Erityyppiset puolijohdelaitteet ohjaavat monenlaisten sovellusten tuotantoa perusvempaimista edistyneimpiin tietoliikennejärjestelmiin. Niiden toimintojen ymmärtäminen antaa meille mahdollisuuden valita oikeat komponentit kaikentyyppisiin projekteihin tai sovelluksiin.
Mutta mikä puolijohdelaite oikein on? Tässä artikkelissa emme vain selitä, mitä se on, vaan käymme myös läpi kuusi päätyyppiä ja korostamme niiden käyttötarkoituksia esimerkein.
Tämä antaa sinulle yleiskatsauksen näiden komponenttien tehosta nykypäivän teknologiassa ja auttaa sinua valitsemaan projekteihisi parhaiten sopivat.
Lue eteenpäin!
Mitä puolijohdelaitteet ovat?
Puolijohdelaitteet ovat elektronisia komponentteja, jotka on valmistettu materiaaleista, joiden sähkönjohtavuus on johtimen (kuten kuparin) ja eristeen (kuten lasi) välissä.
Nämä laitteet ohjaavat sähkövirran kulkua hyödyntämällä puolijohteiden, kuten piin tai germaniumin, ainutlaatuisia ominaisuuksia.
Ne ovat kriittisiä nykyaikaiselle elektroniikalle, koska ne mahdollistavat vahvistuksen, kytkennän ja energian muuntamisen piireissä.
Lyhyesti sanottuna puolijohdelaitteet ovat elektronisia osia, jotka käyttävät puolijohteita.
Mitä puolijohteet ovat?
Puolijohteet ovat materiaaleja, joiden sähkönjohtavuus on johtimien ja eristeiden välissä. Tämän ainutlaatuisen ominaisuuden ansiosta ne voivat ohjata sähkövirtaa tavalla, jota johtimet tai eristeet eivät pysty.
Puolijohdelaitteessa pienet jännitteen tai virran säädöt voivat aiheuttaa merkittäviä muutoksia laitteen käyttäytymiseen, mikä tekee niistä ihanteellisia kytkentöihin, signaalin vahvistukseen ja tehonsäätöön elektronisissa järjestelmissä. Nämä laitteet ovat välttämättömiä kaikessa kodinkoneiden energianhallinnasta monimutkaiseen tietojenkäsittelyyn tietokoneissa ja älypuhelimissa.
Puolijohdemateriaalien kykyä johtaa sähköä muutetaan usein lisäämällä epäpuhtauksia, prosessia kutsutaan dopingiksi, joka luo materiaaliin alueita, joilla on erilaiset sähköominaisuudet.
Nämä alueet sallivat puolijohdelaitteiden, kuten diodien ja transistoreiden, säädellä virtaa, mikä tekee niistä ratkaisevan tärkeitä nykyaikaisessa elektroniikassa.
6 Puolijohdelaitteiden tyypit ja niiden sovellukset
- Diskreetit laitteet
Erilliset puolijohdelaitteet ovat yksittäisiä elektronisia komponentteja, joilla on yksi toiminto. Nämä ovat kriittisiä rakennuspalikoita elektronisissa järjestelmissä, jotka suorittavat tärkeitä toimintoja, kuten kytkennän, vahvistuksen ja tasasuuntauksen. Jotkut yleisimmistä erillisistä laitteista ovat:
- Diodit
- Transistori
- Tyristorit
- Lomakkeet
Katsotaanpa lisää jokaisesta näistä komponenteista:
- Diodit
Diodit ne ovat yksisuuntaisia elektronisia venttiileitä, jotka sallivat virran kulkea vain yhteen suuntaan. Niiden yleisin sovellus on tasasuuntaus eli vaihtovirran (AC) muuntaminen tasavirraksi (DC). Niitä käytetään virtalähteissä, akkulatureissa ja signaalin demoduloinnissa.- Esimerkki: Virtapiirissä diodit estävät käänteiset virrat ja suojaavat herkkiä komponentteja vaurioilta.
- Transistori
Transistorit ne ovat välttämättömiä elektronisten signaalien vahvistamisessa ja kytkemisessä. On olemassa kaksi päätyyppiä: bipolaarinen risteystransistori (BJT) ja kenttäefektitransistori (FET). BJT:itä käytetään usein vahvistukseen, kun taas FETejä käytetään enimmäkseen sovellusten vaihtamiseen niiden korkean hyötysuhteen vuoksi.- Esimerkki: Transistoreita löytyy yleisesti prosessoreista, vahvistimista ja kytkimistä. Tietokoneen CPU:ssa transistorit käsittelevät binaaridataa toimimalla kuin pieniä kytkimiä.
