semiconductori.ppt | |
File Size: | 1328 kb |
File Type: | ppt |
Transcript
Slide 1
Semiconductori Iankovszky Cristina
Slide 2
Cuprins: Benzile de energie. Conductori, semiconductori, izolatori Semiconductori intrinseci Semiconductori extrinseci Probleme Joncţiunea pn. Dioda semiconduc toare Caracteristicile diodei semiconductoare Trasarea experimentală a caracteristicilor diodei semiconductoare Redresarea curentului alternativ Probleme
Slide 3
Benzile de energie. Conductori, semiconductori, izolatori Banda de valenta Banda de conductie Banda interzisa Nivele energetice (Click pe fiecare termen daca doriţi sa aflaţi mai mult..) (nucleu) Eg
Slide 4
În funcţie de gradul de ocupare cu electroni a benzilor de energie, corpurile solide pot fi împărţite în: conductoare, semiconductoare, izolatoare.
Slide 5
Semiconductori Semiconductoarele sunt corpuri a căror conductivitate electrică σ = 1/ ρ = 104....10-8 1/Ωm este cuprinsă între cea a metalelor şi cea a izolatoarelor, fiind influenţată de temperatură ( la temperaturi joase sunt izolatoare şi la temperaturi înalte sunt conductoare. Semiconductoare Semiconductoare intrinseci ( pure) Semiconductoare extrinseci ( cu impurităţi de tip n de tip p
Slide 6
Conducţia electrică a semiconductorilor La temperaturi joase un semiconductor este un isolator cu rezistenţă electrică foarte mică. Atomii aflaţi în nodurile reţelei cristaline oscilează în jurul poziţiei de echilibru. La o anumită temperatură vor avea o energie cinetică finită, existând posibilitatea ca electronii periferici să părăsească atomii devenind liberi.
Slide 7
Aducerea unui electron în starea de conducţie înseamnă trecerea lui din banda de valenţă (BV) în banda de conducţie (BC). Prin plecarea electronului din BV în BC, în urma lui apare un nivel energetic liber numit “gol”. Apariţia unui gol este echivalentă cu apariţia unei sarcini electrice pozitive. Eg Benzi de energie (eV) Cristal de siliciu ( germaniu )
Slide 8
Eg Benzi de energie (eV) Dacă semiconductorului i se aplică o diferenţă de potenţial, electronii din banda de valenţă vor începe să se deplaseze în sens invers câmpului electric; golurile vor fi ocupate tocmai de acei electroni care se apropie de ele, lăsând în urma lor noi goluri. Electronii se vor deplasa de la “-“ la “+” iar golurile în sens invers. În semiconductoare sunt posibile două tipuri de conducţie electrică: - conducţia electronică, determinată de deplasarea electronilor în banda de conducţie; - conducţie de goluri, determinată de deplasarea golurilor în banda de valenţă.
Slide 9
Semiconductori intriseci Eg Benzi de energie (eV) generare recombinare În cazul semiconductorilor intrinseci, datorită agitaţiei termice electronii pot trece din banda de valenţă în banda de conducţie BC, procesul numindu-se excitare termică intrinsecă ( generare termică intrinsecă ). În urma acestui proces apar electroni şi goluri în număr egal. Pe de altă parte are loc şi procesul invers generării şi anume recombinarea electronilor cu golurile, respectiv trecerea electronilor din banda de conducţie BC în banda de valenţă BV. Prin urmare, în regim de echilibru termodinamic la o anumită temperatură T, numărul actelor de generare este egal cu numărul actelor de recombinare, iar în semiconductor se va stabili o concentraţie staţionară de electroni şi goluri libere, concentraţia electronilor liberi n0 fiind egală cu concentraţia golurilor libere p0: n0 = p0 = ni ni – concentraţia intrinsecă unde
Slide 10
Semiconductor de tip n Pentru a obţine un semiconductor extrinsec de tip n se introduc într-un semiconductor pur impurităţi donoare ( donori ) adică, atomi cu valenţa V precum fosfor (P) sau arseniu (As).
Slide 11
BV BC Eg Ed n = p + Nd Donorii dau nivele energetice mai apropiate de banda de conducţie, electronii putând fi uşor transportaţi de pe un astfel de nivel pe banda de conducţie. Trecerea electronilor de pe nivelul donor în banda de conducţie poartă numele de excitare (generare) termică extrinsecă a electronilor. Poate avea loc şi procesul invers de trecere a electronilor din banda cde conducţie pe nivelul donor, proces denumit recombinarea electronilor pe nivelul donor.
Slide 12
Semiconductor de tip p Pentru a obţine un semiconductor extrinsec de tip p se introduc într-un semiconductor pur impurităţi acceptoare ( acceptori) adică, atomi cu valenţa III precum bor (B) sau galiu (Ga) .
Slide 13
BV BC Eg Ea p = n + Na Procese care au loc în semiconductorii de tip p la temperaturi coborâte predomină schimbul de goluri dintre BV şi nivelul energetic Ea al acceptorilor, având loc acte de generare şi recombinare a golurilor; la temperaturi mai înalte are loc şi generarea intrinsecă.
Slide 14
Joncţiunea p-n Joncţiunea p-n reprezintă zona de trecere ( contact) care se formează într-un cristal semiconductor, la care o parte conţine impurităţi acceptoare ( tip n) iar cealaltă impurităţi donoare (tip p). Ea are o lărgime l = 10-4….10-5 cm. n p
Slide 15
Pentru a înţelege cum lucrează o joncţiune p-n, să ne imaginăm că dopăm un semiconductor cu atomi donori şi altul cu atomi acceptori.
Slide 16
Aducem împreună cei doi semiconductori astfel obţinuţi: unul de tipn, altul de tip p.
Slide 17
Electronii liberi din regiunea n difuzează în regiunea p, iar golurile din regiunea p difuzează în regiunea n, la aceste deplasări participând în primul rând purtătorii mobili din imediata vecinătate a joncţiunii.
Slide 18
Ca rezultat, electronii liberi şi golurile de lângă joncţiune tind să se “mănânce” unii pe alţii, producând o regiune liberă de orice sarcină în mişcare. Această zonă se numeşte zona de epuizare. În regiunea p, plecând golurile şi sosind electroni, aceştia sunt captaţi de atomii acceptori ionizându-i negativ şi deci se formează o sarcină spaţială negativă. Analog, în regiunea n plecând electroni şi sosind goluri, aceştia ionizează pozitiv atomii donori şi deci apare o sarcină spaţială pozitivă.
Slide 19
Prin urmare, de o parte şi de alta apar două zone foarte înguste cu sarcini electrice de semne contrare numită zonă de trecere ( strat de baraj sau joncţiune pn), iar câmpul electric, orientat dinspre regiunea n spre regiunea p şi numit câmp de contact, împiedică trecerea în continuare a purtătorilor de sarcină ( electroni şi goluri).
Slide 20
Se creează astfel o stare de echilibru în care transportul purtătorilor majoritari, electroni şi goluri, încetează. În planul joncţiunii apare o barieră de potanţial Ub. Purtătorii de sarcină minoritari ( golurile din regiunea n şi electronii din regiunea p) sunt acceleraţi în sens opus deplasării purtătorilor majoritari. La echilibru termic şi în absenţa polarizării curentul determinat de fluxul purtătorilor majoritari, trebuie să fie egal cu cel al purtătorilor minoritari, adică: Ub U x
Slide 21
Dioda semiconductoare Joncţiunea pn are calităţi redresoare. Astfel aplicând o tensiune continuă cu : - polaritate directă (polul plus la regiunea p şi polul minus la regiunea n), prin joncţiune trece un curent electric a cărui intensitate creşte cu creşterea tensiunii aplicate, deoarece rezistenţa electrică este mică (Rj = 10 Ω); - polaritate inversă, practic nu trece curent deoarece are loc o lărgire a stratului de baraj care capătă o rezistenţă electrică foarte mare (Rj = 104...105 Ω); în acest caz se spune că dioda este blocată.
Slide 22
Caracteristicile diodei semicoductoare U Ub Ub+U la echilibru Tensiune inversa Prin aplicarea câmpului exterior în sens direct are loc o micşorare a duferenţei de potenţial (barierei) dintre cele două regiuni, deoarece câmpul extern are sens invers câmpului de baraj, ceea ce înlesneşte mişcarea purtătorilor majoritari. În felul acesta, la polarizare directă curentul electric trece prin diodă. Când dioda este polarizată invers, câmpul extern aplicat având acelaşi sens cu câmpul de baraj, mişcarea purtătorilor majoritari este împiedicată. În acest caz, curentul ce străbate dioda, format numai din purtători minoritari, este extrem de slab ( de ordinul mA la dioda cu Si şi de ordinul μA la cea cu Ge), aşa încât îl putem considera practic nul. Spunem că la polarizarea inversă dioda nu conduce curentul electric.
Slide 23
Schema şi simbolul diodei Dioda funcţionează ca o supapă ce permite trecerea curentului electric într-un singur sens (când este polarizată direct).
Slide 24
Caracteristica reală a unei diode cu joncţiune. În figură se reprezintă caracteristica I = f(U) a unei diode. Ea pune în evidenţă următoarele: a) Intensitatea curentului în sens direct, după ce se depăşeşte tensionea de deschidere UD, creşte exponenţial şi rezistenţa diodei devine foarte mică. b) În sens contrar, pentru U < 0, intensitatea curentului care trece prin diodă este foarte mică, cu multe ordine de mărime mai mică decât în sens direct. În majoritatea aplicaţiilor practice se consideră egală cu zero. Dacă tensiunea creşte peste o anumită valoare critică – numită tensiune de străpungere – dioda (joncţiunea) se “străpunge” şi intensitatea curentului începe să crească brusc. Fenomenul de străpungere este unul negativ. În practică se urmăreşte crearea de joncţiuni care să reziste la tensiuni inverse cât mai mari, mii de volţi. http://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/linearcircuits/diode.html
Slide 25
Caracteristica statică liniarizată aproximează destul de bine, pentru curenţi lent variabili, caracteristica reală a diodei. Definim rezistenţa dinamică a diodei prin relaţia: pentru porţiunea înclinată, corespunzătoare conducţiei diodei. Acest raport reprezintă tangenta unghiului de înclinare γ faţă de verticală a porţiunii rectilinii înclinate – Rdm = tg γ.
Slide 26
O diodă ideală ar funcţiona ca un întrerupător care este închis pentru tensiuni u < 0 (polarizare inversă) şi deschis pentru tensiuni pozitive u > 0 (polarizare directă). Ea ar prezenta la polarizare inversă o rezistenţă infinită, iar în conducţie directă, o rezistenţă nulă.
Slide 27
Caracteristica liniarizată ar corespunde modelului electric echivalând cu o diodă ideală înseriată cu o rezistenţă, reprezentând rezistenţa dinamică a diodei şi cu un generator ideal de tensiune electromotoare egală cu tensiunea de deschidere UD a diodei reale. (a) Din compunerea celor trei caracteristici individuale (b) rezultă caracteristica liniarizată (c). Reţinem că UD şi Rdm sunt parametrii modelului. Modelul este descris matematic de funcţia: (a) i (b) (c)
Slide 28
Trasarea experimentală a caracteristicilor diodei semiconductoare Materiale necesare: diodă semiconductoare; resistor (cel puţin 10 Ω) sursă : 0 – 12 V c.c. conductori de legătură; voltmetru, ampermetru; reostat. http://www.kjanssen.de/Studium/Forschungen/Diplomarbeit/da/weTEiS/weteis/diode1.htm
Slide 29
Redresarea curentului alternativ Prin redresarea curentului alternative se înţelege transformarea curentului alternativ de joasă frecvenţă în curent pulsator, utilizând un dispozitiv numit redresor. Pentru redresarea curentului alternativ se poate folosi dioda cu joncţiune. În mod obişnuit un redresor cu dispozitiv semiconductor este compus din: elementul redresor ( dioda semiconductoare ),sursa de curent alternativ (reţea de alimentare cu energie electrică sau transformator) şi un filtru de netezire.. Transformator Redresor Filtru de netezire Retea Spre sarcina ~
Slide 30
Redresor monoalternanţă Redresorul monoalternanţă este cel mai simplu redresor. Blocul redresor coţine un singur element redresor, o diodă. Randamentul scăzut este unul dintre dezavantajele acestui redresor. Un al doilea dezavantaj este încărcarea nesimetrică a reţelei, puterea fiind absorbită doar în timpul unei singure semialternante. Redresorul monoalternanţă este însă destul de folosit la puteri mici deoarece este cel mai simpu şi cel mai ieftin.
Slide 31
Redresarea ambelor alternanţe Redresor dublă alternanţă cu punct median În cazul acestui tip de redresor transformatorul este necesar şi el trebuie să aibă un secundar cu două înfăşurări înseriate, care au acelaşi număr de spire, cu un punct median între ele, astfel ca să furnizeze blocului redresor compus din două diode două tensiuni identice, u2. Ansamblul poate fi privit şi ca două redresoare monoalternanţă legate la aceeaşi sarcină, în cazul acesta rezistenţa RS.
Slide 32
În prima semiperioadă cele două diode sunt polarizate astfel: D1 direct, plusul tensiunii transformatorului la anod, iar D2 invers. Schema echivalentă este aceea din figura (b) (D1 scurtcircuit, D2 întreruptă) şi tensiunea pe sarcină este egală cu u2, adică o semialternanţă pozitivă. În a doua semiperioadă cele două diode sunt polarizate astfel: D1 invers, minusul tensiunii transformatorului la anod, iar D2 direct. Schema echivalentă este aceea din figura (c) (D1 întreruptă, D2 scurtcircuit) şi tensiunea pe sarcină este egală cu minus u2 (negativă în acest semiinterval), adică din nou o semialternanţă pozitivă. Se obţine în acest fel o redresare dublă alternanţă. http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Elec/DiodesAO/Red_transfo.html
Slide 33
Redresor dublă alternanţă în punte Redresorul dublă alternanţă în punte are schema, forma tensiunilor şi schemele echivalente în semiperioadele distincte de funcţionare prezentate în figură. În cazul acestui tip de redresor transformatorul poate lipsi. Se obţine în acest fel o redresare dublă alternanţă la fel ca în cazul anterior. Avantajul schemei, valoarea medie dublă faţă de redresarea monoalternanţă şi deci o eficacitate dublă a redresării dar şi faptul că este nevoie de o singură sursă de alimentare.
Slide 34
Blocul redresor este format din 4 diode legate în punte (formând un patrulater) într-o anumită succesiune a terminalelor. La una din diagonalele punţii se conectează sursa de tensiune alternativă, sau secundarul transformatorului dacă acesta există, iar la a doua diagonală se conectează sarcina, R în cazul acesta.
Slide 35
În prima semiperioadă sunt polarizate direct diodele D2 si D3 şi sunt polarizate invers diodele D1 şi D4. Schema echivalenta este aceea din figură şi tensiunea pe sarcină este egală cu u2, adică o semialternanţă pozitivă. În a doua semiperioadă sunt polarizate invers diodele D2 şi D3 sunt polarizate direct diodele D1 şi D4. Schema echivalentă este aceea din figură şi tensiunea pe sarcină este egală cu minus u2 (negativă în acest semiinterval), adică din nou o semialternanţă pozitivă. http://www.vjc.moe.edu.sg/fasttrack/physics/AltCurrent.dcr
Slide 36
Bibliografie Manual pentru clasa a XI-a; N. Gherbanovschi, M.Prodan,St. Levai; Ed. Didactica si Pedagogic; Bucuresti – 1990 Fizica – Manual clasa aXII-a; O. Rusu,L. Dinica, C-tin Traistaru, M. Nistor; Ed. Corint; Bucuresti – 2007
Semiconductori Iankovszky Cristina
Slide 2
Cuprins: Benzile de energie. Conductori, semiconductori, izolatori Semiconductori intrinseci Semiconductori extrinseci Probleme Joncţiunea pn. Dioda semiconduc toare Caracteristicile diodei semiconductoare Trasarea experimentală a caracteristicilor diodei semiconductoare Redresarea curentului alternativ Probleme
Slide 3
Benzile de energie. Conductori, semiconductori, izolatori Banda de valenta Banda de conductie Banda interzisa Nivele energetice (Click pe fiecare termen daca doriţi sa aflaţi mai mult..) (nucleu) Eg
Slide 4
În funcţie de gradul de ocupare cu electroni a benzilor de energie, corpurile solide pot fi împărţite în: conductoare, semiconductoare, izolatoare.
Slide 5
Semiconductori Semiconductoarele sunt corpuri a căror conductivitate electrică σ = 1/ ρ = 104....10-8 1/Ωm este cuprinsă între cea a metalelor şi cea a izolatoarelor, fiind influenţată de temperatură ( la temperaturi joase sunt izolatoare şi la temperaturi înalte sunt conductoare. Semiconductoare Semiconductoare intrinseci ( pure) Semiconductoare extrinseci ( cu impurităţi de tip n de tip p
Slide 6
Conducţia electrică a semiconductorilor La temperaturi joase un semiconductor este un isolator cu rezistenţă electrică foarte mică. Atomii aflaţi în nodurile reţelei cristaline oscilează în jurul poziţiei de echilibru. La o anumită temperatură vor avea o energie cinetică finită, existând posibilitatea ca electronii periferici să părăsească atomii devenind liberi.
Slide 7
Aducerea unui electron în starea de conducţie înseamnă trecerea lui din banda de valenţă (BV) în banda de conducţie (BC). Prin plecarea electronului din BV în BC, în urma lui apare un nivel energetic liber numit “gol”. Apariţia unui gol este echivalentă cu apariţia unei sarcini electrice pozitive. Eg Benzi de energie (eV) Cristal de siliciu ( germaniu )
Slide 8
Eg Benzi de energie (eV) Dacă semiconductorului i se aplică o diferenţă de potenţial, electronii din banda de valenţă vor începe să se deplaseze în sens invers câmpului electric; golurile vor fi ocupate tocmai de acei electroni care se apropie de ele, lăsând în urma lor noi goluri. Electronii se vor deplasa de la “-“ la “+” iar golurile în sens invers. În semiconductoare sunt posibile două tipuri de conducţie electrică: - conducţia electronică, determinată de deplasarea electronilor în banda de conducţie; - conducţie de goluri, determinată de deplasarea golurilor în banda de valenţă.
Slide 9
Semiconductori intriseci Eg Benzi de energie (eV) generare recombinare În cazul semiconductorilor intrinseci, datorită agitaţiei termice electronii pot trece din banda de valenţă în banda de conducţie BC, procesul numindu-se excitare termică intrinsecă ( generare termică intrinsecă ). În urma acestui proces apar electroni şi goluri în număr egal. Pe de altă parte are loc şi procesul invers generării şi anume recombinarea electronilor cu golurile, respectiv trecerea electronilor din banda de conducţie BC în banda de valenţă BV. Prin urmare, în regim de echilibru termodinamic la o anumită temperatură T, numărul actelor de generare este egal cu numărul actelor de recombinare, iar în semiconductor se va stabili o concentraţie staţionară de electroni şi goluri libere, concentraţia electronilor liberi n0 fiind egală cu concentraţia golurilor libere p0: n0 = p0 = ni ni – concentraţia intrinsecă unde
Slide 10
Semiconductor de tip n Pentru a obţine un semiconductor extrinsec de tip n se introduc într-un semiconductor pur impurităţi donoare ( donori ) adică, atomi cu valenţa V precum fosfor (P) sau arseniu (As).
Slide 11
BV BC Eg Ed n = p + Nd Donorii dau nivele energetice mai apropiate de banda de conducţie, electronii putând fi uşor transportaţi de pe un astfel de nivel pe banda de conducţie. Trecerea electronilor de pe nivelul donor în banda de conducţie poartă numele de excitare (generare) termică extrinsecă a electronilor. Poate avea loc şi procesul invers de trecere a electronilor din banda cde conducţie pe nivelul donor, proces denumit recombinarea electronilor pe nivelul donor.
Slide 12
Semiconductor de tip p Pentru a obţine un semiconductor extrinsec de tip p se introduc într-un semiconductor pur impurităţi acceptoare ( acceptori) adică, atomi cu valenţa III precum bor (B) sau galiu (Ga) .
Slide 13
BV BC Eg Ea p = n + Na Procese care au loc în semiconductorii de tip p la temperaturi coborâte predomină schimbul de goluri dintre BV şi nivelul energetic Ea al acceptorilor, având loc acte de generare şi recombinare a golurilor; la temperaturi mai înalte are loc şi generarea intrinsecă.
Slide 14
Joncţiunea p-n Joncţiunea p-n reprezintă zona de trecere ( contact) care se formează într-un cristal semiconductor, la care o parte conţine impurităţi acceptoare ( tip n) iar cealaltă impurităţi donoare (tip p). Ea are o lărgime l = 10-4….10-5 cm. n p
Slide 15
Pentru a înţelege cum lucrează o joncţiune p-n, să ne imaginăm că dopăm un semiconductor cu atomi donori şi altul cu atomi acceptori.
Slide 16
Aducem împreună cei doi semiconductori astfel obţinuţi: unul de tipn, altul de tip p.
Slide 17
Electronii liberi din regiunea n difuzează în regiunea p, iar golurile din regiunea p difuzează în regiunea n, la aceste deplasări participând în primul rând purtătorii mobili din imediata vecinătate a joncţiunii.
Slide 18
Ca rezultat, electronii liberi şi golurile de lângă joncţiune tind să se “mănânce” unii pe alţii, producând o regiune liberă de orice sarcină în mişcare. Această zonă se numeşte zona de epuizare. În regiunea p, plecând golurile şi sosind electroni, aceştia sunt captaţi de atomii acceptori ionizându-i negativ şi deci se formează o sarcină spaţială negativă. Analog, în regiunea n plecând electroni şi sosind goluri, aceştia ionizează pozitiv atomii donori şi deci apare o sarcină spaţială pozitivă.
Slide 19
Prin urmare, de o parte şi de alta apar două zone foarte înguste cu sarcini electrice de semne contrare numită zonă de trecere ( strat de baraj sau joncţiune pn), iar câmpul electric, orientat dinspre regiunea n spre regiunea p şi numit câmp de contact, împiedică trecerea în continuare a purtătorilor de sarcină ( electroni şi goluri).
Slide 20
Se creează astfel o stare de echilibru în care transportul purtătorilor majoritari, electroni şi goluri, încetează. În planul joncţiunii apare o barieră de potanţial Ub. Purtătorii de sarcină minoritari ( golurile din regiunea n şi electronii din regiunea p) sunt acceleraţi în sens opus deplasării purtătorilor majoritari. La echilibru termic şi în absenţa polarizării curentul determinat de fluxul purtătorilor majoritari, trebuie să fie egal cu cel al purtătorilor minoritari, adică: Ub U x
Slide 21
Dioda semiconductoare Joncţiunea pn are calităţi redresoare. Astfel aplicând o tensiune continuă cu : - polaritate directă (polul plus la regiunea p şi polul minus la regiunea n), prin joncţiune trece un curent electric a cărui intensitate creşte cu creşterea tensiunii aplicate, deoarece rezistenţa electrică este mică (Rj = 10 Ω); - polaritate inversă, practic nu trece curent deoarece are loc o lărgire a stratului de baraj care capătă o rezistenţă electrică foarte mare (Rj = 104...105 Ω); în acest caz se spune că dioda este blocată.
Slide 22
Caracteristicile diodei semicoductoare U Ub Ub+U la echilibru Tensiune inversa Prin aplicarea câmpului exterior în sens direct are loc o micşorare a duferenţei de potenţial (barierei) dintre cele două regiuni, deoarece câmpul extern are sens invers câmpului de baraj, ceea ce înlesneşte mişcarea purtătorilor majoritari. În felul acesta, la polarizare directă curentul electric trece prin diodă. Când dioda este polarizată invers, câmpul extern aplicat având acelaşi sens cu câmpul de baraj, mişcarea purtătorilor majoritari este împiedicată. În acest caz, curentul ce străbate dioda, format numai din purtători minoritari, este extrem de slab ( de ordinul mA la dioda cu Si şi de ordinul μA la cea cu Ge), aşa încât îl putem considera practic nul. Spunem că la polarizarea inversă dioda nu conduce curentul electric.
Slide 23
Schema şi simbolul diodei Dioda funcţionează ca o supapă ce permite trecerea curentului electric într-un singur sens (când este polarizată direct).
Slide 24
Caracteristica reală a unei diode cu joncţiune. În figură se reprezintă caracteristica I = f(U) a unei diode. Ea pune în evidenţă următoarele: a) Intensitatea curentului în sens direct, după ce se depăşeşte tensionea de deschidere UD, creşte exponenţial şi rezistenţa diodei devine foarte mică. b) În sens contrar, pentru U < 0, intensitatea curentului care trece prin diodă este foarte mică, cu multe ordine de mărime mai mică decât în sens direct. În majoritatea aplicaţiilor practice se consideră egală cu zero. Dacă tensiunea creşte peste o anumită valoare critică – numită tensiune de străpungere – dioda (joncţiunea) se “străpunge” şi intensitatea curentului începe să crească brusc. Fenomenul de străpungere este unul negativ. În practică se urmăreşte crearea de joncţiuni care să reziste la tensiuni inverse cât mai mari, mii de volţi. http://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/linearcircuits/diode.html
Slide 25
Caracteristica statică liniarizată aproximează destul de bine, pentru curenţi lent variabili, caracteristica reală a diodei. Definim rezistenţa dinamică a diodei prin relaţia: pentru porţiunea înclinată, corespunzătoare conducţiei diodei. Acest raport reprezintă tangenta unghiului de înclinare γ faţă de verticală a porţiunii rectilinii înclinate – Rdm = tg γ.
Slide 26
O diodă ideală ar funcţiona ca un întrerupător care este închis pentru tensiuni u < 0 (polarizare inversă) şi deschis pentru tensiuni pozitive u > 0 (polarizare directă). Ea ar prezenta la polarizare inversă o rezistenţă infinită, iar în conducţie directă, o rezistenţă nulă.
Slide 27
Caracteristica liniarizată ar corespunde modelului electric echivalând cu o diodă ideală înseriată cu o rezistenţă, reprezentând rezistenţa dinamică a diodei şi cu un generator ideal de tensiune electromotoare egală cu tensiunea de deschidere UD a diodei reale. (a) Din compunerea celor trei caracteristici individuale (b) rezultă caracteristica liniarizată (c). Reţinem că UD şi Rdm sunt parametrii modelului. Modelul este descris matematic de funcţia: (a) i (b) (c)
Slide 28
Trasarea experimentală a caracteristicilor diodei semiconductoare Materiale necesare: diodă semiconductoare; resistor (cel puţin 10 Ω) sursă : 0 – 12 V c.c. conductori de legătură; voltmetru, ampermetru; reostat. http://www.kjanssen.de/Studium/Forschungen/Diplomarbeit/da/weTEiS/weteis/diode1.htm
Slide 29
Redresarea curentului alternativ Prin redresarea curentului alternative se înţelege transformarea curentului alternativ de joasă frecvenţă în curent pulsator, utilizând un dispozitiv numit redresor. Pentru redresarea curentului alternativ se poate folosi dioda cu joncţiune. În mod obişnuit un redresor cu dispozitiv semiconductor este compus din: elementul redresor ( dioda semiconductoare ),sursa de curent alternativ (reţea de alimentare cu energie electrică sau transformator) şi un filtru de netezire.. Transformator Redresor Filtru de netezire Retea Spre sarcina ~
Slide 30
Redresor monoalternanţă Redresorul monoalternanţă este cel mai simplu redresor. Blocul redresor coţine un singur element redresor, o diodă. Randamentul scăzut este unul dintre dezavantajele acestui redresor. Un al doilea dezavantaj este încărcarea nesimetrică a reţelei, puterea fiind absorbită doar în timpul unei singure semialternante. Redresorul monoalternanţă este însă destul de folosit la puteri mici deoarece este cel mai simpu şi cel mai ieftin.
Slide 31
Redresarea ambelor alternanţe Redresor dublă alternanţă cu punct median În cazul acestui tip de redresor transformatorul este necesar şi el trebuie să aibă un secundar cu două înfăşurări înseriate, care au acelaşi număr de spire, cu un punct median între ele, astfel ca să furnizeze blocului redresor compus din două diode două tensiuni identice, u2. Ansamblul poate fi privit şi ca două redresoare monoalternanţă legate la aceeaşi sarcină, în cazul acesta rezistenţa RS.
Slide 32
În prima semiperioadă cele două diode sunt polarizate astfel: D1 direct, plusul tensiunii transformatorului la anod, iar D2 invers. Schema echivalentă este aceea din figura (b) (D1 scurtcircuit, D2 întreruptă) şi tensiunea pe sarcină este egală cu u2, adică o semialternanţă pozitivă. În a doua semiperioadă cele două diode sunt polarizate astfel: D1 invers, minusul tensiunii transformatorului la anod, iar D2 direct. Schema echivalentă este aceea din figura (c) (D1 întreruptă, D2 scurtcircuit) şi tensiunea pe sarcină este egală cu minus u2 (negativă în acest semiinterval), adică din nou o semialternanţă pozitivă. Se obţine în acest fel o redresare dublă alternanţă. http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Elec/DiodesAO/Red_transfo.html
Slide 33
Redresor dublă alternanţă în punte Redresorul dublă alternanţă în punte are schema, forma tensiunilor şi schemele echivalente în semiperioadele distincte de funcţionare prezentate în figură. În cazul acestui tip de redresor transformatorul poate lipsi. Se obţine în acest fel o redresare dublă alternanţă la fel ca în cazul anterior. Avantajul schemei, valoarea medie dublă faţă de redresarea monoalternanţă şi deci o eficacitate dublă a redresării dar şi faptul că este nevoie de o singură sursă de alimentare.
Slide 34
Blocul redresor este format din 4 diode legate în punte (formând un patrulater) într-o anumită succesiune a terminalelor. La una din diagonalele punţii se conectează sursa de tensiune alternativă, sau secundarul transformatorului dacă acesta există, iar la a doua diagonală se conectează sarcina, R în cazul acesta.
Slide 35
În prima semiperioadă sunt polarizate direct diodele D2 si D3 şi sunt polarizate invers diodele D1 şi D4. Schema echivalenta este aceea din figură şi tensiunea pe sarcină este egală cu u2, adică o semialternanţă pozitivă. În a doua semiperioadă sunt polarizate invers diodele D2 şi D3 sunt polarizate direct diodele D1 şi D4. Schema echivalentă este aceea din figură şi tensiunea pe sarcină este egală cu minus u2 (negativă în acest semiinterval), adică din nou o semialternanţă pozitivă. http://www.vjc.moe.edu.sg/fasttrack/physics/AltCurrent.dcr
Slide 36
Bibliografie Manual pentru clasa a XI-a; N. Gherbanovschi, M.Prodan,St. Levai; Ed. Didactica si Pedagogic; Bucuresti – 1990 Fizica – Manual clasa aXII-a; O. Rusu,L. Dinica, C-tin Traistaru, M. Nistor; Ed. Corint; Bucuresti – 2007