Různé typy polovodičů pohánějí výrobu široké škály aplikací, od základních přístrojů až po nejpokročilejší komunikační systémy. Pochopení jejich funkcí nám umožňuje vybrat ty správné komponenty pro jakýkoli typ projektu nebo aplikace.
Ale co je to vlastně polovodičové zařízení? V tomto článku nejen vysvětlíme, co to je, ale také projdeme šest hlavních typů a zdůrazníme jejich použití na příkladech.
To vám poskytne přehled o tom, jak tyto komponenty pohánějí dnešní technologie, a pomůže vám vybrat ty, které se nejlépe hodí pro vaše projekty.
Čtěte dál!
Co jsou to polovodičová zařízení?
Polovodičová zařízení jsou elektronické součástky vyrobené z materiálů, které mají elektrickou vodivost mezi vodivostí vodiče (jako je měď) a izolantu (jako je sklo).
Tato zařízení řídí tok elektrického proudu využitím jedinečných vlastností polovodičů, jako je křemík nebo germanium.
Jsou zásadní pro moderní elektroniku, umožňují zesilování, přepínání a přeměnu energie v obvodech.
Stručně řečeno, polovodičová zařízení jsou elektronické součástky, které používají polovodiče.
Co jsou to polovodiče?
Polovodiče jsou materiály s elektrickou vodivostí mezi vodiči a izolanty. Tato jedinečná vlastnost jim umožňuje řídit elektrický proud způsobem, který nedokážou ani vodiče, ani izolátory.
V polovodičovém zařízení mohou malé úpravy napětí nebo proudu způsobit významné změny v chování zařízení, takže jsou ideální pro přepínání, zesílení signálu a řízení výkonu v elektronických systémech. Tato zařízení jsou nezbytná pro vše od správy energie v domácích spotřebičích až po komplexní zpracování dat v počítačích a chytrých telefonech.
Schopnost polovodičových materiálů vést elektřinu se často mění přidáním nečistot, což je proces zvaný doping, který vytváří v materiálu oblasti s různými elektrickými vlastnostmi.
Tyto oblasti umožňují polovodičovým zařízením, jako jsou diody a tranzistory, regulovat proud, což je činí zásadními v moderní elektronice.
6 Druhy polovodičů a jejich aplikace
- Diskrétní zařízení
Diskrétní polovodičová zařízení jsou jednotlivé elektronické součástky s jedinou funkcí. Jedná se o kritické stavební bloky v elektronických systémech, které provádějí základní operace, jako je přepínání, zesílení a usměrňování. Mezi nejběžnější diskrétní zařízení patří:
- Diody
- Tranzistor
- Tyristory
- Formuláře
Pojďme se dozvědět více o každé z těchto složek:
- Diody
Diody jsou to jednocestné elektronické ventily, které umožňují proudění proudu pouze jedním směrem. Jejich nejčastější aplikací je usměrnění, tedy přeměna střídavého proudu (AC) na stejnosměrný proud (DC). Používají se v napájecích zdrojích, nabíječkách baterií a demodulaci signálu.- Příklad: V napájecím obvodu diody zabraňují zpětným proudům a chrání citlivé součásti před poškozením.
- Tranzistor
Tranzistory jsou nezbytné pro zesilování a spínání elektronických signálů. Existují dva hlavní typy: bipolární tranzistor (BJT) a tranzistor s efektem pole (FET). BJT se často používají pro zesílení, zatímco FET se většinou používají pro přepínání aplikací kvůli jejich vysoké účinnosti.- Příklad: Tranzistory se běžně vyskytují v procesorech, zesilovačích a přepínačích. V CPU počítače zpracovávají tranzistory binární data tak, že fungují jako malé spínače.
- Tyristory
Tyristory jsou to zařízení, která fungují jako bistabilní spínače, které vedou, když jejich brána přijme proudový impuls, a pokračují ve vedení tak dlouho, dokud zůstávají předpětí. Jsou zvláště užitečné ve vysoce výkonných aplikacích, jako jsou ovládání otáček motoru, stmívače světla a systémy řízení tlaku.- Příklad: Tyristory se často používají ve výkonové elektronice, jako jsou průmyslové motory a systémy řízení střídavého napájení.
- Formuláře
Moduly jsou sestavy polovodičových zařízení, které obvykle obsahují více součástek, jako jsou diody, tranzistory a tyristory, umístěné v jediném pouzdru. Používají se v aplikacích, kde je potřeba vysoký výkon a účinnost, jako jsou invertory a systémy přeměny energie.- Příklad: Výkonové moduly se používají v solárních invertorech k přeměně stejnosměrné energie ze solárních panelů na střídavou energii pro domácí použití.