- Tyristorit
Tyristorit ne ovat laitteita, jotka toimivat kuten bistabiilit kytkimet, jotka johtavat, kun niiden portti vastaanottaa virtapulssin, ja jatkavat johtamista niin kauan kuin ne pysyvät eteenpäin suuntautuneina. Ne ovat erityisen hyödyllisiä suuritehoisissa sovelluksissa, kuten moottorin nopeuden säätimissä, valonsäätimissä ja paineensäätöjärjestelmissä.- Esimerkki: Tyristoreita käytetään usein tehoelektroniikassa, kuten teollisuusmoottoreissa ja AC-tehonsäätöjärjestelmissä.
- Lomakkeet
Moduulit ovat puolijohdelaitteiden kokoonpanoja, jotka tyypillisesti sisältävät useita komponentteja, kuten diodeja, transistoreita ja tyristoreita, jotka on sijoitettu yhteen pakkaukseen. Niitä käytetään sovelluksissa, joissa tarvitaan suurta tehoa ja hyötysuhdetta, kuten invertterit ja energian muunnosjärjestelmät.- Esimerkki: Tehomoduuleja käytetään aurinkoinverttereissä muuntamaan aurinkopaneeleista saatavaa tasavirtaa vaihtovirtaenergiaksi kotikäyttöön.
2. Optiset laitteet
Optiset puolijohdelaitteet muuttavat sähkösignaalit valoksi tai valon sähköisiksi signaaleiksi. Nämä laitteet ovat tärkeitä viestintäjärjestelmissä, antureissa ja näyttötekniikoissa. Optisten laitteiden päätyyppejä ovat:
- Valoa emittoivat laitteet (LEDit)
- Valokuvailmaisimet
- Komposiittiset optiset laitteet
- Optiset viestintälaitteet
Valoa emittoivat laitteet (LED)
LEDit tuottavat valoa, kun virta kulkee niiden läpi, mikä tekee niistä erittäin tehokkaita valaistus- ja näyttöteknologioissa. LEDejä käytetään laajasti niiden pitkän käyttöiän, energiatehokkuuden ja ympäristöhyötyjen vuoksi. - Esimerkki: LEDit ovat nykyaikaisten näyttöjärjestelmien perusta, mukaan lukien televisioissa, älypuhelimissa ja mainosnäytöissä käytetyt.
Valoilmaisimet
Valodetektorit, kuten valodiodit ja valotransistorit, muuttavat valon sähköisiksi signaaleiksi. Ne ovat ratkaisevan tärkeitä tunnistussovelluksissa, kuten kameroissa, optisissa hiirissä ja aurinkokennoissa. - Esimerkki: Valokuvailmaisimet ovat olennainen osa valokuituviestintäjärjestelmiä, joissa ne muuntavat valosignaalit sähköisiksi signaaleiksi.
Komposiittiset optiset laitteet
Komposiittiset optiset laitteet yhdistävät useita toimintoja, kuten valon tunnistamisen ja lähettämisen, yhdeksi paketiksi. Ne ovat välttämättömiä monimutkaisissa optisissa järjestelmissä, joissa tila ja suorituskyky ovat tärkeitä näkökohtia. - Esimerkki: Optisissa tiedonsiirtojärjestelmissä komposiittilaitteet voivat lähettää ja vastaanottaa valosignaaleja, mikä varmistaa nopean ja luotettavan viestinnän.
Optiset viestintälaitteet
Nämä laitteet lähettävät tietoa valon avulla. Ne ovat kriittisiä nopeissa Internet-järjestelmissä, datakeskuksissa ja pitkän matkan tietoliikenneverkoissa. Optisten viestintälaitteiden nopeus ja tehokkuus ovat mullistaneet tiedonsiirron maailmanlaajuisesti. - Esimerkki: Kuituoptiset verkot käyttävät optisia viestintälaitteita valtavien tietomäärien siirtämiseen valon nopeudella, mikä varmistaa nopeat Internet-yhteydet.
