Spezielle Dioden

Schottky-Diode (Juni 2019).

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Anonim

Spezielle Dioden

Diskrete Halbleiterbauelemente und -schaltungen


Frage 1

Sitz nicht nur da! Baue etwas !!

Das mathematische Analysieren von Schaltkreisen erfordert viel Übung und Übung. Üblicherweise üben die Schüler, indem sie viele Beispielprobleme durcharbeiten und ihre Antworten mit denen des Lehrbuchs oder des Lehrers vergleichen. Während das gut ist, gibt es einen viel besseren Weg.

Sie werden viel mehr lernen, indem Sie echte Schaltkreise erstellen und analysieren und Ihre Testgeräte die Änswers "anstelle eines Buches oder einer anderen Person zur Verfügung stellen. Führen Sie die folgenden Schritte aus, um erfolgreiche Übungen für den Schaltungsaufbau durchzuführen:

  1. Messen und notieren Sie sorgfältig alle Komponentenwerte vor dem Schaltungsaufbau und wählen Sie Widerstandswerte, die hoch genug sind, um Schäden an aktiven Komponenten unwahrscheinlich zu machen.
  2. Zeichnen Sie das schematische Diagramm für die zu analysierende Schaltung.
  3. Bauen Sie diese Schaltung vorsichtig auf einem Steckbrett oder einem anderen geeigneten Medium auf.
  4. Überprüfen Sie die Genauigkeit der Schaltungskonstruktion, folgen Sie jeder Leitung zu jedem Verbindungspunkt und überprüfen Sie diese Elemente nacheinander in der Abbildung.
  5. Mathematisch analysieren Sie die Schaltung und lösen Sie alle Spannungs- und Stromwerte.
  6. Messen Sie sorgfältig alle Spannungen und Ströme, um die Genauigkeit Ihrer Analyse zu überprüfen.
  7. Wenn es wesentliche Fehler gibt (mehr als ein paar Prozent), überprüfen Sie sorgfältig die Konstruktion Ihrer Schaltung gegen das Diagramm, dann berechnen Sie die Werte sorgfältig neu und messen Sie erneut.

Wenn Studenten sich zum ersten Mal mit Halbleiterbauelementen befassen und sie am ehesten durch unpassende Verbindungen in ihren Schaltungen beschädigen, empfehle ich ihnen, mit großen Bauteilen mit hoher Wattleistung (1N4001 Gleichrichterdioden, TO-220 oder TO-3-Gehäusetransistoren) zu experimentieren usw.) und unter Verwendung von Trockenbatterie-Stromquellen anstatt einer Tischnetzteilversorgung. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit eines Komponentenschadens.

Wie üblich, vermeiden Sie sehr hohe und sehr niedrige Widerstandswerte, um Messfehler zu vermeiden, die durch das "Laden" des Messgeräts (am oberen Ende) verursacht werden, und um einen Durchbrennen des Transistors (am unteren Ende) zu vermeiden. Ich empfehle Widerstände zwischen 1 kΩ und 100 kΩ.

Eine Möglichkeit, Zeit zu sparen und die Möglichkeit von Fehlern zu reduzieren, besteht darin, mit einer sehr einfachen Schaltung zu beginnen und schrittweise Komponenten hinzuzufügen, um nach jeder Analyse die Komplexität zu erhöhen, anstatt für jedes Übungsproblem eine ganz neue Schaltung zu erstellen. Eine weitere zeitsparende Technik ist die Wiederverwendung der gleichen Komponenten in einer Vielzahl verschiedener Schaltungskonfigurationen. Auf diese Weise müssen Sie den Wert einer Komponente nicht mehr als einmal messen.

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Lassen Sie die Elektronen selbst Antworten auf Ihre eigenen "Übungsprobleme" geben!

Anmerkungen:

Es ist meine Erfahrung, dass Studenten viel Übung mit Schaltungsanalyse benötigen, um kompetent zu werden. Zu diesem Zweck stellen die Dozenten ihren Studenten normalerweise viele Übungsprobleme zur Verfügung und geben den Studenten Antworten auf ihre Arbeit. Während dieser Ansatz Schüler in der Schaltungstheorie kompetent macht, kann sie sie nicht vollständig ausbilden.

