Dispozitive și Circuite Electronice 1

Introducere

Corpurile solide au o structura cristalina cu atomii si moleculele distribuite într-o retea regulata, în

care unitatea structurala (cub, tetraedru, etc.) se repeta periodic. Atomii situati în nodurile retelei cristaline

sunt legati între ei prin electronii de valenta. Din punct de vedere electric, corpurile solide se împart în trei

mari grupe:

-conductoare

-semiconductoare

-izolatoare

Aceasta clasificare are la baza valoarea conductivitatii electrice masurata la temperatura

camerei.La aceasta temperatura se obtin urmatoarele valori pentru conductivitate electrica:

(108 106)( )1 Ã = ÷ ©m  la materialele conductoare

(105 10 9)( )1 Ã = ÷  ©m  la materialele semiconductoare

(10 9)( )1 Ã =  ©m  la materiale izolatoare

Dispozitivele electronice sunt acele componente ale circuitelor electronice a caror comportare se

bazeaza pe controlul miscarii purtatorilor de sarcina în corpul solid, în gaze sau în vid. Aproape toate

dispozitivele electronice folosesc conductia în corpul solid, de regula în semiconductoare. Prin controlul

mitcarii purtatorilor de sarcina se întelege fie controlul injectiei de purtatori de sarcini, fie controlul propriuzis,

care se poate exercita prin câmpul electric care apare datorita unei diferente de potential. Controlul

marimii curentului electric se poate realiza si prin efectul unui flux luminos (fotoni) asupra numarului de

purtatori de sarcina dintr-o anumita zona a dispozitivului electronic , care este cazul particular al

dispozitivelor optoelectronice

Circuitele electronice sunt de fapt circuite electrice care utilizeaza dispozitive electronice pentru

realizarea unor functii cum ar fi:

-amplificarea, generarea unor oscilatii armonice, redresarea tensiunii alternative, stabilizarea

tensiunii, modulare/demodulare

Functiile electronice pot fi asociate la doua categorii mari de aplicatii: -controlul si conversia

energiei, -prelucrarea sau transmiterea semnalelor electrice purtatoare de informatii

Dispozitivele electronice pot fi privite ca elemente ale circuitelor electronice,

ca urmare marimile care apar la bornele acestora sunt tensiuni electrice si

curenti electrici. La dispozitivele mai simple cu doua borne, caracterizarea se

face prin legatura care exista între tensiunea aplicata si curentul rezultat, de

exemplu ca pe figura alaturata:

Dependenta poate fi o caracteristica statica sau una dinamica daca apare

posibilitatea stocarii energiei electrice de catre dispozitivul electronic.

La dispozitivele cu trei sau mai multe borne descrierea se poate face prin

relatiile care exista între patru marimi electrice: doi curenti si doua tensiuni ,

deoarece al treilea curent se obtine în functie de ceilalti doi.

Caracteristicile statice ce descriu complet functionarea acestui dispozitiv cu trei borne sunt doua

functii de doua variabile, de exemplu

( )1 1 1 2 i = i u ,u ( , ) 2 2 1 2 i = i u u

Este interesant de remarcat ca în majoritatea cazurilor proprietatile de interes ale dispozitivelor

electronice pot fi descrise cu referire la caracteristicile statice.

Germán Zoltán Dispozitive electronice1 – curs partea I

4

O prima proprietate a dispozitivelor electronice este caracterul lor neliniar. Toate dispozitivele

electronice au caracteristici statice neliniare. Caracteristica statica a diodei semiconductoare, de exemplu,

permite redresarea unui semnal alternativ.

O a doua proprietate este caracterul parametric al unor dispozitive electronice. Un anumit

parametru al dispozitivului poate fi controlat electric. Rezistenta tranzistorului cu efect de câmp între sursa

si drena poate fi controlata de tensiunea aplicata între poarta si sursa.Aceasta rezistenta controlata poate fi

folosita în reglajul automat al amplificarii.

O a treia proprietate importanta pe care o prezinta unele dispozitive electronice este caracterul lor

activ.Numim active acele dispozitive electronice care pot asigura transformarea puterii absorbite de la

sursele de alimentare în curent continuu în putere de semnal.

1.DISPOZITIVE ELECTRONICE

1.1 Jonctiunea pn

Dispozitivele semiconductoare au în constructia lor regiuni ale retelei monocristaline cu diverse

impurificari atât ca marime a concentratiei cât si ca tip de impuritate (n-regiune tip donor, p-regiune tip

acceptor).Jonctiunea pn reprezinta o structura fizica realizata într-un monocristal care are doua regiuni

vecine, una de tip p alta de tip n.Intre aceste doua regiuni de conductibilitate electrica diferita apare o

variatie a distributiei impuritatilor. Linia de demarcatie dintre cele doua regiuni se numeste jonctiune

metalurgica. Jonctiunea pn are o importanta esentiala în functionarea unei clase mari de dispozitive

electronice. Majoritatea dispozitivelor electronice semiconductoare contin una sau mai multe jonctiuni.

Cunoasterea fenomenelor din jonctiunea pn serveste si la întelegerea unor fenomene cum sunt cele legate

de suprafata semiconductorului, de contacte metalice, etc.

1.1.1 Jonctiunea pn la echilibru termic

Într-o jonctiune pn aflata la echilibru termic concentratiile de purtatori mobili de sarcina difera în

zona jonctiunii metalurgice fata de valorile din structura datorita fenomenelor de difuzie a purtatorilor mobili.

Astfel, golurile din regiunea p, aflate în concentratii mari, difuzeaza spre regiunea n unde concentratia lor

este foarte mica, aici ele se recombina datorita tendintei semiconductorului de tip n de a restabili echilibrul.

In mod similar electronii in zona n difuzeaza spre zona p. Procesele de difuzie încep evident cu purtatorii

aflati în apropierea jonctiunii metalurgice. In zona p adiacenta jonctiunii metalurgice, prin plecarea golurilor

apare un exces de sarcina negativa datorita ionilor acceptori (sarcini fixe). Zona n din apropierea jonctiunii

metalurgice capata o sarcina în exces pozitiva , prin acelasi procedeu. Caurmare se stabileste un câmp

electric intern orientat de la regiunea n spre regiunea p. Acest câmp electric transporta golurile dinspre

regiunea n spre regiunea p si electronii dinspre regiunea p spre regiunea n, deci în sens opus fluxurilor de

difuzie