3 . Mikroaaltolaitteet
Mikroaaltopuolijohdelaitteet toimivat erittäin korkeilla taajuuksilla (yli 1 GHz) ja niitä käytetään sovelluksissa, kuten tutka, langaton tietoliikenne ja satelliittilähetykset. Nämä laitteet voidaan luokitella:
- Erilliset mikroaaltouunit
- Mikroaaltouuniin integroidut piirit (IC)
- Mikroaaltomoduulit
Erilliset
mikroaaltolaitteet Erillisiä mikroaaltolaitteita, kuten Gunn-diodeja ja IMPATT-diodeja, käytetään korkeataajuisten mikroaaltosignaalien tuottamiseen ja vahvistamiseen. Nämä ovat välttämättömiä tutkajärjestelmissä ja langattomissa viestintätekniikoissa. - Esimerkki: Gunn-diodeja käytetään poliisitutkassa ajoneuvojen nopeuden mittaamiseen luomalla mikroaaltosignaaleja, jotka heijastavat liikkuvista kohteista.
Mikroaaltopiirit
Mikroaaltopiirit yhdistävät useita toimintoja, kuten signaalin generoinnin, vahvistuksen ja suodatuksen, yhdeksi siruksi. Näitä käytetään matkapuhelimissa, satelliittiviestintäjärjestelmissä ja sotilastutkajärjestelmissä. - Esimerkki: Matkapuhelimien mikroaalto-IC:t mahdollistavat suurtaajuisten signaalien lähettämisen ja vastaanoton, mikä varmistaa luotettavan langattoman viestinnän.
Mikroaaltouunimoduulit
Mikroaaltomoduulit ovat kokoonpanoja, jotka yhdistävät useita mikroaaltouunikomponentteja, jotka sisältävät usein sekä passiivisia että aktiivisia elementtejä, yhdeksi paketiksi. Näitä moduuleja käytetään monimutkaisissa viestintäjärjestelmissä, joissa tilansäästö ja korkea suorituskyky ovat tärkeitä. - Esimerkki: Satelliittitransponderit käyttävät mikroaaltomoduuleja signaalien vahvistamiseen ja lähettämiseen Maasta avaruuteen ja päinvastoin, mikä varmistaa selkeän ja keskeytymättömän viestinnän.
4. Anturit
Anturit ovat puolijohdelaitteita, jotka havaitsevat muutokset ympäristöolosuhteissa ja muuntavat ne sähköisiksi signaaleiksi. Anturit ovat ratkaisevan tärkeitä sovelluksissa autojen järjestelmissä, terveydenhuollossa, teollisuusautomaatiossa ja kulutuselektroniikassa.
- Esimerkki: Autoissa anturit havaitsevat parametrit, kuten lämpötilan, paineen ja nopeuden, toimittaen tärkeitä tietoja ajoneuvon ohjausjärjestelmille sujuvan toiminnan varmistamiseksi.
Anturityypit
- Lämpötila-anturit : Käytetään LVI-järjestelmissä lämpötilan valvontaan ja säätelyyn.
- Paineanturit : Käytetään teollisissa sovelluksissa havaitsemaan paineen muutoksia nesteissä tai kaasuissa.
- Läheisyysanturit : Käytetään kulutuselektroniikassa, kuten älypuhelimissa, tunnistamaan käyttäjän läheisyys ja säätämään automaattisesti toimintoja, kuten näytön himmennystä.
5. Integroidut piirit (ICs)
Integroidut piirit (ICs) ovat puolijohdelaitteita, jotka integroivat useita elektronisia komponentteja, kuten transistoreita, diodeja, kondensaattoreita ja vastuksia, yhdelle sirulle. Ne mullistavat modernin elektroniikan mahdollistamalla monimutkaisempia ja kompakteja malleja. IC:iden päätyyppejä ovat:
- Muistelmat
- Mikroprosessorit (MPU:t)
- Logiikkapiirit
- Analogiset IC:t
Muistelmat
Muistipiirit vastaavat tietojen tallentamisesta. Tämä sisältää haihtuvan muistin (kuten RAM-muistin) ja haihtumattoman muistin (kuten Flash-muistin). Nämä IC:t ovat välttämättömiä tietokoneissa, mobiililaitteissa ja kaikissa muissa järjestelmissä, jotka vaativat tietojen tallennusta.
