Transcript Elektronika
ELEKTRONIKA Elektronika je savremena tehnička disciplina koja se zasniva na korišćenju poluprovodničkih materijala, pomoću kojih je moguće realizovati najrazličitije elektronske komponente: diode, tranzistore, tiristore itd. Prava ekspanzija elektronike nastaje uvođenjem integrisanih kola (analognih i digitalnih). Osnovne osobine poluprovodnika Poluprovodnici su materijali čija se specifična otpornost nalazi između provodnika i izolatora. U elektronici najviše se primenjuju silicijum (Si) i germanijum (Ge). To su četvorvalentni elementi koji formiraju kristalnu strukturu. Poluprovodnici P i N tipa 1.Povećanje temperature: 1 – šupljina (p – broj šupljina); element. pozitivno naelektrisanje 2 – slobodan elektron, (n – broj sl.el.); Generacija – nastajanje para 1 i 2. Rekombinacija – proces popunjavanja šupljina slobodnim elektronima. n=p 2. Dodavanje primesa čistom silicijumu: Donori – atomi petovalentnih primesa, oni daju slobodne elektrone poluprovodniku. n p Akceptori – atomi trovalentnih primesa, oni stvaraju šupljine. p n Kod poluprovodnika struju obrazuju i elektroni i šupljine. Priključivanjem napona na krajeve poluprovodnika, u njemu se obrazuje električno polje koje uspostavlja kretanje šupljina u smeru polja i kretanje elektrona u suprotnom smeru, pa se struje sabiraju. P-N spoj P-N spoj je kristal poluprovodnika koji na jednom kraju ima visoku koncentraciju šupljina, a na drugom ima visoku koncentraciju elektrona. 1. Direktno polarisan P-N spoj - struje šupljina i elektrona su velike. 2. Inverzno polarisan P-N spoj - struje šupljina i elektrona su male. Poluprovodničke diode Poluprovodnička dioda je spoj poluprovodnika p i n tipa. Dioda ima dva priključka (pina), p priključak je anodni priključak (anoda), dok je n priključak katodni priključak (katoda). A K Oznaka poluprovodničke diode Karakteristika poluprovodničke diode Ukoliko je potencijal anode viši od potencijala katode, bar za napon praga provođenja diode, onda je dioda direktno polarisana, kroz diodu protiče struja i kaže se da dioda vodi. To je, tzv. propusni smer spoja. Ukoliko potencijal anode nije viši od potencijala katode, anoda je inverzno polarisana i kroz nju protiče struja veoma male jačine, koja se najčešće zanemaruje i kaže se da inverzno polarisana dioda ne vodi. Može se zaključiti da dioda ima usmeračko dejstvo, pošto električnu struju propušta samo u jednom smeru. Uobičajeni napon između anode i katode koja vodi je 0.6 V. vežba br.7 – Praktikum Id + Iz Uz Uz Ud - Iz Oznaka Zener diode Karakteristika Zener diode Ako je dioda polarisana u nepropusnom smeru, a napon izvora je dovoljno veliki, kod tankih p–n spojeva dolazi do proboja. Napon pri kome dolazi do proboja naziva se inverzni probojni napon. Kada dođe do proboja, napon na diodi ostaje skoro konstantan i ne zavisi od struje. Postoji posebna vrsta dioda koje su specijalno projektovane za rad u oblasti proboja, pri inverznoj polarizaciji. Ove diode se nazivaju Zener diode. Zbog osobine da napon nakon proboja ne zavisi od struje, Zener diode se koriste kao stabilizatori napona. Vrste dioda: Tunel dioda Šotki dioda Foto dioda LED dioda Tranzistori Vrste tranzistora: bipolarni i unipolarni. Bipolarni tranzistori mogu biti tačkasti i slojni. Slojni tranzistori imaju znatno bolje osobine, te se oni masovno koriste. Sastoje se od kompaktne celine dva pn spoja, tako da se između dve prelazne oblasti, dva pn spoja, nalazi poluprovodnički sloj zajednički za oba spoja. Ako je zajednički sloj od materijala tipa n, odnosno pnp spoj, bipolarni tranzistor je PNP tipa, dok je kod NPN bipolarnog tranzistora zajednički sloj od materijala p tipa. Zajednički sloj naziva se baza (B), a spoljni slojevi emitor (E) i kolektor (C). C E C B n p n B B p n p E E Strukturna i šematska oznaka NPN tranzistora E B C C Strukturna i šematska oznaka PNP tranzistora Postoje tri osnovna režima rada tranzistora: aktivni režim (sl.), režim blokiranja i režim zasićenja, (vežba br. 9 – Praktikum). Unipolarni tranzistori: struju stvaraju ili šupljine ili elektroni. Vrste: 1. FET – spojni tranzistori sa efektom polja 2. MOSFET – metal oksid poluprovodnički tranzistori. INTEGRISANA KOLA Integrisano kolo je kompletno elektronsko kolo određene namene i sastoji se od jednog malog kristala silicijuma na kome se nalaze tranzistori, diode, otpornici i kondenzatori, kao i njihove međuveze. Tendencija u razvoju integrisanih kola je da se dimenzije čipova smanjuju, a da se sve više elektronskih komponenata pakuje na svakom. To povećava njihov kapacitet, a smanjuje cenu (Moor-ov zakon - broj tranzistora se udvostručava svake druge godine). Podela integrisanih kola prema broju elektronskih komponenata koje se u njima nalaze: Složenost Broj elektron. komponenata Kola malog stepena integracije (SSI) manji od 12 Kola srednjeg stepena integracije (MSI) 12 to 99 Kola visokog stepena integracije (LSI) 100 to 9999 Kola vrlo visokog stepena integracije (VLSI) 10,000 to 99,999 Kola ultra visokog stepena integracije (ULSI) 100,000 i više Integrisana kola, prema vrsti signala koji se njima obrađuju, mogu biti: 1. Analogna: operacioni pojačavači, 2. Digitalna: logička kola, flip-flopovi, multiplekseri, mikroprocesori, mikrokontroleri. 3. Kombinovana: A/D konvertori, D/A konvertori. Operacioni pojačavači Operacioni pojačavač je standardna elektronska komponenta. Koristi se kao aktivni (pojačavački) element u izgradnji analognih računara, raznih tipova pojačavača, aktivnih filtara, raznih pretvarača i sl. 1 +V u1 + u2 _ + ui u1 uul 2 u2 i1=0 _ + i2=0 -V Idealni operacioni pojačavač ima sledeće karakteristike: • beskonačno veliko naponsko pojačanje • beskonačno veliku ulaznu otpornost • izlaznu otpornost jednaku nuli • Beskonačno širok propusni opseg • Idealni balans iiz + uiz ir(t) u1 u2 u3 . . . un R1 i1(t) R2 i2(t) Rr Rr i(t) 1 2 R _ uiz + + R3 i3(t) _ + + R uul1 uul2 uiz Rr Rn in(t) Kolo za oduzimanje – oduzimač Kolo za sabiranje sabirač iR C + uul 1 2 + 1 2 iC R R _ + + iC Kolo za diferenciranje – diferencijator uiz + uul iR 1 2 C _ + Kolo za integraljenje – integrator + uiz Logička kola Logičko I (AND) kolo Logičko NI (NAND) kolo Logičko ILI (OR) kolo Logičko NE kolo(invertor) Logičko NILI (NAND) kolo Ekskluzivno ILI (XOR) kolo TEST PITANJA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Definisati generaciju i rekombinaciju. Šta su to donori, a šta akceptori. Šta je to P-N spoj. Šematski prikazati direktno i inverzno polarisan P-N spoj. Kada se kaže da je dioda direktno polarisana, a kada da je inverzno polarisana. Nacrtati oznaku i karakteristiku Zener diode, čemu ona služi. Strukturna i šematska oznaka NPN i PNP tranzistora. Koji su osnovni režimi rada bipolarnih tranzistora. Šta su to integrisana kola. Podela integrisanih kola prema broju elektronskih komponenata. Podela integrisanih kola prema vrsti signala koji se njima obrađuju. Osobine idealnih operacionih pojačavača. Nacrtati šemu diferencijatora i integratora. Simbol i tablica istinitosti logičkog I i NI kola. Simbol i tablica istinitosti logičkog ILI i NILI kola. Napomena: za UI (usmeni ispit) svaki naslov na početku slajda je pitanje.