2. Optická zařízení
Optická polovodičová zařízení převádějí elektrické signály na světlo nebo světlo na elektrické signály. Tato zařízení jsou kritická v komunikačních systémech, senzorech a zobrazovacích technologiích. Mezi hlavní typy optických zařízení patří:
- Zařízení vyzařující světlo (LED)
- Fotodetektory
- Kompozitní optická zařízení
- Optická komunikační zařízení
Zařízení vyzařující světlo (LED)
LED diody generují světlo, když jimi prochází proud, což je činí vysoce účinnými pro osvětlovací a zobrazovací technologie. LED diody jsou široce používány pro jejich dlouhou životnost, energetickou účinnost a ekologické výhody. - Příklad: LED diody jsou základem moderních zobrazovacích systémů, včetně těch, které se používají v televizorech, chytrých telefonech a reklamních obrazovkách.
Fotodetektory
Fotodetektory, jako jsou fotodiody a fototranzistory, převádějí světlo na elektrické signály. Jsou klíčové ve snímacích aplikacích, jako jsou kamery, optické myši a solární články. - Příklad: Fotodetektory jsou nedílnou součástí komunikačních systémů z optických vláken, kde převádějí světelné signály na signály elektrické.
Kompozitní optická zařízení
Kompozitní optická zařízení kombinují více funkcí, jako je snímání a vyzařování světla, do jednoho balíčku. Jsou nezbytné ve složitých optických systémech, kde jsou klíčovými faktory prostor a výkon. - Příklad: V optických systémech přenosu dat mohou kompozitní zařízení odesílat a přijímat světelné signály, což zajišťuje rychlou a spolehlivou komunikaci.
Optická komunikační zařízení
Tato zařízení přenášejí data pomocí světla. Jsou rozhodující ve vysokorychlostních internetových systémech, datových centrech a dálkových komunikačních sítích. Rychlost a účinnost optických komunikačních zařízení způsobila revoluci ve způsobu přenosu dat po celém světě. - Příklad: Optické sítě využívají optická komunikační zařízení k přenosu velkého množství dat rychlostí světla, což zajišťuje vysokorychlostní připojení k internetu.
3 . Mikrovlnná zařízení
Mikrovlnná polovodičová zařízení pracují na velmi vysokých frekvencích (nad 1 GHz) a používají se pro aplikace, jako je radar, bezdrátová komunikace a satelitní přenosy. Tato zařízení lze rozdělit na:
- Diskrétní mikrovlnná zařízení
- Mikrovlnné integrované obvody (IC)
- Mikrovlnné moduly
Diskrétní mikrovlnná
zařízení Diskrétní mikrovlnná zařízení, jako jsou Gunnovy diody a diody IMPATT, se používají ke generování a zesilování vysokofrekvenčních mikrovlnných signálů. Ty jsou nezbytné v radarových systémech a bezdrátových komunikačních technologiích. - Příklad: Gunnovy diody se používají v policejních radarech k měření rychlosti vozidel generováním mikrovlnných signálů, které se odrážejí od pohybujících se objektů.
Mikrovlnné integrované obvody
Mikrovlnné integrované obvody integrují více funkcí, jako je generování signálu, zesílení a filtrování, do jediného čipu. Používají se v mobilních telefonech, satelitních komunikačních systémech a vojenských radarových systémech. - Příklad: Mikrovlnné integrované obvody v mobilních telefonech umožňují přenos a příjem vysokofrekvenčních signálů a zajišťují spolehlivou bezdrátovou komunikaci.
Mikrovlnné moduly
Mikrovlnné moduly jsou sestavy, které kombinují více mikrovlnných komponent, často včetně pasivních i aktivních prvků, do jednoho balíčku. Tyto moduly se používají ve složitých komunikačních systémech, kde je zásadní úspora místa a vysoký výkon. - Příklad: Satelitní transpondéry využívají mikrovlnné moduly k zesílení a přenosu signálů ze Země do vesmíru a naopak, čímž zajišťují jasnou a nepřerušovanou komunikaci.
4. Senzory
jsou polovodičová zařízení, která detekují změny podmínek prostředí a převádějí je na elektrické signály. Senzory jsou klíčové pro aplikace v automobilových systémech, zdravotnictví, průmyslové automatizaci a spotřební elektronice.
- Příklad: V automobilech senzory detekují parametry, jako je teplota, tlak a rychlost, a poskytují základní data řídicím systémům vozidla pro hladký provoz.