- Esimerkki : Flash-muistikortteja käytetään USB-asemissa ja SSD-levyissä tietojen nopeaan tallentamiseen ja noutamiseen.
Mikroprosessorit (MPU:t)
Mikroprosessorit ovat modernin elektroniikan aivot ja ohjaavat tietokoneiden ja älypuhelimien toimintaa. Ne suorittavat aritmeettisia ja loogisia operaatioita, jolloin laitteet voivat suorittaa ohjelmia ja tehtäviä.
- Esimerkki : Intel Core -sarjan mikroprosessorit toimivat useimpiin tietokoneisiin ja kannettaviin tietokoneisiin, ja ne käsittelevät kaikkea web-selailusta monimutkaisiin laskelmiin.
Logiikkapiirit
Logiikkapiirit suorittavat Boolen operaatioita ja niitä käytetään laitteissa, jotka vaativat digitaalista päätöksentekoa. Ne ovat kriittisiä järjestelmissä, kuten digitaalisissa kelloissa, laskimissa ja monimutkaisemmissa digitaalisissa järjestelmissä, kuten tietokoneissa.
- Esimerkki : Logiikkapiiriä käytetään tietokonejärjestelmissä tietojen käsittelyyn ja prosessinhallintatehtäviin.
Analogiset IC:t
Analogiset IC:t käsittelevät jatkuvia signaaleja ja niitä käytetään äänenkäsittelyssä ja radiotaajuuksissa. Näitä IC:itä käytetään usein audiojärjestelmissä, radiolaitteissa ja antureissa.
- Esimerkki : Audiovahvistimien analogiset IC:t käsittelevät äänisignaaleja tuottamaan selkeän, vahvistetun ulostulon kodin äänijärjestelmissä.
6. Hybridi-IC:t
Hybridi-IC:t yhdistävät useiden puolijohdetekniikoiden edut integroimalla erityyppisiä komponentteja (kuten transistorit, vastukset ja kondensaattorit) yhdeksi moduuliksi. Nämä IC:t ovat ihanteellisia sovelluksiin, joissa vakiopiirit eivät täytä tiettyjä suorituskyky- tai suunnitteluvaatimuksia. Hybridi-IC:itä on kahdessa päämuodossa:
- Ohut kalvohybridipiirit
- Paksu kalvo hybridi-ICs
Ohut kalvohybridipiirit
Nämä IC:t käyttävät ohutta kerrosta johtavaa materiaalia, joka levitetään sputterointiprosessin kautta piirien muodostamiseen. Niitä käytetään usein korkeataajuisissa sovelluksissa ja ne ovat erittäin muokattavissa.
- Esimerkki : Ohuen kalvon hybridi-IC:itä käytetään ilmailujärjestelmissä, joissa pieni koko ja korkea luotettavuus ovat välttämättömiä.
Paksu kalvo hybridi-ICs
Paksukalvoiset IC:t käyttävät silkkipainatusta johtavan materiaalin levittämiseen. Niitä käytetään yleensä tehoelektroniikassa ja muissa sovelluksissa, joissa vaaditaan taloudellisuutta ja kestävyyttä.
- Esimerkki : Paksukalvoisia IC:itä käytetään autoelektroniikassa tehonjaon ja ohjauksen hallintaan.
PC Components Europesta löydät laajan valikoiman elektronisia komponentteja projekteihisi
Löydä laaja valikoima diodeja, transistoreita, tyristoreita, optisia laitteita, mikroaaltouunilaitteita, antureita, IC:itä, kondensaattoreita, vastuksia, liittimiä, tehomoduuleja ja releitä, jotka kaikki ovat saatavilla PC Components Europessa vastaamaan elektronisiin ja sähkömekaanisiin tarpeisiisi.
