condensateurs variables.

5. Stockage d'énergie

Les condensateurs peuvent stocker de l'énergie et la libérer immédiatement, ce qui est utile dans des applications telles que les circuits de caméra où un flash soudain est nécessaire.

Inducteur de dispositifs à semi-conducteur

Les inducteurs sont des circuits électroniques passifs qui stockent de l'énergie dans un champ magnétique lorsqu'un courant le traverse. Le fil isolé de la bobine enroulée autour du noyau central constitue l'inducteur, qui est généralement le plus gros composant du circuit.

Applications

1. Filtres

Les inducteurs peuvent agir comme des filtres passe-bas et, lorsqu'ils sont combinés avec des condensateurs et des résistances, ils peuvent être utilisés pour créer des filtres avancés dans un circuit.

2. Capteurs

Les inducteurs peuvent détecter des champs magnétiques et des matériaux magnétiquement perméables sans avoir à être en contact physique avec lesdits matériaux. Cela les rend excellents pour une utilisation en tant que capteurs dans les feux de circulation et les applications similaires.

3. Transformateurs

Lorsque des inductances avec le même chemin magnétique sont combinées, vous pouvez former un transformateur. Les transformateurs sont une partie essentielle des réseaux électriques et des alimentations électriques.

4. Moteurs

Les moteurs inductifs permettent de convertir plus efficacement l'énergie électrique en énergie mécanique à l'aide d'une force magnétique. Nous pouvons utiliser un moteur à induction avec une entrée AC pour générer un champ magnétique tournant. Les moteurs inductifs ne nécessitent pas non plus de contact électrique entre le rotor et la machine, ce qui en fait un choix plus sûr et fiable.

5. Stockage d'énergie

Tant que l'inducteur est alimenté, ils peuvent stocker de l'énergie dans le champ magnétique. Les alimentations à découpage peuvent les utiliser, comme celles utilisées dans les ordinateurs personnels.

6. Égaliseur audio

Les égaliseurs audio sont des types particuliers d'appareils électroniques qui aident à la production musicale. Ils sont utilisés pour améliorer ou couper certaines fréquences afin de créer les effets sonores requis.

Il existe différents types d'égaliseurs disponibles, le plus courant étant.

1. Égaliseur de rayonnage

2. Égaliseur graphique

3. Égaliseur paramétrique

Résumé

Cet article est un aperçu de base des semi-conducteurs et de tous les dispositifs qu'ils peuvent fabriquer.

Avez-vous des questions? Faites-le nous savoir dans les commentaires ci-dessous. Si vous avez besoin des services de Semiconductor Devices, vous pouvez nous contacter. WellPCB a plus de dix ans d'expérience dans la fabrication de circuits imprimés. Nous pouvons en discuter ensemble et en apprendre davantage sur l'électronique.