Dispozitive Electronice

Proprietăţi generale ale dispozitivelor electronice (DE)

Istoric

DE au apărut încă de la începutul secolului anterior. Primul dispozitiv a fost dioda cu vid

(Fleming 1904), apoi trioda cu vid (Lee de Forest1907), tetroda (Walter Schotkz 1916), pentoda etc.,

tubul cinescop (Sworikyn 1920).

Tuburile cu vid au fost utilizate inclusiv la construirea calculatoarelor numerice (în timpul şi

după al II-lea război mondial), însă nu s-au dezvoltat din cauza dimensiunilor şi puterii acestora.

După 1940 este inventată dioda semiconductoare. În 1947, la Bell Laboratoire, s-a realizat primul

tranzistor bipolar (TB), însă foarte puţin performant. Primele TB utilizate în aplicaţii s-au fabricat prin

tehnologia alierii, semiconductorul de bază era germaniu impurificat, controlat cu donori pentavalenţi

şi acceptori trivalenţi prin tehnologia alierii, fig.1

Fig.1

Evoluţia actuală a DE are la bază cercetările privind siliciul şi în mod deosebit proprietăţilor

dioxidului de siliciu. Acesta este un foarte bun izolator electric şi se comportă ca o mască excelentă

pentru difuzia în Si solid a atomilor donori şi acceptori, proprietate care stă la baza tehnologiilor

planare.

Au apărut TB cu Si , apoi TU- tranzistoare unipolare şi dezvoltarea tehnologiilor pe bază de

siliciu a condus ca astăzi într-un volum mic (un cip) de Si să se realizeze un număr foarte mare de

tranzistoare, de exemplu fig.2 pentru tranzistoare unipolare.

1.1 DE sunt elemente de circuit neliniare

Se ştie că un rezistor ideal conectat în circuit, are, între mărimile electrice v şi i de la terminale :

Fig.1.1

vR= R*iR, iR=G*vR, G=1/R, (1.1)

Orice DE sau componentă electrică poate fi caracterizată comportamental în circuit de funcţii de

forma i = f(v) sau v = f(i). Relaţiile de mai sus, pentru rezistorul ideal, au reprezentarea grafică sub

formă de dreaptă, exemplu în fig. 1.2:

Când caracteristicile i = f(v) (sau v = f(i)) ale dispozitivului sunt drepte atunci dispozitivul este

liniar; în caz contrar este neliniar.

Prin comparaţie cu rezistorul, dioda (fig. 1.3, fig. 1.4) are legătura curent-tensiune la terminale, iD

Ca şi dioda, tranzistoarele bipolare sunt caracterizate de funcţii i = i(v) exponenţiale deci sunt

dispozitive neliniare.

Tranzistoarele unipolare (TU) sunt de două categorii, TECMOS şi TECJ (tranzistor cu efect de

câmp metal-oxid semiconductor respectiv tranzistor cu efect de câmp cu joncţiuni). Acestea au funcţii i

= i(v) pătratice şi sunt de asemenea neliniare.

Dispozitivele neliniare în circuit au proprietatea de a distorsiona semnalele (semnale de ieşire au

forme de variaţie în timp diferite de cele de intrare –spectrele energetice sunt diferite).

Analiza şi proiectarea (sinteza) circuitelor cu DE este dificilă deoarece conduce la ecuaţii

transcendente. Calculatorul numeric calculează şi nu proiectează ; proiectantul trebuie să introducă

parametrii componentelor din circuit ca rezultate a unor calcule care, pentru operativitate se fac de

obicei manual. Depăşirea dificultăţilor de analiză (rapidă) de către proiectant se realizează prin

liniarizarea pe porţiuni a caracteristicilor neliniare ale DE. Modelele DE din programele de simulare pe

calculator sunt neliniare şi caracterizează mult mai real dispozitivele ( relaţiile de forma (1.2) sunt mult

mai complexe)