Jotkut komponenteista, jotka voit löytää PCE: llä:
- Diodit
- 1N4148 – Nopeasti kytkettävä diodi (yleinen käyttö)
- 1N5408 – Suurvirran tasasuuntaajadiodi
- BAS16 – Pinta-asennettava kytkentädiodi
- BYV27-200 – Nopeasti palautuva tasasuuntaaja
2. Transistori
- 2N2222 – Yleiskäyttöinen NPN-transistori
- 2N2907 – Yleiskäyttöinen PNP-transistori
- IRF540N – N-kanavainen
- BC547 – Pieni signaali NPN-transistori
3.Tyristorit
- BT136 – TRIAC vaihtovirtakytkemiseen
- 2N5060 – Silicon Controlled Rectifier (SCR)
- TYN612 – SCR keskitehoiseen kytkentään
- BTA41-600B – TRIAC suuritehoisiin sovelluksiin
4. Optiset laitteet (LED, valoilmaisimet)
- CREE-XTEAWT-00-0000-000000H51 – Tehokas valkoinen LED
- LDR-5530 – Valontunnistimen valoanturi
- SFH320 – fototransistori
- OSRAM-LW-W5SM – Valkoinen LED valaistukseen
5. Mikroaaltouunit
- MA4E1317 – GaAs-mikroaaltodiodi
- MRF947 - Mikroaaltotransistori
- MAAL-011078 – Mikroaaltovahvistin IC
- HMC630LP3E – MMIC GaAs (Microwave Monolithic Integrated Circuit)
6. Anturit
- MPX5010DP – Paineanturi
- TMP36 – Lämpötila-anturi
- HC-SR04 – Ultraäänietäisyysanturi
- BH1750 – Ympäristön valon tunnistin
7. Integroidut piirit (ICs)
- ATmega328P - Mikrokontrolleri IC (8-bittinen, AVR-sarja)
- LM358 – Kahden operaatiovahvistimen IC
- 74HC595 – Siirtorekisteri IC
- AD8232 – Sykemittausanturin IC
Napsauta tätä ja lue lisää markkinoiden 13 parhaasta mikro-ohjaimesta
8. Muistin IC
- W25Q64JVSSIQ – 64 Mt Flash-muisti
- AT24C256 – 256Kb EEPROM
- MT48LC16M16A2 – 256 Mt SDRAM
- IS25LP064A – sarjaväylämuisti (64 Mt)
9. Kondensaattorit
- C3225X7R1E106K250AB – monikerroksinen keraaminen kondensaattori, 10 µF
- EEU-FR1V102 – Elektrolyyttikondensaattori, 1000 µF, 35V
- B43504A5477M000 – Plug-in elektrolyyttikondensaattori, 470 µF, 450 V
10. Vastukset
- CRCW080510K0FKEA – SMD-vastus, 10kΩ, 1%
- RS1/4-1K – Hiilikalvovastus, 1kΩ
- Y ageo RC0402FR-071KL – 1kΩ SMD-vastus, 1 % toleranssi, 0402
- Vishay VR68000001005FA100 – Tarkkuuslankavastus, 100Ω
11. Liittimet
- TE 282836-4 – 4-asentoinen johto piirilevyyn
- Molex 39-30-3040 – 4-paikkainen otsikko
- JST XH-2P – 2-nastainen liitin
- Amphenol 97-3106A-14S-6 P – Pyöreä liitin
12. Tehomoduulit
- IRAMS10UP60B – Älykäs tehomoduuli (IPM), 600 V
- FOD8316 – IGBT:n optoerotin
- SPM3A60D – Moottorin tehomoduuli, 600V
- PM25CLB060 – IGBT-moduuli, 25A
13. Rele
- G2R-1-E-DC24 – Yleisrele, SPDT, 24V DC
- G6A-234P-ST-US-DC12 – Signaalirele, 12V DC
- HF115F – Tehorele, 12V DC, 30A
- Omron LY2-DC12 – 12V DC rele, DPDT
Puolijohdelaitteet ovat modernin tekniikan keskipisteessä
Ne mahdollistavat kaiken älypuhelimista avaruustutkimukseen. Erillisten laitteiden, optisten laitteiden, mikroaaltouunien, antureiden, IC:iden ja hybridi-IC:iden kuuden päätyypin ymmärtäminen auttaa sinua tekemään tietoisia päätöksiä valitessasi komponentteja suunnitelmiisi.
Kuten olet lukenut tästä artikkelista, jokaisella näistä laitteista on ainutlaatuiset ominaisuudet ja sovellukset, joten ne ovat välttämättömiä monilla eri aloilla.
Onko sinulla kysyttävää tai haluatko löytää tietyn puolijohdelaitteen?
Ota yhteyttä PC Components -tiimiin jo tänään!
Viitteet :
"Semiconductor Devices: Physics and Technology" by SM Sze
"Introduction to Semiconductor Devices", Kevin F. Brennan
Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation
