- 1 - Tubics József K. P. K. P.

Átírás

1 - - Tubics József.A. CSOPORTOSÍTSA A KÉTPÓLUSOKAT ÉS ÉRTELMEZZE AZ EGYES CSOPORTOK JELLEMZŐ TULAJDONSÁGAIT! MAGYARÁZZA EL A NORTON ÉS A THEVENIN TÉTELT, MUTASSON PÉLDÁT ALKALMAZÁSUKRA! ISMERTESSE A GYAKORIBB R-C, R-L ÉS R-L-C KÉTPÓLUSOK JELLEMZŐIT! Kétpólusok: tetszőlegesen bonyolult villamos hálózat, amely két villamos csatlakozóponttal rendelkezik. Aktív (generátor jellegű) kétpólus: elektromos energia leadására képes. Passzív (fogyasztó jellegű) kétpólus: elektromos energiát csak felvenni képes. I I K. P. K. P. U U Aktív kétpólus Passzív kétpólus Aktív kétpólusok:. Ideális feszültséggenerátor: az R b 0, vagyis terhelőáram független kimeneti feszültség jellemzi. Az ideális feszültséggenerátor váltakozó áramú szempontból rövidzárnak tekinthető, mivel belső ellenállása 0. Helyettesítő képe Karakterisztikája 2. Valóságos feszültséggenerátor: egy ideális feszültséggenerátor és egy soros veszteségi ellenállás (R g ) kapcsolásából épül fel. Jellemző adatok: üresjárási feszültség (U ü U g ); rövidzárási áram (I r U g /R g ); belső ellenállás (R b R g ). Helyettesítő képe Karakterisztikája 3. Ideális áramgenerátor: jellemzője, hogy R b határérték. Az ideális áramgenerátor váltakozó szempontból szakadásnak tekinthető, mivel belső ellenállása végetlenül nagy. Helyettesítő képe Karakterisztikája 4. Valóságos áramgenerátor: egy ideális áramgenerátor és egy párhuzamos veszteségi ellenállás (R g ) kapcsolásából épül fel. A valóságos áramgenerátor jellemzői: üresjárási feszültség (U ü I g *R g ); rövidzárási áram (I r I g ); belső ellenállás (R b R g ).

2 - 2 - Tubics József Helyettesítő képe Karakterisztikája Passzív kétpólusok: a karakterisztika meghatározható, bármely összetartozó U-I értékből: tgαi/u. Soros RL kapcsolás: Passzív kétpólusok karakterisztikája 2 2 U + U R U L 2 U R I R X L U I L 2 Z R + 2 X L X L 2* π * f * L y ω U L U I ϕ U R x 2. Párhuzamos RL kapcsolás: 2 2 I + I R I L Y G + 2 B L G R B L X L Y Z

3 - 3 - Tubics József U ϕ I R x I L I y ω 3. Soros RC kapcsolás: U R I R X C U I C 2 Z R + 2 X C I U R x α U C U y ω 4. Párhuzamos RC kapcsolás: G I R U B C I C U Y I U 2 2 Y G + 2 B C 2 Y G + 2 B C Z G B C y ω I C I U α I R x

4 - 4 - Tubics József 5. Soros RLC kapcsolás: ( C ) L R U U U U ( C ) X L X R Z + ( C ) L R U U U U + 6. Párhuzamos RLC kapcsolás: ( L ) C R I I I I ( L ) B C B G Y + Forrás:

5 - 5 - Tubics József Thevenin tétel: bármely aktív kétpólus helyettesíthető egy valóságos feszültséggenerátorral. Elemeit úgy határozzuk meg, hogy kiszámítjuk a helyettesítendő kétpólus üresjárási feszültségét és eredő belső ellenállását. A meghatározott két adat megfelel a Thevenin generátor forrásfeszültségének és belső ellenállásának. Norton tétel: meghatározása úgy történik, hogy kiszámítjuk a helyettesítendő kétpólus rövidzárási áramát és eredő belső ellenállását. A meghatározott adatok megfelelnek a Norton generátor forrásáramának és belső ellenállásának.

6 - - Tubics József.C. MAGYARÁZZA MEG AZ ALÁBBI JOGI FOGALMAKAT: JOGI SZEMÉLY, MUNKAVISZONY LÉTESÍTÉSE ÉS MEGSZÜNTETÉSE, MUNKÁLTATÓ ÉS MUNKAVÁLLALÓ JOGAI ÉS KÖTELESSÉGEI, ÉRDEKEGYEZTETÉS! ÉRTELMEZZE A KOLLEKTÍV SZERZŐDÉS FONTOSABB TARTALMI ÖSSZETEVŐIT! Természetes személy: maga az ember, jogokat szerezhet és kötelezettségeket vállalhat Jogi személy: azok a szervezetek, amelyek meghatározott céllal jönnek létre; jogszabály vagy alapszabály szerint működnek; elkülönült vagyonnal rendelkeznek; jogok illetik meg; kötelezettséget vállalhat; kötelezettségeiért elkülönített vagyonával felel. Munkajog: a munkavégzéssel és a munkajogi problémákkal foglalkozó törvény, a munka törvénykönyve amely a Magyar Köztársaság alkotmányából van. - Mindenkinek joga van a munkához, a szabad munkavállaláshoz, és szabadon foglalkoztathat - Egyenlő munkáért mindenkinek megkülönböztetés nélkül egyenlő bér jár - Minden munkavállalónak joga van a jövedelemhez, amely arányos a munka mennyiségével és minőségével. - Mindenkinek joga van a szabadsághoz és a pihenéshez Külön törvény szabályozza a közalkalmazottak és a köztisztviselők által végzett tevékenységeket. A munka törvénykönyv egy általános leírások tára, a munkaviszony és a munkavállalásról. Az adott munkahelyeken a kollektív és a munkahelyi szabályzatok lesznek azok, amelyek a munkaadóra és munkavállalóra vonatkoznak. Ezek nem lehetnek ellentétesek a felsőbb jogszabályokkal, a munka törvénykönyvével. Érdekképviseletek alakulnak ki (szakszervezetek, üzemi tanács, üzemi megbízott). Munkaviszony létesítése: munkaviszony a munkáltató és a munkavállaló között munkaszerződéssel jön létre. 5 napnál hosszabb időtartamra írásbeli munkaszerződést kell kötni. Ez nem állhat ellentétben a munkatörvénykönyvvel és a kollektív szerződéssel, de tartalmát a felek határozzák meg. A munkaszerződés kötelezően tartalmazza: - A személyi alapbért, ami nem kevesebb a mindenkori minimálbérnél - A munkakört (azok a feladatok, amit köteles a munkavállaló elvégezni) - A munkavégzés helye - A munkába lépés napja - A munkaviszony minősítését (határozott vagy határozatlan idejű) A munka kezdetén létezik a próbaidő. Ha kikötik a munkaszerződésben, akkor ezen idő alatt bármelyik fél indoklás nélkül felbonthatja a szerződést. A próbaidő 30 nap, de nem haladhatja meg a 90 napot. A munkakör betöltésének feltételei: általában pályázattal történik. A közalkalmazásban lévő állások meghirdetése kötelező a Magyar közlönyben. Munkaviszony megszűnése: a munkavállaló halálával, a munkáltató jogutód nélküli megszűnésével (ebben az esetben végkielégítés jár a munkavállalónak), a határozott időtartamú munkaszerződés lejártával, a munkaviszony megszűnik. A munkaviszony megszűntethetésének négy csoportja: közös megegyezéssel, rendes felmondással, rendkívüli felmondással, azonnali hatállyal a próbaidő alatt.

7 Rendes felmondás: Tubics József - A munkavállaló részéről: indokolnia nem kell, nem jár neki végkielégítés - A munkáltató részéről: indokolni kell, világosan ki kell derülnie az oknak (létszámleépítés), végkielégítés jár a munkavállalónak Rendkívüli felmondás: akkor beszélünk róla, ha valamelyik fél kötelezettségeit szándékosan, vagy súlyosan gondatlanul elmulasztotta. - A munkavállaló részéről: ittasan jelenik meg a munkahelyén, nem tartja be a munkavédelmi szabályokat - A munkáltató részéről: nem a szerződésben leírt munkakörben foglalkoztatja a munkavállalót, nem biztosítja a munkavégzés feltételeit, nem fizeti ki a munkabért Másik feltétel, ha valamelyik fél olyan magatartást tanúsít, amely a munkaviszony fenntartását lehetetlenné teszi (zaklatás, alapvető magatartási szabályok sértése). Megvalósulás: mindkét esetben indoklás szükséges - Ha a rendkívüliség megállja a helyét, akkor a munkavállaló végkielégítést kap - Ha ezt a munkáltató teszi, akkor nem jár a végkielégítés és még kártérítést is követelhet. A kiváltó ok után 5 napon belül ezt a felmondást meg kell tenni, de legfeljebb 6 hónapon belül. Egy esetben nem évül ez el, ha bűncselekmény volt a kiváltó ok. Felmondási idő 30 nap, de az évet nem haladhatja meg. Végkielégítés függ a kollektív szerződéstől is. A munkaviszony megszűnése esetén kiadandó okmányok: - Az utolsó munkanapon ki kell fizetni a munkavállaló bérét, összes járandóságát - Igazolások: a munkaviszony megszűnéséről; igazolólap a munkanélküli járadék megállapításához; a személyi jövedelemadó bevallásához; társadalombiztosítási igazolás Kollektív szerződés: a munkaviszony létesítésével kapcsolatos törvényi szabályozó a Munka Törvénykönyve. Helyi szabályozó egy adott munkahelyen a kollektív szerződés. A kollektív szerződés a gazdasági szervezet és az érdekképviselet között jön létre, amelyet mindkét fél aláír. Kollektív szerződést minden gazdasági egységnek kötelező megkötni. A megkötött kollektív szerződés a gazdasági egységen belül mindenkire vonatkozik kivétel nélkül. A gazdálkodó és a munkavállaló jogait és kötelezettségeit tartalmazza, oly módon miként a Munka Törvénykönyve rendelkezik. Létrehozásának folyamata:. A munkáltató és az érdekképviselet felállítja a munkabizottságot 2. Megvitatják a kérdéseket és megalkotják a kollektív szerződést 3. A két fél aláírja 4. Ki kell függeszteni mindenki számára elérhető helyen A kollektív szerződés hatálya lehet határozott vagy határozatlan idejű. Kollektív szerződés részei: - Bevezető rész (általános dolgok)

8 - Általános rendelkezések Tubics József - A dolgozók részvétele a gazdálkodásban (érdekképviselet jogai) - A munkaviszonnyal kapcsolatos rendelkezések (létesítés, megszűnés) - A munkavégzéssel kapcsolatos előírások (munkára képes állapot, sajátságok, könnyítések) - A munka díjazása - Anyagi felelősség és kártérítés - Juttatások (szociális ellátások)

9 - - Tubics József 2.A. CSOPORTOSÍTSA A NÉGYPÓLUSOKAT ÉS ÉRTELMEZZE AZ EGYES CSOPORTOK JELLEMZŐIT! ISMERTESSE A NÉGYPÓLUSOK PARAMÉTERES EGYENLETRENDSZEREIT! ÉRTELMEZZE A NÉGYPÓLUSOK ÁTVITELI JELLEMZŐIT, AZ ABSZOLÚT SZINT FOGALMÁT! Négypólus: olyan tetszőlegesen bonyolult elektromos hálózat, amely 4 villamos csatlakozóponttal rendelkezik.. Aktív négypólusok: legalább egy aktív áramköri elemet tartalmaznak 2. Passzív négypólusok: csak passzív áramköri elemeket tartalmaznak 3. Lineáris négypólusok: minden áramköri elemük lineáris 4. Nemlineáris négypólusok: tartalmaznak nemlineáris áramköri elemeket is 5. Szimmetrikus né gypólusok: kimenetük és bemenetük minden következmény nélkül felcserélhető 6. Földszimmetrikus négypólusok: bemeneti ezzel egyidejűleg kimeneti kapcsaik minden következmény nélkül felcserélhetők Négypólus rajzjele Szimmetrikus négypólus Földszimmetrikus négypólus Négypólus paraméterei: egy négypólus meghatározottnak tekinthető, ha bemeneti és kimeneti feszültsége (U, U 2 ) és árama (I, I 2 ) ismert. A négypólusok paraméterei olyan állandók, amelyek segítségével a kimeneti és a bemeneti jellemzők közötti függvényrendszerek felírhatók. Ezek az egyenletrendszerek a négypólus karakterisztikus egyenletei.. Impedancia (z) paraméterek: u z * i + z2 * i2 u u 2 z * i + z + i z Bemeneti impedancia nyitott kimenet esetén i i2 0 u z 2 Átviteli (transzfer) impedancia nyitott bemenet esetén i2 i 0 u 2 z 2 Átviteli (transzfer) impedancia nyitott kimenet esetén i i2 0 u 2 z 22 Kimeneti impedancia nyitott bemenet esetén i2 i 0 2. Admittancia (y) paraméterek: i y * u y2 * u2 i i 2 y2 * u + y22 * u2 y Bemeneti admittancia rövidrezárt kimenet esetén u u2 0

10 - 2 - Tubics József i y 2 Átviteli (transzfer) admittancia rövidrezárt bemenet esetén u2 u 0 i 2 y 2 Átviteli (transzfer) admittancia rövidrezárt kimenet esetén u u2 0 i 2 y 22 Kimeneti admittancia rövidrezárt bemenet esetén u2 u 0 3. Hibrid (d) paraméterek: u h * i + h2 * u2 i2 h2 * i h22 * u2 u h Bemeneti impedancia rövidrezárt kimenet esetén i u2 0 u h 2 Feszültség visszahatás nyitott bemenet esetén u2 i 0 i 2 h 2 Áramerősítési tényező rövidrezárt kimenet esetén i u2 0 i 2 h 22 Kimeneti admittancia nyitott bemenet esetén u2 i 0 4. Inverz hibrid (d) paraméterek: i d * u d2 * i2 u 2 d 2 * u + d 22 * i2 i d Üresjárási bemeneti vezetőképesség ([d u ]S) i2 0 i d 2 Rövidzárási áramvisszahatás i2 u 0 u 2 d 2 Üresjárási feszültségerősítési tényező u i2 0 u 2 d 22 Rövidzárási kimeneti ellenállás ([d i 22 ]ohm) 2 u 0 Négypólusok átviteli jellemzői: - A bemeneti jel amplitúdó változását a négypólus erősítése határozza meg. Meghatározás szerint a feszültségerősítés (A u ) egy mértékegység nélküli mennyiség, u2 amely a kimeneti feszültség és a bemeneti feszültség hányadosával egyenlő: A u. u

11 - 3 - Tubics József - Ha a feszültségerősítés egységnyinél kisebb, akkor csillapításról van szó, és ezt a feszültségcsillapítás fejezi ki. A feszültségcsillapítás a feszültségerősítés reciprokával u egyenlő:. A u u 2 - A bemeneti és kimeneti áram nagysága közötti összefüggést, az áramerősítés fejezi ki: i2 A i. i - A feszültség és áramerősítés együttes hatását, a négypólus teljesítményerősítése fejezi ki. A teljesítményerősítés a kimenő teljesítmény és a bemenő teljesítmény hányadosa: P A p 2 Au * Ai P

12 - - Tubics József 3.A. ÉRTELMEZZE A FÉLVEZETŐ EGYKRISTÁLY TULAJDONSÁGAIT ÉS A SAJÁT VEZETÉS FOGALMÁT! ISMERTESSE A FÉLVEZETŐK SZENNYEZÉSÉNEK MÓDJÁT ÉS A SZENNYEZÉSES VEZETÉST! MAGYARÁZZA EL A P-N ÁTMENET MŰKÖDÉSÉT! A legfontosabb félvezető elemek a germánium ( Ge) és a szilícium ( Si). Atomjaik kovalens kötéssel kapcsolódnak egymáshoz. A kristályszerkezet minden egyes atomja megosztja négy vegyértékelektronját a szomszédos atomokkal úgy, hogy egy-egy elektronja a legközelebbi atom egyik elektronjával összekapcsolódva párt alkot. A kovalens kötések egy szimmetrikus tetraéderes szerkezet felépítéséhez vezetnek, amely a kristálynak erősséget és stabilitást biztosít. Az alapvető félvezető anyagokat (Ge, Si) az alapanyagokból, fizikai és vegyi tisztítás révén nyerik. A félvezető eszközök gyártására nagytisztaságú monokristályos (egykristályos) anyagokat használnak. A félvezetők saját vezetése: Az olyan félvezetőt, amelyben a szabad töltéshordozók kizárólag úgy jönnek létre, hogy egyes elektronok a v egyértéksávból a v ezetési s ávba ker ülnek, szerkezeti félvezetőnek nevezzük. A szilícium egykristály kristályszerkezetében minden elektront lekötnek a kovalens kötések. A szilárd halmazállapotú anyagokban az áramvezetés, csak szabad elektronok útján jöhet létre. Így tehát a szilícium egykristály ideális szigetelő lehetne. A valóságban ez csak T0 K esetén, vagyis abszolút nulla hőmérsékleten van így, mert nincs olyan energia, amely mozgásban tartaná az elektronokat. Amikor a hőmérséklet az abszolút nullapontból kiindulva emelkedni kezd, az anyagba jutott hőenergia révén szétbomlik egyegy kovalens kötés. Szobahőmérsékleten már Az elektronok és lyukak mozgása akkora a hőenergia, hogy számos vegyértékelektron kiszabadul a kovalens kötésből, s ez az anyag vezetőképességét megnöveli. A kiszabaduló elektron egy szétszakított kovalens kötést (elektronhiányt) hagy maga után, lyuk keletkezik. A lyuk egy negatív töltés hiányát jelenti, ezért a szomszédos elektronok egyikéből magához vonz egy elektront. Ez az elektron szintén lyukakat hagy maga után, vagyis elektromos tért hatására az elektron a pozitív, a lyuk pedig a negatív pólus felé mozog, vándorol. A szétszakadt kovalens kötésekből származó elektron és lyuk, elektron-lyuk p árt alkot és a l eírt folyamatot elektron-lyuk pár hőátadás révén történő (termikus) képzésének nevezik. A k ristályban minden szabályosság nélkül, véletlenszerűen mozgó elektron ha egy lyukkal t alálkozik, a s zétbomlott, hi ányzó k ovalens k ötés új ra l étrejön é s az e lektron é s az elektron, valamint a lyuk mint szabad töltéshordozó megszűnik. Az ilyen folyamatot rekombinációnak v agy ú jraegyesülésnek nevezzük. A félvezető anyagon belül mindig találunk az adott hőmérsékletre jellemző számú szabad töltéshordozó párokat. Ezek a hőhatással előidézett elektron-lyuk pár ok hoz zák l étre, a félvezető saját vezetését. A szerkezeti félvezetők saját vezetése, amely egyenesen arányos a termikus töltéshordozók számával, exponenciálisan növekszik a hőmérséklettel. A szennyezéses félvezetők tulajdonságai: A tiszta félvezetőket negatív hőmérsékleti tényezőjű (NTC-ellenállásként) alkalmazzák. A félvezető anyag vezetőképessége alacsony hőmérsékletfüggés mellett idegen atomokkal való szennyezéssel növelhető. Ha az i degen at om m int t öbblet s zorul b e a k ristály at omjai

13 - 2 - Tubics József közé, ak kor intersticiális szennyezésről, ha pe dig be i s é pül a r ácsszerkezetbe, a kkor helyettesítő szennyezésről beszélünk. A négy-vegyértékű Si és Ge kristályrácsba olyan atomok épülhetnek be, amelyek három vagy öt vegyértékelektronnal rendelkeznek. Az alapvető félvezetők esetén kéttípusú szennyezésnek van jelentősége: öt-vegyértékű szennyező atomok (foszfor, antimon, arzén, bizmut); három-vegyértékű szennyező atomok (bór, alumínium, indium, gallium). A szennyező atomok kiszorítják helyükről a félvezető kristály alapatomjait, de számos vegyértékelektronjuk nem alkot kovalens kötést a szomszédos atomokkal. A kristályban ezek a kötetlen elektronok vehetnek részt az áramvezetésben, ezért a szennyezett félvezető a hőmérséklettől függetlenül jól vezeti az áramot. N-típusú szennyezés: Feltételezzük, hogy egy Si-kristályba öt vegyértékelektronnal rendelkező szennyező atom (P - foszfor) épül be. A szennyező P atom négy elektronja részt vesz a szomszédos Si atomok elektronjaival létesített összeköttetésekben. Az ötödik elektron, amelyik nem tud rácskötést létrehozni, csak lazán kötődik atomtörzséhez és így már nagyon csekély energiaközelítéssel vezetési elektronná válik. Az öt-vegyértékű szennyezőatomok mindegyike tehát egy szabad elektront hoz létre a kristályban anélkül, hogy egyúttal lyuk is keletkezne, mivel hiányos kötés nem marad vissza. Ha a kristályban előforduló szabad elektronok száma sokkal nagyobb, mint a lyukak száma, akkor N-szennyezésű Si-ról beszélünk. Az ötvegyértékű foszfor atomot mivel elektront ad le donor atomnak, magát a szennyezést donorszennyezésnek is nevezzük. Az elektronokat ebben az esetben többségi töltéshordozónak, a l yukakat pedig kissebségi töltéshordozóknak nevezzük. P-típusú szennyezés: A szerkezeti félvezető anyagok vezetőképességének növelése három vegyértékű szennyezőatomok kristályrácsba való beépítésével is elérhető. A bóratom a Si-hoz hasonló nagyságú, és egy Si-atomot helyettesít a kristályrácsban. Ekkor csak három kovalens kötés jöhet létre, a negyedik kötésből hiányzó elektron helyén egy lyuk keletkezik. Már kis energiaközelítéssel is lehetővé válik, hogy valamelyik közeli atom egyik elektronja erre az üres helyre beugorjon és így saját helyét hagyja betöltetlenül hátra. A keletkezett lyuk másik elektron számára válik betölthetővé, és így a lyuk a szokásos módon vándorolhat a kristályba. A három vegyértékű szennyezőatomok a lyukak létrehozásával elektronokat vesznek fel, ezért akceptor vagy P-típusú szennyezőanyagoknak nevezzük őket. A félvezetőt P- szennyezettségűnek nevezzük. A P -típusú félvezetők esetében a lyukak a többségi, az elektronok kissebségi töltéshordozók. Áramvezetés a félvezetőkben: Homogén (egynemű) szennyezettségű félvezetőkben a töltéshordozók a rács-atomok külső elektronhéjával vagy más szabad töltéshordozókkal való ütközéseik miatti hőmozgás révén rendezetlenül, véletlenszerűen mozognak a kristályban. A töltéshordozók mozgásának félvezetőkben, a hőmozgáson kívül két oka lehet: a töltéshordozók változó koncentrációja; egy belső, vagy külső elektromos tér jelenléte. Az inhomogén szennyezettségű félvezetőkben a töltéshordozók mozgása nem véletlenszerű, hanem arra irányul, hogy egyenletesen kitöltsék a rendelkezésre álló teret. Az olyan töltéshordozó áramlást, amely koncentráció különbségből adódik, diffúziós ár amnak nevezzük. Az elektronok diffúziója következtében a félvezető kristály egyes részei között felborul az elektromos töltések egyensúlya, viszont az anyag egészében nézve elektromos szempontból semleges marad. Az elektromos töltéseloszlás változása olyan belső villamos

14 - 3 - Tubics József teret hoz létre, amelynek hatása a töltéshordozókat eredeti helyükre kényszeríti vissza. Ez a jelenség egy újabb elektromos áramot hoz létre, amelynek iránya a diffúziós áraméhoz képest ellentétes, de nagyságuk megegyezik. Ha a félvezető kristályban a töltéshordozók kitüntetett irányú mozgása külső vagy belső elektromos t ér hat ására j ön l étre, ak kor e zt az ár amot sodrási áramnak vagy driftáramnak nevezzük. A PN-átmenet működése: A félvezetőelemek felépítésében P-típusú és N-típusú rétegek egyaránt megtalálhatók. Ezek között a különböző elektromos vezetőképességű rétegek között, a szennyezőatomok eloszlásának változása lép fel. Ha ez a változás nagy távolságon jön létre, akkor a két szennyezett félvezető réteg viselkedése egymástól független. Abban az e setben v iszont, amikor a szennyezőatomok koncentrációjának változása a vezetés típusának megváltozásával egy maximálisan μm szélességű zónán jön létre, egy PN-átmenetet kapunk. Egy P és egy N-szennyezésű félvezető hasábból kialakítunk egy félvezetőt. Kezdeti időpontban a két réteg elektromosan semleges. Az N-réteg szabad elektronjait a kristályszerkezetben rögzített helyzetű és ötvegyértékű donor ionok töltése, a P-rétegben található lyukakat a három-vegyértékű akceptor ionok töltése semlegesíti. A két réteg közvetlen érintkezési felületénél a töltéshordozók koncentrációkülönbsége miatt bizonyos mértékű diffúzió indul meg: az N-szennyezésű rétegből elektronok diffundálnak az átmeneten keresztül a P- szennyezettségű rétegbe, a lyukak viszont a P-szennyezettségű rétegből átdiffundálnak az N- szennyezettségű rétegbe. Amikor az N-szennyezettségű rétegből diffundáló elektron áthalad az átmeneten, egy olyan tartományba kerül, ahol igen nagy a lyukak sűrűsége. A rekombináció valószínűsége olyan nagy, hogy az elektron, mint szabad töltéshordozó rövid idő alatt megszűnik. Hasonló körülmények közé kerül a lyuk is az N-szennyezettségű rétegben. Ily módon az átmenet környezetében a félvezető kristály töltéshordozókban elszegényedik és egy tértöltésű tartomány keletkezik, amelyet helyhez kötött donor-, illetve akceptor ionok alkotnak. Ez az N- réteg pozitív töltésű donorionjaitól, a P-réteg negatív akceptorionjai felé irányuló elektromos teret hoz létre. A többségi töltéshordozókból álló diffúziós áram nagysága az átmenet környezetében kialakuló erőtér gyors növekedésének hatására fokozatosan csökken. Az elektromos tér által átsodort kisebbségi töltéshordozók úgynevezett sodródási árama igen csekély. A többségi töltéshordozók további diffúziója a szomszédos területek felé megszűnik és kialakul egy energiaegyensúly, amely állandó szinten tartja az átmeneten a potenciálkülönbséget.

15 - - Tubics József 4.A. ISMERTESSE AZ EGY P-N ÁTMENETES FÉLVEZETŐ ESZKÖZÖK FIZIKAI FELÉPÍTÉSÉT ÉS MŰKÖDÉSÉT! CSOPORTOSÍTSA A FÉLVEZETŐ DIÓDÁKAT ALKALMAZÁSI TERÜLETEIK ALAPJÁN! RAJZOLJA LE A JELLEMZŐ KARAKTERISZTIKÁKAT ÉS ÉRTELMEZZE A FELHASZNÁLÁS SZEMPONTJÁBÓL FONTOS PARAMÉTEREKET! A félvezető dióda olyan elektronikai félvezető eszköz, a mely egy f ém-, ü veg- vagy műanyagtokba zárt kivezetésekkel ellátott PN-átmenetet tartalmaz. A rajzjel háromszögrésze a P-tartományt (anód) szimbolizálja, míg a függőleges vonalrésze az N- tartományt (katód). A PN-átmenet a rákapcsolt feszültség polaritásától függően nyitó-, vagy záróirányban működtethető. Nyitóirányú a félvezető dióda előfeszítése, ha a P tartomány az N-réteghez képest pozitív feszültséget kap, ellenkező polaritás e setében záróirányú előfeszítésről beszélünk. Ha a félvezető dióda nyitóirányú polarizálással van bekötve a dióda által képviselt ellenállás nagyon kis értékű. Záróirányú polarizálás esetén a dióda ellenállása igen nagy értékű. A dióda tehát nyitóirányban átengedi az elektromos áramot, záróirányban pedig lezárja, ezért a félvezető diódának egyenirányító hatása van. A félvezető dióda nyitóirányú előfeszítése (polarizálása): A dióda nyitóirányú előfeszítése esetén a tértöltési tartományban kialakult villamos térerősség (E 0 ) egy alacsonyabb E 0 -E F szintre gyengül, míg a potenciálgát értéke egy U D -U F értékre csökken. A nyitóirányú előfeszítés csökkenti a diffúziós feszültséget, amely megakadályozza a többségi töltéshordozók vándorlását. Kis nyitóirányú feszültség esetén (U F < 00mV) csak nagyon kis erősségű áram folyik, azaz a PN-átmenet még viszonylag nagy ellenállású. A feszültség növelése eleinte kis mértékű áramnövekedést eredményez, majd egy bizonyos feszültségszinttől (Si-diódánál 0,6V) nagyon erős áramnövekedés figyelhető meg. Ameddig a külső U F feszültség nem egyenlíti ki a diffúziós-feszültség értékét, a dióda árama a nyitófeszültség függvényében exponenciálisan nő. A nyitóirányú feszültséget tovább növelve, a dióda ellenállásként viselkedik és a karakterisztika lineáris jelleget mutat. Ha a külső feszültség értéke kompenzálja a diffúziós feszültség értékét, a belső potenciálgát megszűnik és a PN-átmenet ellenállásként viselkedik. A feszültség-áram karakterisztika U F > U D feszültségértékre gyakorlatilag lineárisnak tekinthető. A nyitóirányú áram értéke függ a hőmérséklettől, mivel a hőmérséklet

16 - 2 - Tubics József növekedésével a t ermikus t öltéshordozók s záma exponenciálisan nő, a dióda nyitóirányú karakterisztikája balra tolódik. A félvezető dióda záróirányú előfeszítése (polarizálása): A dióda záróirányú előfeszítése esetén a tértöltési tartományban kezdetben kialakult villamos térerősség (E 0 ) egy E 0 + E R szintre felerősödik, míg a potenciálgát értéke U D + U R értékre nő. A tértöltési zóna a félvezetőben a záróirányú feszültség függvényében kiszélesedik. A PN -átmeneten záróirányú polarizálása esetén nagyon kis értékű áram halad át, amelynek értéke független a rákapcsolt zárófeszültségtől. Ezt az áramot záróirányú áramnak vagy visszáramnak nevezzük. A záróirányú áram nagysága a hőmérséklet növekedésével exponenciálisan nő. Állandó hőmérsékleten nulla záróirányú feszültség esetén a visszáram is nulla. A kisebbségi töltéshordozók áramlása már igen kis záróirányú feszültség esetén megindul és a visszáram néhány tized voltnál telítésbe kerül. Az U R záróirányú feszültséget tovább n övelve a ka rakterisztikán eg y kr itikus f eszültségértéket ér ünk el ( U Z letörési feszültség), ahol a visszáram először kismértékben, majd rohamosan növekszik. A karakterisztikának ezt a szakaszát letörési tartománynak nevezzük. A gyors áramnövekedés két jelenség, általában együttes fellépésének tulajdonítható:. Zener-letörés: a kialakuló villamos tér erőhatása elektronokat szabadít ki a félvezető kristály kötéséből, amelyek szabad töltéshordozóként részt vesznek az áram létrehozásában. A Zener-letörés mindkét oldalon erősen szennyezett zónájú diódákban lép fel (Zener-diódák). 2. Lavinaletörés: ha a záróirányú feszültség túllép egy kritikus értéket (U ZK ), a félvezetőben jelenlevő szabad elektronok akkora mozgási energiára tesznek szert, hogy ütközéseik révén további elektronokat szabadítanak ki az atomi kötésekből. Ennek következtében lavinaszerű töltéshordozó-sokszorozás indul meg. A félvezető dióda teljes karakterisztikája: A félvezető diódák If(U) karakterisztikájának meghatározására alkalmas kapcsolásban alkalmazott feszültségforrás, változtatható kimeneti feszültséget kell biztosítson. A jelleggörbéből meghatározható a diódák ellenállása: egyenáramú ellenállás (R F U F / I F ); differenciális ellenállás (r F U F / I F ).

17 - 3 - Tubics József A dióda teljes karakterisztikáján négy különböző tartományt különböztetünk meg: I. Letörési ta rtomány: kis záróirányú feszültségváltozás hatására nagy áramváltozás következik be. Az egyenáramú- és differenciális ellenállás értéke gyakorlatilag nullának tekinthető. Az átmeneten átfolyó visszáram igen nagy értéket vehet fel, amelyet korlátozni kell. II. Zárási t artomány: a visszáram telítési jelleget mutat. Az egyenáramú- és differenciális ellenállás értéke nagyon nagy. A dióda egyenfeszültség és váltakozófeszültség esetén is szakadásként viselkedik. III. Nyitóirányú tartomány, exponenciális szakasza (U F U D ): a diódán átfolyó áram a nyitóirányú feszültség növekedésével exponenciálisan nő. A PN-átmenet egyenáramú ellenállása ugyanakkor egyre kisebb lesz. IV. Nyitóirányú ta rtomány, l ineáris s zakasza ( U F U D ): a diódán folyó áram minimális mértékben függ a nyitóirányú feszültség változástól. A dióda kis értékű elektromos ellenállásként viselkedik.

18 A félvezető diódák csoportosítása: Tubics József a. Egyenirányító di ódák: váltakozó áram egyenirányítására, azaz egyenárammá való átalakítására használják. b. Zener diódák: feszültségstabilizálásra és feszültséghatárolásra használják. c. Tűsdiódák: főleg híradástechnikában alkalmazzák magas frekvenciás detektorokban, frekvenciaváltó áramkörökben és kapcsoló áramkörök alkotóelemeként. d. Kapacitásdiódák: rezgőkörök feszültségvezérelt hangolására és frekvenciamodulációt megvalósító áramkörökben használják. e. Alagútdiódák: magas frekvencián alkalmazzák detektálásra, rezgéskeltésre és erősítésre. f. Schottky di ódák: gyorsműködésű digitális integrált áramkörök részegységeként alkalmazzák.

19 - - Tubics József 3. b 5.A. ISMERTESSE A ZENER DIÓDA MŰKÖDÉSÉT, ÉRTELMEZZE A KARAKTERISZTIKA ALAPJÁN LEGFONTOSABB JELLEMZŐIT! RAJZOLJA FEL A ZENER DIÓDÁS ELEMI STABILIZÁTOR KAPCSOLÁSI RAJZÁT ÉS MAGYARÁZZA EL MŰKÖDÉSÉT! ISMERTESSE A KAPACITÁSDIÓDA, A NAGYFREKVENCIÁS DIÓDA, A SCHOTTKY DIÓDA ÉS AZ ALAGÚTDIÓDA KARAKTERISZTIKÁJÁT, LEGFONTOSABB HASZNÁLATI JELLEMZŐIT! Zener-dióda működése: A Zener-diódák a PN-átmenet azon tulajdonságát használják ki, hogy közelítőleg állandó értékű a záróirányú feszültség a ki vezetései között, ha l etörési tartományban működik. Nyitóirányú működésük megegyezik a nor mális Si -diódákéval. Z áróirányban a PN-átmenet szennyezésétől függő U ZK Zener-feszültségig n agy e llenállást, a Z enerfeszültség el érése u tán ki s el lenállást kép viselnek. A Zener-dióda félvezető rétegeinek szennyezése erősebb, mint más diódák esetében, mivel a letörési feszültségszintet csökkenteni kell és megfelelően kis értékű differenciális ellenállás csak így érhető el. A le törési tartományban t apasztalható k is e llenállású ál lapot a Zener-hatás és lavinahatás (lásd: 4atétel) együttes következménye. Zener-dióda jelleggörbéje, tulajdonságai: I. Nyitótartomány: nyitó irányú polarizálás esetén a Zener-dióda karakterisztikája megegyezik egy közönséges Si-dióda karakterisztikájával (U D 0,7V). II. Zárótartomány: nagyon kis értékű zárási áram folyik, amely a diódának nagyon nagy záróirányú ellenállást biztosít. III. Könyöktartomány: ebben a tartományban kezdődnek meg a letörési jelenségek. Erősen szennyezett szilíciumdiódák letörési feszültsége 6V-nál kisebb, és a letörési mechanizmus alapja a Zener-letörés. Ha gyengébben szennyezett az átmenet, akkor a lavinaletörés lesz a fellépő jelenség. IV. Letörési tartomány: kis feszültségváltozás nagy áramváltozást eredményez. Ezek a változások határozzák meg a Zener-dióda, nagyon kis értékű r Z differenciális ellenállását. A differenciális ellenállás értéke a letörési tartományban meghatározza a Zener-dióda feszültségstabilizálási képességét. Minél kisebb a differenciális ellenállás, annál jobb a feszültségstabilizálási képesség.

20 - 2 - Tubics József 3. b Jelleggörbét jellemző mennyiségek: kis értékű záróirányú áramok esetén a feszültség erőteljesen változik az áram változásával, tehát a differenciális ellenállás nagy értékű, ezért a Z ener-dióda működési tartományának alsó határát egy, I Zmin minimális Z ener-áram határozza m eg. A fellépő áram értéke nem lépheti túl az I Zmax maximális Z ener-áram szintet a d ióda m aradandó k árosodása né lkül, ezért célszerű áramhatárolást alkalmazni, melyet legegyszerűbb egy ellenállással megvalósítani. Az U ZK jellemző Zener-feszültségen általában azt a feszültséget értjük, amely esetén egy meghatározott I ZK záróirányú ár am folyik. A m inimális (I Zmin ) és m aximális ( I Zmax ) Z ener-áram között elhelyezkedő jelleggörbe szakaszt működési tartománynak nevezzük. Zener-diódás elemi stabilizátor: A letörési tartományban működő Zener-dióda kis differenciális belső ellenállásán (r Z ), nagy áramváltozás mellett is csak kis feszültségváltozás jön létre. Az R előtét ellenállást (a bemeneti feszültségingadozásokat veszi fel) és a dióda típusát a következő szempontok szerint kell megválasztani:. I kimin és U bemax esetén, a diódán átfolyó áram a megengedhető maximum alatt legyen 2. Az I kimax és az U bemin együttes értéke mellett a dióda árama nullánál nagyobb legyen, mert így a dióda munkapontja a lineáris Zener-tartományban marad. A Zener-dióda munkapontja a bemeneti feszültségváltozástól függetleníthető, ha az R helyére áramgenerátort kapcsolunk. Ha a beállítás olyan, hogy I ki << I Z, akkor a munkapont állandó, legfeljebb I Z hőmérsékletfüggése miatt változhat csekély mértékben. Kapacitásdióda: A félvezető dióda tértöltési tartománya a diódával párhuzamosan kapcsolt kapacitásként viselkedik. Az átmenet két oldalán található különböző típusú töltéshordozók páronként elemi kondenzátorokat képeznek. Ezeknek az elemi kondenzátoroknak a párhuzamos kapcsolásából alakul ki az átmenet eredő kapacitása, melyet C s záróréteg-kapacitásnak nevezünk. A záróréteg-kapacitás a legtöbbször károsan befolyásolja a dióda működését, mivel magas frekvencián kicsi impedanciája rövidrezárja a PN-átmenetet, megszüntetve ennek egyenirányító tulajdonságát. A kapacitás diódák különleges felépítésű Si-diódák, amelyek feszültséggel szabályozható kapacitásként működnek. Éles PN-átmenet esetén a záróréteg-kapacitás a zárófeszültség négyzetének reciprokával egyenlő.

21 - 3 - Tubics József 3. b A kapacitásdióda rezgőkörök feszültségvezérelt hangolására és frekvenciademodulációt megvalósító áramkörökben szokták alkalmazni (TV vevőkészülék hangoló egysége). Nagyfrekvenciás dióda (tűsdióda): A záróréteg-kapacitás feszültségesése A félvezető alapanyagból (Ge, Si) kis lemezt készítenek, amelynek felületére egy rugós alakra hajlított hegyes huzalt (tűt) helyeznek és áramimpulzus segítségével összehegesztik a kristállyal. A huzal ötvözőanyagként megfelelő akceptoratomokat tartalmaz (Wolfram), amelyek az áramimpulzus hatására bekövetkező erős felhevülés során behatolnak az N-típusú félvezetőkristályba, és nagyon kis átmérőjű és mélységű P-típusú tartományt alakítanak ki. A tű hegye körül így alakul ki a mikro-átmenet. A tűs diódák nagy előnye, hogy az átmenet kicsiny felülete miatt igen kicsi a rétegkapacitása. Ezért alkalmas nagyfrekvenciás működésre is. A semleges rétegek soros ellenállása meglehetősen nagy, ezért karakterisztikája elég erősen eltér az ideálistól. A tűsdiódák egyik különleges típusa az aranytűs dióda, amely egyesíti a tűs és a rétegdióda előnyeit. Az aranytűs dióda MHz frekvenciahatárig alkalmazható. Főleg a híradástechnikában al kalmazzák m agasfrekvenciás de tektorokban, f rekvenciaváltó áramkörökben és kapcsoló áramkörök alkotóelemeként. Schottky-diódák: A Schottky-diódák egy fém-félvezető közötti átmenet tulajdonságait használják ki. Az N-szennyezettségű félvezető rétegre vékony aranybevonatot visznek fel a fém vákuumban történő párologtatásával. A f ém-félvezető felületen keresztül diffúziós folyamatok indulnak el, amelynek során az N-rétegből elektronok vándorolnak át a fémrétegbe. A diffúzió következtében a z érintkezési felület két o ldalán tértöltési-zóna é s e bben e gy potenciálgát alakul ki. A záróirányú áram értéke igen csekély. A Schottky-diódák nagyon magas frekvenciákig működnek kielégítően (GHz). Nyitóirányú feszültségesésük csupán 0,3 0,4 V. A gyakorlatban a gyorsműködésű digitális integrált áramkörök részegységeként alkalmazzák. Alagútdiódák: Az alagútdióda egy nagymértékben szennyezett P ++ N ++ -átmenetből áll. A félvezető rétegek erős szennyezése következtében, már kis záróirányú feszültségek esetén is kis ellenállású állapotba kerül. Nyitóirányú polarizálás esetén jelleggörbéjén egy negatív jelleggörbe-tartomány is kialakul (PV-szakasz). A jelleggörbe P és V pontja között a dióda differenciális ellenállása negatív előjelet vesz fel. Ezt a jelenséget nagyon előnyösen használják ki rezgőkörök csillapításának megszüntetésére. A megfelelő hatásfok el érése érdekében főleg magasfrekvencián ( 00 GHz) alkalmazzák detektálásra, rezgéskeltésre és erősítésre.

22 - 4 - Tubics József 3. b Alagútdióda jelleggörbéje

23 - - Tubics József 3. b 6.A.ISMERTESSE A BIPOLÁRIS TRANZISZTOROK FELÉPÍTÉSÉT ÉS MŰKÖDÉSI ELVÉT! RAJZOLJA FEL KARAKTERISZTIKÁIT, MAGYARÁZZA EL A KARAKTERISZTIKA MÉRÉSSEL TÖRTÉNŐ FELVÉTELÉNEK MENETÉT! JELLEMEZZE A TRANZISZTORT ALAPEGYENLETEIVEL, NÉGYPÓLUS-PARAMÉTEREIVEL! HELYETTESÍTŐ KÉP ALAPJÁN ISMERTESSE FREKVENCIAFÜGGŐ TULAJDONSÁGAIT! Felépítés, működési elv: A bipoláris tranzisztor háromelektródás eszköz amely három, egy kristályban kialakított N-P-N vagy P-N-P elrendezésű, szennyezett félvezető tartományból áll. Ennek megfelelően megkülönböztetünk N PN, i lletve P NP t ranzisztorokat. Az eg yes t artományok: e mitter ( E) töltéshordozókat k ibocsátó e lektróda; báz is ( B) vezérlő elektróda; kollektor (C) töltéshordozókat gyűjtő elektróda. NPN tranzisztor PNP tranzisztor Az emitter és kollektor megközelítőleg azonos szennyezettségű és mindkét típusú tranzisztornál erősebben szennyezett, mint a bázistartomány. A bázis alacsony szennyezettsége miatt a szabad töltéshordozók száma kicsi, ezért a bázisrétegnek kicsi a vezetőképessége. Normális működés esetén az emitter és a bázis közötti PN-átmenet vezetési irányban, a bázis és a kollektor közötti PN-átmenet pedig záró irányban kell üzemelnie. Kis jelű Si-tranzisztorok esetén az U BE 0,6 0,8V, az U CE 5 8V. NPN tranzisztor PNP tranzisztor A bipoláris tranzisztorok előfeszítése Az NPN és PNP tranzisztor elvi működése megegyezik. A PNP tranzisztor többségi töltéshordozói a lyukak, kisebbségi töltéshordozói az elektronok. Az NPN tranzisztorok esetén az e lektronok a t öbbségi t öltéshordozók, a l yukak p edig k isebbségi t öltéshordozóként viselkednek. A bázis-emitter átmenet nyitó irányú előfeszítése lehetővé teszi az emitter tartományban található lyukak rendezett mozgását (I E ). A bázistartomány kiürített rétegnek tekinthető a kollektor-bázis átmenet záróirányú előfeszítése, a bázisréteg kicsi szennyezettsége és vékonysága miatt. Ennek következtében a bázistartományba jutott lyukak elenyésző része rekombinálódik az itt található elektronokkal és létrehozza a kis értékű bázisáramot (I B ). Mivel a lyukak a bázistartományban kisebbségi töltéshordozónak számítanak, diffúzióval a kollektor tartományba áramlanak és létrehozzák a kollektor elektródán keresztül az I C áramot. A tranzisztor többségi töltéshordozói áramelágazást hoznak létre, melynek összetevői az emitteráram, a bázisáram és a kollektoráram. Az e mitteráram a k ollektor- és a báz isáram összegeként adódik: I E I B+ I C. A tranzisztorban létrejövő áramelágazást, egy árameloszlási

24 - 2 - Tubics József 3. b I C ic tényezővel fejezik ki: A egyenáram és α váltakozó áram esetén. A a tranzisztor I E ie nagyjelű, vagy egyenáramú áramerősítési tényezője, α pedig a kisjelű vagy váltakozó áramú áramerősítési tényezője. Számértékük közelítően megegyezik. A t ranzisztorokon há rom f eszültség l ép f el: a z U CE, a z U BE és az U CB feszültség. Kirchhoff második törvényének megfelelően: U CE U CB +U BE. A tranzisztort az U BE feszültség révén az I B bázisáram vezérli. Segítségével változtatható az emitterben áramló lyukak, illetve elektronok mennyisége, ami az emitter és a kollektoráram értékét meghatározza. Ha U BE 0 akkor, I B 0 és I C 0. Ekkor a kollektor és az emitter szakasz ellenállása nagy. Ha a báz is-emitter feszültség túllépi a bázis-emitter határréteg zárófeszültségét, megindul a bázisáram. Az U BE feszültség és az I B növelésével az I C kollektoráram nő és a kollektor-emitter szakasz e llenállása f okozatosan c sökken. A z U BE és I B adott é rtékén a tranzisztor te ljesen kivezérelté válik és a kollektor-emitter szakasz ellenállása eléri a legkisebb értékét. Tranzisztor karakterisztikái: A négypólusként ábrázolt tranzisztor egyértelműen jellemezhető a ki- és bemenetén fellépő feszültségekkel és áramokkal. A négy jellemzőt összekapcsoló függvények grafikus ábrázolása révén kapjuk a tranzisztor karakterisztikáit. Tranzisztor jelleggörbéi báziskapcsolásban: Báziskapcsolásban fellépő feszültségek és áramok, NPN tranzisztor esetén - Bemeneti j elleggörbék: a bemeneti karakterisztika az I E és az U BE közötti kapcsolatot ábrázolja, ha U CB biztosított. A jelleggörbe exponenciális változást mutat. - Kimeneti jelleggörbék: az I C és az U CB közötti kapcsolatot ábrázolja, különböző emitteráramoknál. A jelleggörbe megközelítően vízszintes egy adott I E értékre, tehát a kollektoráram nagyon kis mértékben függ a kollektor-bázis feszültség nagyságától. bemeneti jelleggörbe kimeneti jelleggörbék

25 Tranzisztor jelleggörbéi emitter kapcsolásban: Tubics József 3. b Emitter kapcsolásban fellépő feszültségek és áramok, NPN tranzisztor esetén - Bemeneti jelleggörbék: az U BE és az I B közötti kapcsolatot ábrázolja. Hasonló a nyitóirányú dióda jelleggörbéhez. - Kimeneti j elleggörbék: az I C és az U CE közötti viszonyt ábrázolja. Az egyes jelleggörbék meghatározott bázisáram értékekre érvényesek, amelyet a karakterisztika felvétele során állandó értéken kell tartani. bemeneti jelleggörbe kimeneti jelleggörbe Áramokra vonatkozó átviteli (transzfer) jelleggörbék: Ezt a jelleggörbét áramvezérlési jelleggörbének is nevezik. A kollektoráram és a bázisáram összetartozó értékeit adják meg, állandó U CE feszültségnél. Áramvezérlési jelleggörbék Tranzisztor alapegyenletei, négypólus paraméterei: Aktív működés közben folyó áramokra vonatkozó alapegyenletek: I E I C +I B ; I C A*I E +I CB ; I B (-A)*I E -I CB. Négypólus paraméterek (hibrid): u BE h ; i B u CE 0 ic h 2 ; i B u CE 0 ic h 22. u CE i B 0

26 - 4 - Tubics József 3. b hibrid paraméteres helyettesítő kép admittancia paraméteres helyettesítő kép Tranzisztor frekvenciafüggése: A belső kapacitások miatt a tranzisztor vezérelhetősége nagyfrekvenciás irányban romlik, ugyanakkora bemeneti áramváltozás kisebb kimeneti áramváltozást hoz létre, vagyis az áramerősítési tényezők nagyfrekvencián csökkennek. A váltakozó áramú helyettesítő kapcsolásban a csatoló kondenzátorokat közepes frekvencián, váltakozó áramú szempontból rövidzárnak tekintjük. Alacsonyabb frekvenciákon ezek a k ondenzátorok s zintcsökkenést okoznak, mivel frekvenciafüggő feszültségosztót alkotnak az őket terhelő ellenállással. A szintcsökkenés általában nem lehet nagyobb mint 3 db. C be Cki 2* π * f * 2* π * f *( r + R ) a ( r + R ) be g a ki t Bemeneti csatolókondenzátor áramköre Kimeneti csatolókondenzátor áramköre

27 - - Tubics József 3. b 7.A. CSOPORTOSÍTSA A TÉRVEZÉRLÉSŰ TRANZISZTOROKAT FELÉPÍTÉSÜK SZERINT, MAGYARÁZZA EL MŰKÖDÉSÜKET! KARAKTERISZTIKÁJUK ÉS HELYETTESÍTŐ KÉPÜK ALAPJÁN ÉRTELMEZZE JELLEMZŐIKET! SOROLJON FEL TIPIKUS ALKALMAZÁSOKAT! Felépítés, működési elv:. Záróréteges térvezérlésű tranzisztor ( JFET): a JFET csatornáját a félvezető térfogatában két záróirányban polarizált PN-átmenet határolja. Ezt a fajta tranzisztort N é s P c satornás v áltozatban k észítik. A csatorna két végére fémezéssel kapcsolt elektródák a D d rain és a z S s ource. A vezérlőelektróda a G gate. A JFET tranzisztor szerkezetét egy nagyon vékony gyengén szennyezett réteg alkotja, amely két erősen szennyezett, a csatornával ellentétes szennyezettségű félvezető réteg között helyezkedik el. Ha a csatorna két elektródájára feszültséget kapcsolunk (U DS ) és a gate elektróda feszültsége (U GS ) nulla, a két PN-átmenet záró irányú polarizálást kap. Az N -típusú csatornában a D dr ain e lektródától az S s ource e lektróda f elé ár amló e lektronok árama U GS 0 f eszültségnél a l egnagyobb, mivel e bben az e setben a c satorna szélessége m aximális. Ezen t ulajdonsága m iatt, a z áróréteges térvezérlésű tranzisztorokat önvezetőknek is nevezzük. Elvi felépítés Zárórétegek Minél nagyobb a zárófeszültség annál kisebb a vezetőréteg keresztmetszete, tehát az ellenállása is. A csatorna-ellenállás növekedése a csatornán folyó I D áram csökkenését eredményezi. A zá róréteg szé lessége a z U GS feszültség s egítségével vezérelhető. A szükséges vezérlőteljesítmény minimális értékű, mivel a kisebbségi töltéshordozók mozgásának eredményeképpen egy elhanyagolható nagyságú záróirányú áram folyik. Az U GS feszültségnek a vezérelhetőség biztosítása miatt N csatornás JFET esetén negatívnak, míg P csatornás eszköz esetén pozitívnak kell lennie. Az U DS feszültség N csatornás JFET esetén pozitív, P csatornás esetén negatív. 2. Növekményes ( önzáró) t ípusú M OSFET: a tranzisztor aktív része egy P-típusú, gyengén szennyezett Si alapkristályból áll, amelyet szubsztrátnak neveznek. Az alapkristályban kér erősen szennyezett N-típusú vezető szigetet alakítanak ki, amelyek csatlakozással ellátva a tranzisztor S source- és D drain-elektródáját alkotják. A kristály külső felületén termikus oxidációval nagyon jó szigetelő tulajdonsággal rendelkező szilícium-dioxid fedőréteget növesztenek, amelyen az S és D csatlakozások számára ablakot hagynak. A szigetelő rétegre vékony fémréteget visznek fel, ez lesz a gate vezérlőelektróda, amely ily módon elszigetelődik a kristálytól. Ha a gate elektróda szabadon van, bármilyen polaritású feszültséget kapcsolunk a drain é s a s ource k özé, a t ranzisztor zárva m arad, az az ne m f og ár am folyni a k ét