Studenten brauchen nicht nur mathematische Praxis. Sie brauchen auch echte, praktische Übungsschaltkreise und Testgeräte. Daher schlage ich den folgenden alternativen Ansatz vor: Schüler sollten ihre eigenen "Übungsprobleme" mit realen Komponenten aufbauen und versuchen, die verschiedenen Spannungs- und Stromwerte mathematisch vorherzusagen. Auf diese Weise wird die mathematische Theorie "lebendig", und die Studenten erlangen praktische Fertigkeiten, die sie nicht nur durch Lösen von Gleichungen gewinnen würden.

Ein weiterer Grund für das Praktizieren dieser Methode ist es, den Schülern eine wissenschaftliche Methode beizubringen: den Prozess des Testens einer Hypothese (in diesem Fall mathematische Vorhersagen) durch Ausführen eines echten Experiments. Die Schüler entwickeln auch echte Fähigkeiten zur Fehlersuche, da sie gelegentlich Schaltungsfehler machen.

Verbringen Sie einige Momente mit Ihrer Klasse, um einige der "Regeln" für den Aufbau von Schaltungen zu überprüfen, bevor sie beginnen. Besprechen Sie diese Probleme mit Ihren Schülern auf die gleiche sokratische Weise, dass Sie normalerweise die Arbeitsblattfragen diskutieren, anstatt ihnen einfach zu sagen, was sie tun sollten und was nicht. Ich bin immer wieder erstaunt darüber, wie schlecht die Schüler Anweisungen verstehen, wenn sie in einem typischen Vortragsformat (Instructor Monolog) präsentiert werden!

Ein Hinweis an die Dozenten, die sich über die "verschwendete" Zeit beschweren können, die erforderlich ist, damit die Schüler reale Schaltungen aufbauen können, anstatt nur theoretische Schaltkreise mathematisch zu analysieren:

Was ist der Zweck der Schüler, die Ihren Kurs belegen? "Worksheetpanel panel panel-default" itemscope>

Frage 2

Das charakteristisch gefärbte Leuchten eines elektrischen Gasentladungslichts ist das Ergebnis von Energie, die von Elektronen in den Gasatomen emittiert wird, wenn sie von hochpegeligen "angeregten" Zuständen zurück in ihre natürlichen ("Grund") Zustände fallen. Als eine allgemeine Regel des Elektronenverhaltens müssen sie Energie von einer externen Quelle absorbieren, um auf ein höheres Niveau zu springen, und sie geben diese Energie bei der Rückkehr zu ihrem ursprünglichen Niveau frei.

In Anbetracht der Existenz dieses Phänomens, was vermutest du möglicherweise in einem PN-Übergang, da es einen elektrischen Strom leitet?

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PN-Übergänge emittieren Energie einer charakteristischen Wellenlänge, wenn sie Strom führen. Bei einigen Arten von PN-Übergängen liegen die Wellenlängen im sichtbaren Bereich des Lichts.

Folgefrage: Welche praktische Anwendung können Sie sich für dieses Phänomen vorstellen?

Anmerkungen:

Die praktische Anwendung dieses Phänomens sollte offensichtlich sein, und es ist sehr üblich in modernen elektronischen Geräten. Besprechen Sie mit Ihren Schülern die Energieeffizienz dieser Lichtemission im Vergleich zu einer Glühlampe.

Frage 3

Erklären Sie das Funktionsprinzip einer Photovoltaikzelle, auch "Solarzelle" genannt. Was passiert bei diesen Geräten, um Sonnenlicht direkt in Elektrizität umzuwandeln?

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Die Energie von Photonen (Licht- "Teilchen"), die auf einen PN-Halbleiterübergang auftreffen, erzeugt Elektron-Loch-Paare, die sich dann in die Richtung bewegen, in die das elektrische Feld der Verarmungsregion sie drückt.

Herausforderungsfrage: Welche Bedeutung hat die Bandlücke des PN-Übergangs zur Effizienz der Zelle?

Anmerkungen:

Es gibt einige Details, die dem in der Antwort angegebenen Konto hinzugefügt werden könnten. Bitten Sie Ihre Schüler, einige dieser Details zu liefern! Es gibt viele Ressourcen, um zu lernen, wie photovoltaische Zellen funktionieren, so dass Ihre Schüler keine Probleme haben sollten, die Informationen selbst zu finden.

Frage 4

Die nicht-leitende Verarmungsregion eines PN-Übergangs bildet eine parasitäre Kapazität zwischen der P- und der N-Halbleiterregion. Erhöht oder verringert sich die Kapazität, wenn eine größere Sperrspannung an den PN-Übergang angelegt wird? Erkläre deine Antwort.

