6 typer av halvledarenheter och deras tillämpningar

Olika typer av halvledarenheter driver produktionen av ett brett utbud av applikationer, från grundläggande prylar till de mest avancerade kommunikationssystemen. Genom att förstå deras funktioner kan vi välja rätt komponenter för alla typer av projekt eller applikationer.

Men vad är egentligen en halvledarenhet? I den här artikeln kommer vi inte bara att förklara vad det är, utan vi kommer också att gå igenom de sex huvudtyperna och lyfta fram deras respektive användningsområden med exempel.

Detta kommer att ge dig en överblick över hur dessa komponenter driver dagens teknik och hjälper dig att välja de som är bäst lämpade för dina projekt.

Läs vidare!

Vad är halvledarenheter?

Halvledarenheter är elektroniska komponenter gjorda av material som har en elektrisk ledningsförmåga som ligger mellan den hos en ledare (som koppar) och en isolator (som glas).
Dessa enheter styr flödet av elektrisk ström genom att dra fördel av de unika egenskaperna hos halvledare, såsom kisel eller germanium.
De är avgörande för modern elektronik och möjliggör förstärkning, omkoppling och energiomvandling i kretsar.
Kort sagt är halvledarenheter elektroniska delar som använder halvledare.

Vad är halvledare?

Halvledare är material med en elektrisk ledningsförmåga mellan ledare och isolatorer. Denna unika egenskap gör att de kan styra elektrisk ström på ett sätt som varken ledare eller isolatorer kan.
I en halvledarenhet kan små justeringar av spänning eller ström orsaka betydande förändringar i enhetens beteende, vilket gör dem idealiska för omkoppling, signalförstärkning och effektkontroll i elektroniska system. Dessa enheter är nödvändiga för allt från energihantering i hushållsapparater till komplex databehandling i datorer och smartphones.
Halvledarmaterialens förmåga att leda elektricitet förändras ofta genom att tillföra föroreningar, en process som kallas dopning, som skapar områden i materialet med olika elektriska egenskaper.

Dessa regioner tillåter halvledarenheter som dioder och transistorer att reglera strömmen, vilket gör dem avgörande i modern elektronik.

6 typer av halvledarenheter och deras tillämpningar

1. Diskreta enheter
   Diskreta halvledarenheter är individuella elektroniska komponenter med en enda funktion. Dessa är kritiska byggstenar i elektroniska system, som utför väsentliga operationer såsom omkoppling, förstärkning och likriktning. Några av de vanligaste diskreta enheterna inkluderar:

• Dioder
• Transistor
• Tyristorer
• Blanketter

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

• Dioder
  Dioderna de är envägs elektroniska ventiler som tillåter ström att flyta i endast en riktning. Deras vanligaste tillämpning är likriktning, det vill säga omvandling av växelström (AC) till likström (DC). De används i strömförsörjning, batteriladdare och signaldemodulering.
  • Exempel: I en strömkrets förhindrar dioder backströmmar och skyddar känsliga komponenter från skador.
• Transistor
  Transistorer de är viktiga för att förstärka och byta elektroniska signaler. Det finns två huvudtyper: bipolär övergångstransistor (BJT) och fälteffekttransistor (FET). BJT:er används ofta för förstärkning, medan FET:er mest används för att byta applikationer på grund av deras höga effektivitet.
  • Exempel: Transistorer finns vanligtvis i processorer, förstärkare och switchar. I en datorprocessor bearbetar transistorer binära data genom att agera som små omkopplare.
• Tyristorer
  Tyristorerna de är enheter som fungerar som bistabila omkopplare, som leder när deras grind tar emot en strömpuls och fortsätter att leda så länge de förblir framåtspända. De är särskilt användbara i högeffektsapplikationer som motorhastighetskontroller, ljusdimmer och tryckkontrollsystem.
  • Exempel: Tyristorer används ofta i kraftelektronik, till exempel i industrimotorer och växelströmskontrollsystem.
• Blanketter
  Moduler är sammansättningar av halvledarenheter, typiskt innehållande flera komponenter såsom dioder, transistorer och tyristorer, inrymda i ett enda paket. De används i applikationer där hög effekt och effektivitet krävs, såsom växelriktare och energiomvandlingssystem.
  • Exempel: Strömmoduler används i solväxelriktare för att omvandla DC-energi från solpaneler till AC-energi för hemmabruk.

2. Optiska enheter

Optiska halvledarenheter omvandlar elektriska signaler till ljus eller ljus till elektriska signaler. Dessa enheter är kritiska i kommunikationssystem, sensorer och displayteknik. Huvudtyperna av optiska enheter inkluderar:

• Ljusemitterande enheter (LED)
• Fotodetektorer
• Komposit optiska enheter
• Optiska kommunikationsenheter
  
  Lysemitterande enheter (LED)
  Lysdioder genererar ljus när en ström passerar genom dem, vilket gör dem mycket effektiva för belysnings- och displayteknik. Lysdioder används ofta för sin långa livslängd, energieffektivitet och miljöfördelar.
• Exempel: LED 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 avkänningstillämpningar, såsom kameror, optiska möss och solceller.
• Exempel: Fotodetektorer är en integrerad del av fiberoptiska kommunikationssystem, där de omvandlar ljussignaler till elektriska signaler.
  
  Komposit optiska enheter
  Kompositoptiska enheter kombinerar flera funktioner, såsom avkänning och utsändning av ljus, i ett enda paket. De är väsentliga i komplexa optiska system där utrymme och prestanda är nyckelfaktorer.
• Exempel: I optiska dataöverföringssystem kan sammansatta enheter skicka och ta emot ljussignaler, vilket säkerställer snabb och pålitlig kommunikation.
  
  Optiska kommunikationsenheter
  Dessa enheter överför data med hjälp av ljus. De är kritiska 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 . Mikrovågsenheter
Mikrovågshalvledarenheter arbetar vid mycket höga frekvenser (över 1 GHz) och används för applikationer som radar, trådlös kommunikation och satellitsändningar. Dessa enheter kan klassificeras i:

• Diskreta mikrovågsapparater
• Mikrovågs integrerade kretsar (IC)
• Mikrovågsmoduler
  
  Diskreta
  mikrovågsenheter Diskreta mikrovågsenheter, som Gunn-dioder och IMPATT-dioder, används för att generera och förstärka högfrekventa mikrovågssignaler. Dessa är väsentliga i radarsystem och trådlös kommunikationsteknik.
• Exempel: Gunn-dioder används i polisradar för att mäta fordons hastighet genom att generera mikrovågssignaler som reflekterar från rörliga föremål.
  
  Mikrovågs-IC:
  er Mikrovågs-IC:er integrerar flera funktioner, såsom signalgenerering, förstärkning och filtrering, till ett enda chip. Dessa används i mobiltelefoner, satellitkommunikationssystem och militära radarsystem.
• Exempel: Mikrovågs-IC i mobiltelefoner möjliggör överföring och mottagning av högfrekventa signaler, vilket säkerställer tillförlitlig trådlös kommunikation.
  
  Mikrovågsmoduler
  Mikrovågsmoduler är sammansättningar som kombinerar flera mikrovågskomponenter, ofta inklusive både passiva och aktiva element, till ett enda paket. Dessa moduler används i komplexa kommunikationssystem, där utrymmesbesparing 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 halvledarenheter som upptäcker förändringar i miljöförhållanden och omvandlar dem till elektriska signaler. Sensorer är avgörande för tillämpningar inom fordonssystem, hälsovård, industriell automation och konsumentelektronik.

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

Typer av sensorer

• Temperatursensorer : Används i HVAC-system för att övervaka och kontrollera temperatur.
• Trycksensorer : Används i industriella applikationer för att upptäcka tryckförändringar i vätskor eller gaser.
• Närhetssensorer : Används i hemelektronik, såsom smartphones, för att upptäcka användarens närhet och automatiskt justera funktioner som skärmnedbländning.

5. Integrerade kretsar (IC)

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

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

Memoarer

Minnes-IC är ansvariga för att lagra data. Detta inkluderar flyktigt minne (som RAM) och icke-flyktigt minne (som Flash-minne). 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:er för snabb datalagring och hämtning.

Mikroprocessorer (MPU)

Mikroprocessorer är hjärnan i modern elektronik och styr driften av datorer och smartphones. 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 IC:er utför booleska operationer och används i enheter som kräver digitalt beslutsfattande. De är kritiska i system som digitala klockor, miniräknare och mer komplexa digitala system som datorer.

• Exempel : Logiska IC:er används i datorsystem för att hantera datamanipulation och processkontrolluppgifter.

Analoga IC:er

Analoga IC hanterar kontinuerliga signaler och används i ljudbehandling och radiofrekvenser. Dessa IC:er används ofta i ljudsystem, radioutrustning och sensorer.

• Exempel : Analoga IC i ljudförstärkare bearbetar ljudsignaler för att producera tydlig, förstärkt utsignal i ljudsystem i hemmet.

6. Hybrid IC

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

• Hybrid-IC med tunna membraner
• Hybrid-IC med tjocka membraner

Hybrid-IC med tunna membraner

Dessa IC 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 : Hybrid-IC med tunna diafragma används i flyg- och rymdsystem, där kompakt storlek och hög tillförlitlighet är avgörande.

Hybrid-IC med tjocka membraner

Tjocka membran-IC:er använder screentryck för att applicera det ledande materialet. De används vanligtvis inom kraftelektronik och andra applikationer där ekonomi och robusthet krävs.

• Exempel : Tjocka membran-IC:er används i bilelektronik för att hantera kraftfördelning och kontroll.

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

Upptäck ett stort urval av dioder, transistorer, tyristorer, optiska enheter, mikrovågsenheter, sensorer, IC:er, kondensatorer, resistorer, kontakter, kraftmoduler och reläer, allt tillgängligt hos PC Components Europe för att möta dina elektroniska och elektromekaniska behov.
Några av komponenterna du kan hitta med PCE:

1. Dioder

• 1N4148 – Snabbväxlingsdiod (allmänt)
• 1N5408 – Högströmslikriktardiod
• BAS16 – Utanpåliggande kopplingsdiod
• BYV27-200 – Snabbåterställningslikriktare

2. Transistor

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

3.Tyristorer

• BT136 – TRIAC för växelströmsomkoppling
• 2N5060 – Silicon Controlled Rectifier (SCR)
• TYN612 – SCR för växling av medium effekt
• BTA41-600B – TRIAC för applikationer med hög effekt

4. Optiska enheter (LED, fotodetektorer)

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

5. Mikrovågsapparater

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

6. Sensorer

• MPX5010DP – Tryckgivare
• TMP36 – Temperaturgivare
• HC-SR04 – Ultraljudsavståndssensor
• BH1750 – Sensor för omgivande ljus

7. Integrerade kretsar (IC)

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

Klicka här och ta reda på mer om de 13 bästa mikrokontrollerna på marknaden

8. Minne IC

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

9. Kondensatorer

• C3225X7R1E106K250AB – Flerlagers keramisk kondensator, 10 µF
• EEU-FR1V102 – Elektrolytisk kondensator, 1000 µF, 35V
• B43504A5477M000 – Plug-in elektrolytisk kondensator, 470 µF, 450V

10. Motstånd

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

11. Kontakter

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

12. Kraftmoduler

• IRAMS10UP60B – Intelligent Power Module (IPM), 600V
• FOD8316 – Driver optokopplare för IGBT
• SPM3A60D – Motorkraftsmodul, 600V
• PM25CLB060 – IGBT-modul, 25A

13. Relä

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

Halvledarenheter är i centrum för modern teknik

De möjliggör allt från smartphones till rymdutforskning. Att förstå de sex huvudtyperna av diskreta enheter, optiska enheter, mikrovågsenheter, sensorer, IC:er och hybrid IC:er hjälper dig att fatta välgrundade beslut när du väljer komponenter för din design.

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

Har du frågor eller vill 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