28 - 2 - Tubics József 3. b kivezetés között. A gate-elektródára pozitív feszültséget kapcsolva a source-hoz képest a szubsztrátban elektromos tér keletkezik. A külső elektromos tért hatására a szubsztrátban található elektronok közvetlenül a SiO 2 szigetelőréteghez vándorolnak, és az S és D elektróda között egy N-típusú vezetőcsatornát alkotnak. Az I D drain áram megindul. A csatorna vezetőképessége az U GS feszültséggel szabályozható. Elvi felépítés Rajzjel A MOSFET tranzisztornak az a j ellegzetessége, hogy U GS 0 feszültségnél le van zárva, ezért nevezik önzáró tranzisztornak. A növekményes elnevezés arra utal, hogy a csatorna elektrondúsulás révén keletkezik. 3. Kiürítéses (önvezető) típusú MOSFET: ha az SiO 2 szigetelőréteg alatti szubsztrátban gyenge N-típusú szennyezést valósítanak meg, akkor vezetőképes összekötés lép fel az S é s D között ané lkül, hogy a gat e-elektródára f eszültséget k apcsolnánk. Az ilyen felépítésű tranzisztort önvezető MOSFET-nek nevezik. Az önvezető MOSFET esetén I D 0, ha U GS 0. Vezérlése mind pozitív, mind negatív gate-feszültséggel lehetséges. Két üzemmódban működhet: - Dúsításos ü zemmód ( U GS >0): a pozitív gate-feszültség a csatorna elektronokkal való feldúsulásához és nagyobb vezetőképességhez vezet. - Kiürítéses ü zemmód ( U GS <0): a negatív gate-feszültség a csatorna elektronokban való elszegényedéséhez és vezetőképességének csökkenéséhez vezet. Elvi felépítés Feszültségviszonyok A működés elvek érvényesek a P csatornás típusra is, ha megfordítjuk az alkalmazott feszültségek polaritását. Karakterisztikák:. JFET: mivel a bemeneti vezérlőáram gyakorlatilag 0-nak tekinthető, nem határozható meg bemeneti jelleggörbe. Az átviteli jelleggörbe esetén az U GS feszültségtartomány negatív. Azt a z U GS feszültséget, a melynél a z I D nulla, U p elzáródási feszültségnek nevezik. A kimeneti jelleggörbék, egyenként egy adott U GS feszültség mellett érvényesek. Megfigyelhető, hogy az U DS feszültség növekedésével nő az I D. Az U DS U k (könyökfeszültség) feszültségértéknél a cs atorna ker esztmetszete a d rain kö zelében eléri m inimumát, és ennek kö vetkeztében a f eszültség t ovábbi n övelése n em befolyásolja I D értékét, amely elér egy telítési értéket. A kimeneti karakterisztikát két tartományra osztjuk:

29 - 3 - Tubics József 3. b - Elzáródás mentes tartomány (U DS U k ): kis értékű U DS feszültségnél I D közelítően egyenesen arányos az U DS feszültséggel. - Elzáródásos tartomány (U DS >U k ): a tranzisztor drain árama csak az U GS feszültség függvénye. Átviteli jelleggörbe Kimeneti jelleggörbe Jellemző adatok: - Egy P munkapontra vonatkoztatva a JFET meredekségét (S), az átviteli I D jelleggörbe meredekségével definiáljuk: S U GS U DS állandó - Az I D áram, U DS -től való függését a differenciális kimeneti ellenállás U DS (r DS ) határozza meg: rds I D UGS állandó - A bemeneti ellenállás (r GS ) nagyon nagy és közelítőleg állandó értéket képvisel 2. Növekményes M OSFET: az I D áram c sak ak kor j elenik m eg, ha az U GS feszültség túllép egy határértéket, amely ahhoz szükséges, hogy az elektrondúsulás nagysága a csatornában megfelelő értéket érjen el és kialakuljon a vezető híd. Az U DS feszültéség növelésével a z I D áram eg y t elítési ér téket ér el. Ez a jelenség a gate és a drain közelében lévő csatorna potenciálkülönbségének csökkenésével magyarázható, amely a csatorna elektronokban való szegényedéséhez vezet. Átviteli jelleggörbe Kimeneti jelleggörbe Jellemző adatok: - Az átviteli jelleggörbe S meredeksége egy P munkapontban a MOSFET I D vezérlési tulajdonságát jellemzi: S U GS U DS állandó

30 - 4 - Tubics József 3. b - A kimeneti jelleggörbe meredeksége egy P munkapontban az eben a pontban érvényes, r DS differenciális kimeneti ellenállást adja meg: U DS rds I D UGS állandó 3. Kiürítéses MO SFET: U GS 0V feszültségen egy bizonyos értékű I D áram folyik. Ha U GS >0, akkor a csatorna vezetőképessége és az I D nő. A kimeneti jelleggörbék magasabban helyezkednek el. Ha U GS <0, akkor a csatorna vezetőképessége és az I D csökken. A kimeneti jelleggörbék alacsonyabban helyezkednek el. Átviteli jelleggörbe Kimeneti jelleggörbe Helyettesítő kép: admittancia paraméterek source és drain kapcsolásokra vonatkozóan i G y s 0 u u u2 0 GS u DS 0 i G y 2 2s 0 u2 u u 0 DS u GS 0 i ig y y d 0 u GS u DS 0 i ig y y 2d 0 u DS u GS 0 i 2 y 2 u u2 0 id y 2s u GS u DS 0 y 2d i u D GS u DS 0 i 2 y 22 u2 u2 0 id y 22s u DS u GS 0 y 22d i u D DS u GS 0 Inverz hibrid helyettesítő kép Admittancia helyettesítő kép

31 - 5 - Tubics József 3. b

32 8.A. - - Tubics József 3. b ISMERTESSE A NÉGYRÉTEGŰ DIÓDA, A KÉTBÁZISÚ DIÓDA, A DIAC FELÉPÍTÉSÉT, MŰKÖDÉSI ELVÉT ÉS HASZNÁLATI JELLEMZŐIT! MAGYARÁZZA EL A TIRISZTOR ÉS A TRIAC MŰKÖDÉSÉT, RAJZOLJA FEL KARAKTERISZTIKÁJUKAT ÉS ÉRTELMEZZE LEGFONTOSABB JELLEMZŐIKET! SOROLJON FEL ALKALMAZÁSI PÉLDÁKAT! Felépítés, működési elv:. Négyrétegű dióda: szilícium alapú eszköz, amely négy egymás után kapcsolódó PNPN félvezető rétegből áll, három váltakozó irányú PN-átmenetet alkotva. Elvi felépítés Áramköri jelölések A három PN-átmenet mindegyike egy-egy diódát alkot, amelyeket D, D 2 és D 3 jelöl. A négyrétegű dióda anódja (A) erősen szennyezett P réteg, katódja (K) erősen szennyezett N réteg. A kö ztes r étegek s zennyezettsége l egalább két n agyságrenddel kisebb, ami záróirányban kis visszáramot és nyitóirányban nagy billenési feszültséget (U B ) eredményez. 2. Tirisztortetróda: olyan négyrétegű tirisztor szerkezet, amelynek anódoldali és katódoldali kapuelektródáját is kivezették. Működésének jellegzetessége, hogy gyújtása illetve o ltása m indkét vezérlőelektródáján keresztül kiváltható. Rajzjel 3. DIAC: kétirányú, félvezető kapcsolóeszköz. Két stabil üzemi állapota van, egy nagy ellenállású állapot, amelyet zárási vagy blokkolási állapotnak is neveznek és egy kis ellenállású állapot, amelyet vezetési állapotnak is neveznek. A vezetési állapotba való átmenet a rákapcsolt feszültség polaritásától függetlenül egy meghatározott U B0 feszültségnél, az áttörési feszültségnél következik be. Kétirányú dióda Kétirányú tirisztordióda A DIAC alkalmazásai: a triac vezérlésére dolgozták ki. Leginkább érintkező nélküli kapcsolóelemként alkalmazzák. 4. Tirisztor: megegyezik a négyrétegű dióda felépítésével azzal a különbséggel, hogy egy további kivezetéssel, vezérlőelektródával rendelkezik. Két stabil üzemi állapotuk van: eg y nagy- és e gy k is e llenállású á llapot, am elyek k özött az át kapcsolás a vezérlőelektródán keresztül valósítható meg. Az elektródák elnevezése: anód (A); katód (K); vezérlőelektróda, vagy kapu (G). A vezérlőelektróda csatlakozási pontjától függően megkülönböztetünk, P vez érelt va gy katódvezérlésű tirisztorokat, é s N vezérelt vagy anódvezérlésű tirisztorokat.