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Die Sperrschichtkapazität wird abnehmen, wenn die Sperrvorspannung an der Verbindungsstelle ansteigt.

Herausforderungsfrage: Können Sie sich praktische Anwendungen für diesen Effekt mit variabler Kapazität vorstellen?

Anmerkungen:

Diese Frage ist eine gute Übersicht über die Theorie des Kondensators und eine Möglichkeit, eine spezielle Art von Diode einzuführen: den Varaktor .

Frage 5

Erklären Sie, was eine Schottky-Diode ist und wie sie sich in Aufbau und Funktion von einer normalen Halbleiter-PN-Diode unterscheidet.

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Eine Schottky-Diode, die auch als heiße Trägerdiode bekannt ist, wird durch eine Verbindung von Metall und N-halbleitendem Material gebildet. Diese Dioden haben einen geringeren Vorwärtsspannungsabfall, eine schnellere Sperrverzögerungszeit, mehr Sperrstrom und eine geringere Sperrspannung als herkömmliche PN-Sperrschichtdioden.

Anmerkungen:

Fragen Sie Ihre Schüler, ob sie Datenblätter für Schottky-Dioden recherchiert haben und ob sie Parameter zum Vergleich mit typischen PN-Sperrschicht-Dioden wie der 1N400x-Serie haben.

Frage 6

Zeichnen Sie das schematische Symbol für eine Schottky-Diode und geben Sie einige Beispiele für typische Anwendungen dafür.

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Ich werde Ihnen einige der typischen Anwendungen von Schottky-Dioden untersuchen lassen.

Anmerkungen:

Bitten Sie Ihre Schüler zu erklären, warum die Anwendungen von Schottky-Dioden für die einzigartigen Fähigkeiten dieser Dioden gut geeignet sind. Was ist mit den typischen Anwendungen, die die schnellen Sperrverzögerungszeiten und / oder niedrigen Spannungsabfall dieser Dioden nutzen? Worksheetpanel panel panel - default "itemscope"

Frage 7

Es gibt eine spezielle Art von Diode, Varactor genannt, die verwendet wird, um eine spannungsabhängige Kapazität zu erzeugen. Diese Funktion wird häufig in elektronischen Radio-Tuner-Schaltungen verwendet:

Die spannungsabhängige Kapazität dieser Diode ist durch die folgende Gleichung gegeben:

C j = C o



2V + 1

Woher,

C J = Sperrkapazität

C o = Sperrkapazität ohne angelegte Spannung

V = Angewandte Sperrschichtspannung

Berücksichtigen Sie anhand dieser Gleichung, dass die Kapazität direkt oder umgekehrt proportional zur angelegten Sperrspannung einer Varaktordiode ist. "# 7"> Antwort anzeigen Antwort ausblenden

C j ist umgekehrt proportional zu V für eine Varaktordiode.

Follow-up-Frage: Ersetzen Sie die Varaktordioden-Kapazitätsgleichung in die Standard-Resonanzfrequenzgleichung, um zu einer Gleichung zu gelangen, die auf die Frequenz bezüglich L und der Diodenspannung V auflöst.

Anmerkungen:

Diese Frage verstärkt das Verständnis der Studenten für die mathematischen Begriffe direkt und invers, sowie die grundlegende PN-Übergangstheorie und die Kondensatortheorie.

Frage 8

Welche Art von Diode ist immer in einem klaren Glas- oder Kunststoffgehäuse verpackt (im Gegensatz zu einem undurchsichtigen Kunststoffgehäuse)? Erklären Sie, wie das Erscheinungsbild der Komponente bei der Bestimmung ihrer Identität hilfreich ist.

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Das ist eine böse, knifflige Frage! Die physikalische Erscheinung eines beliebigen Halbleiterbauteils ist ein schlechter Hinweis auf seine Identität. Viele kleine Zener-Dioden sind in klaren Körpern verpackt, aber das bedeutet nicht, dass alle klaren Dioden Zener sind, noch dass alle Zenerdioden in klaren Gehäusen zu finden sind! Die Teilenummer einer Diode ist der einzige zuverlässige Indikator für ihre Identität.

Follow-up-Frage: Die physikalische Größe einer Komponente ist oft ein Hinweis auf welche Leistungsparameter?

Anmerkungen:

Normalerweise stelle ich keine "Trick" -Fragen wie diese, aber gelegentlich arbeiten sie wirklich gut, um den Punkt zu verstehen.

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