Electronică analogică - curs 1-6

In cadrul disciplinei de Electronica Analogica se vor preda cunostintele de baza pentru

intelegerea si utilizarea circuitelor electronice. Acestea formeaza partea constructiva (HARD) a

echipamentelor complexe utilizate în conducerea si supravegherea proceselor tehnologice, în

comanda actionarilor electrice si electromecanice, în structura aparaturii electrocasnice, etc.

Circuitele electronice sunt realizate folosind componente electronice active, pasive si

componente de conectica si legatura.

COMPONENTE ACTIVE: Se bazeaza pe 3 materiale semiconductoare: Ge, Si si GaAs.

SEMICONDUCTORUL: Un element tetravalent cu 4 electroni de valenta pe orbita finala.

În tendinta atomului de a fi stabil în timp si deci neutru din punct de vedere electric

semiconductorul se structureaza într-o retea cristalina cubica cu fete centrate. Astfel fiecare atom

are în jurul sau 4 atomi cu care conlucreaza asfel încat sa realizeze 8 electroni pe ultimul nivel

energetic. Aceasta legatura dintre 2 atomi prin care fiecare atom pune în comun câte un electron

se numeste legatura covalenta. (La 0° C absolut semiconductorul este neutru din punct de vedere

electric; nu prezinta purtatori de sarcina mobili în masa cristalului). La temperatura mediului

ambiant 20°C unii electroni din masa cristalului primind energie din exterior (termica) pot

depasi nivelul limita prin care electronul se poate rupe din legatura covalenta – apare electronul

ca purtator de sarcina negativa si golul legatura covalenta (nesatisfacuta,incompleta) ca purtator

de sarcina pozitiva.

Aceasta pereche de purtatori nu e de dorit în functionarea dispozitivelor si cu cât formarea

lor este mai greoaie cu atât dispozitivul este mai bun.

Perechea electron – gol astfel formata poarta denumirea de purtatori de sarcina minoritari.

Prin introducerea unui atom de impuritate pentavalenta în structura cristalina aceasta va

pune 4 electroni de pe stratul de valenta pentru formarea a 4 legaturi covalente cu 4 atomi

tetravalenti învecinati iar un electron devine liber. El poarta numele de purtator de sarcina

majoritatar negativ n. Atomul pentavalent este o substanta donoare (impuritate donoare) iar

semiconductorul obtinut va fi de tip n.

Similar, prin introducerea în masa cristalului a unui atom trivalent – 3 electroni, pe stratul

de valenta acesta poate realiza legaturi covalente cu 3 atomi învecinati al patrulea atom având o

legatura covalenta nesatisfacuta – gol de electroni. Atomul trivalent este o impuritate acceptoare

iar semiconductorul obtinut este de tip p.

Numarul de purtatori de sarcina depinde de numarul de atomi impuritate (tri sau

pentavalenti) injectati în masa cristalului semiconductor.

Acele dispozitive electronice ce folosesc în functionare ambii purtatori de sarcina se

numesc dispozitive bipolare. Daca în functionare se utilizeaza un singur tip de purtatori de

sarcina dispozitivele se numesc dispozitive unipolare.

Primele dispozitive electronice au avut la baza principiul jonctiunii între doua regiuni

(semiconductoare) alternante  jonctiunea p-n.

1.1.JONCTIUNEA p-n

Prin jonctiune se întelege zona de trecere de la semiconductorul de tip p la semiconductorul

de tip n în aceeasi retea cristalina continua.

Se considera un semiconductor în care s-au creat doua regiuni semiconductoare alternante

învecinate. Fie Na = Nd – numarul impuritatilor donoare si respectiv acceptoare;

lp; ln – parcursul liber mijlociu al purtatorilor majoritari de tip p si respectiv n (drumul

mediu parcurs de un gol în semiconductor de tip n pâna la neutralizarea lui).

ZT= ln + lp= zona de trecere

EB = câmp de bariera

p n

ln lp

EB

El

Er

El

Er

(1)

(2)

A

(Anod)

C

(Catod)

(p)

(n)

ANOD – Terminalul legat la zona p

CATOD – Terminalul legat la zona n

VB = tensiune de bariera

De îndata ce jonctiunea este formata, o parte din

electronii liberi din zona de tip n traverseaza jonctiunea si

ocupa o parte din golurile din zona de tip p. Migrarea

electronilor are ca efect ca, în proximitatea jonctiunii în zona

de tip n ramâne o sarcina fixa pozitiva, în timp ce în zona de

tip p se formeaza o sarcina negativa fixa. Aceste sarcini

spatiale fixe determina la nivelul jonctiunii o bariera de

potential, care la echilibru se opune migrarii în contiunare a

electronilor.

Este important ca bariera de potential poate fi

controlata prin tensiunea aplicata din exterior. Astfel daca

tensiunea VAC aplicata din exterior are plusul la zona de tip p

si minusul la zona de tip n câmpul exterior Ee va fi de sens

opus câmpului de bariera EB . Daca | Ee | > | EB | câmpul

rezultant Er va fi sinfazic cu Ee . Bariera de potential scade

si prin jonctiune apare un curent de conductie IA care creste cu cresterea tensiunii aplicate din

exterior. Se spune ca jonctiunea este polarizata direct .

În cazul în care Ee si EB au acelasi sens are loc o crestere