Typy senzorů
- Snímače teploty : Používají se v systémech HVAC k monitorování a řízení teploty.
- Tlakové senzory : Používají se v průmyslových aplikacích k detekci změn tlaku v kapalinách nebo plynech.
- Senzory přiblížení : Používají se ve spotřební elektronice, jako jsou chytré telefony, k detekci blízkosti uživatele a automatickému nastavení funkcí, jako je stmívání obrazovky.
5. Integrované obvody (IC)
Integrované obvody (IC) jsou polovodičová zařízení, která integrují více elektronických součástek, jako jsou tranzistory, diody, kondenzátory a odpory, do jednoho čipu. Přinesli revoluci do moderní elektroniky tím, že umožnili složitější a kompaktnější návrhy. Mezi hlavní typy integrovaných obvodů patří:
- Paměti
- Mikroprocesory (MPU)
- Logické integrované obvody
- Analogové integrované obvody
Paměti
Paměťové integrované obvody jsou zodpovědné za ukládání dat. To zahrnuje energeticky nezávislou paměť (jako je RAM) a energeticky nezávislou paměť (jako je paměť Flash). Tyto integrované obvody jsou nezbytné v počítačích, mobilních zařízeních a všech dalších systémech, které vyžadují ukládání dat.
- Příklad : Integrované obvody paměti Flash se používají v jednotkách USB a SSD pro rychlé ukládání a načítání dat.
Mikroprocesory (MPU)
Mikroprocesory jsou mozky moderní elektroniky a řídí operace počítačů a chytrých telefonů. Provádějí aritmetické a logické operace, což umožňuje zařízením spouštět programy a provádět úkoly.
- Příklad : Řada mikroprocesorů Intel Core pohání většinu počítačů a notebooků a zvládne vše od procházení webu až po složité výpočty.
Logické integrované obvody
Logické integrované obvody provádějí booleovské operace a používají se v zařízeních, která vyžadují digitální rozhodování. Jsou kritické v systémech, jako jsou digitální hodiny, kalkulačky a složitější digitální systémy, jako jsou počítače.
- Příklad : Logické integrované obvody se používají v počítačových systémech k manipulaci s daty a úlohám řízení procesů.
Analogové integrované obvody
Analogové integrované obvody zpracovávají spojité signály a používají se při zpracování zvuku a rádiových frekvencích. Tyto integrované obvody se často používají v audio systémech, rádiových zařízeních a senzorech.
- Příklad : Analogové integrované obvody v audio zesilovačích zpracovávají zvukové signály za účelem vytvoření čistého, zesíleného výstupu v domácích audio systémech.
6. Hybridní integrované obvody
Hybridní integrované obvody kombinují výhody více polovodičových technologií integrací různých typů součástek (jako jsou tranzistory, odpory a kondenzátory) do jediného modulu. Tyto integrované obvody jsou ideální pro aplikace, kde standardní integrované obvody nemohou splnit specifické požadavky na výkon nebo design. Hybridní integrované obvody přicházejí ve dvou hlavních formách:
- Tenkomembránové hybridní integrované obvody
- Silnomembránové hybridní integrované obvody
Tenkomembránové hybridní integrované obvody
Tyto integrované obvody používají k vytvoření obvodů tenkou vrstvu vodivého materiálu nanášeného procesem nazývaným naprašování. Často se používají ve vysokofrekvenčních aplikacích a jsou vysoce přizpůsobitelné.
- Příklad : Hybridní integrované obvody s tenkou membránou se používají v leteckých systémech, kde jsou zásadní kompaktní rozměry a vysoká spolehlivost.
Silnomembránové hybridní integrované obvody
Integrované obvody s tlustou membránou používají k nanášení vodivého materiálu sítotisk. Obecně se používají ve výkonové elektronice a dalších aplikacích, kde je vyžadována hospodárnost a robustnost.
- Příklad : Integrované obvody s tlustou membránou se používají v automobilové elektronice pro řízení distribuce energie a řízení.
Najděte širokou škálu elektronických součástí pro své projekty na PC Components Europe
Objevte velký výběr diod, tranzistorů, tyristorů, optických zařízení, mikrovlnných zařízení, senzorů, integrovaných obvodů, kondenzátorů, rezistorů, konektorů, výkonových modulů a relé, vše dostupné na PC Components Europe, aby vyhovovalo vašim elektronickým a elektromechanickým potřebám.
Některé z komponent, které můžete najít u PCE:
- Diody
- 1N4148 – Rychle spínaná dioda (univerzální)
- 1N5408 – Dioda usměrňovače vysokého proudu
- BAS16 – Spínací dioda na povrch
- BYV27-200 – Usměrňovač rychlé obnovy
2. Tranzistor
- 2N2222 – NPN tranzistor pro všeobecné použití
- 2N2907 – PNP tranzistor pro všeobecné použití
- IRF540N – N-kanálový
- BC547 – NPN tranzistor s malým signálem
3.Tyristory
- BT136 – TRIAC pro spínání střídavého proudu
- 2N5060 – Silikonem řízený usměrňovač (SCR)
- TYN612 – SCR pro spínání středního výkonu
- BTA41-600B – TRIAC pro aplikace s vysokým výkonem
4. Optická zařízení (LED, fotodetektory)
- CREE-XTEAWT-00-0000-000000H51 – vysoce výkonná bílá LED
- LDR-5530 – Fotodetektorový světelný senzor
- SFH320 – Fototranzistor
- OSRAM-LW-W5SM – Bílá LED pro osvětlení
5. Mikrovlnná zařízení
- MA4E1317 – GaAs mikrovlnná dioda
- MRF947 – Mikrovlnný tranzistor
- MAAL-011078 – Mikrovlnný zesilovač IC
- HMC630LP3E – MMIC GaAs (mikrovlnný monolitický integrovaný obvod)
6. Senzory
- MPX5010DP – Snímač tlaku
- TMP36 – Snímač teploty
- HC-SR04 – Ultrazvukový snímač vzdálenosti
- BH1750 – Senzor okolního světla
7. Integrované obvody (IC)
- ATmega328P – mikrokontrolér IC (8bitový, řada AVR)
- LM358 – Duální operační zesilovač IC
- 74HC595 – IC posuvného registru
- AD8232 – IC snímače pro monitorování srdečního tepu
Klikněte sem a zjistěte více o 13 nejlepších mikrokontrolérech na trhu
8. Paměťový IC
- W25Q64JVSSIQ – 64Mb Flash paměť
- AT24C256 – 256 kb EEPROM
- MT48LC16M16A2 – 256Mb SDRAM
- IS25LP064A – Sériová paměť Flash (64 Mb)
9. Kondenzátory
- C3225X7R1E106K250AB – Vícevrstvý keramický kondenzátor, 10 µF
- EEU-FR1V102 – Elektrolytický kondenzátor, 1000 µF, 35V
- B43504A5477M000 – Zásuvný elektrolytický kondenzátor, 470 µF, 450 V
10. Rezistory
- CRCW080510K0FKEA – SMD rezistor, 10kΩ, 1%
- RS1/4-1K – Průchozí rezistor z uhlíkové fólie, 1kΩ
- Y ageo RC0402FR-071KL – 1kΩ SMD rezistor, 1% tolerance, 0402
- Vishay VR68000001005FA100 – přesný drátový rezistor, 100Ω
11. Konektory
- TE 282836-4 – 4polohový konektor vodiče k desce
- Molex 39-30-3040 – 4polohová hlavice
- JST XH-2P – 2pinový konektor
- Amphenol 97-3106A-14S-6 P – Kruhový konektor
12. Napájecí moduly
- IRAMS10UP60B – Inteligentní napájecí modul (IPM), 600V
- FOD8316 – Ovladač optočlenu pro IGBT
- SPM3A60D – Výkonový modul motoru, 600V
- PM25CLB060 – IGBT modul, 25A
13. Relé
- G2R-1-E-DC24 – Univerzální relé, SPDT, 24V DC
- G6A-234P-ST-US-DC12 – Signální relé, 12V DC
- HF115F – Výkonové relé, 12V DC, 30A
- Omron LY2-DC12 – 12V DC relé, DPDT
Polovodičová zařízení jsou v centru moderních technologií
Umožňují vše od chytrých telefonů po průzkum vesmíru. Pochopení šesti hlavních typů diskrétních zařízení, optických zařízení, mikrovlnných zařízení, senzorů, integrovaných obvodů a hybridních integrovaných obvodů vám pomůže činit informovaná rozhodnutí při výběru komponent pro vaše návrhy.
Jak jste se dočetli v tomto článku, každé z těchto zařízení má jedinečné vlastnosti a aplikace, díky čemuž je nepostradatelné v celé řadě průmyslových odvětví.
Máte dotazy nebo chcete najít konkrétní polovodičové zařízení?
Kontaktujte tým PC Components ještě dnes!
Reference :
“Polovodičová zařízení: Fyzika a technologie” od SM Sze
“Úvod do polovodičových zařízení” od Kevina F. Brennana
Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation
