Resume
samenvatting elektronica
- Cours
- Elektronica
- Établissement
- Universiteit Gent (UGent)
samenvatting elektronica van H1-H4 uit cursus electronic devices (groene kaft) voor eerste jaar industrieel ingenieur
[Montrer plus]
Aperçu du contenu
ELEKTRONICAH1: INLEIDING TOT
HALFGELEIDERTECHNOLOGIE
HISTORIEK EN EVOLUTIE ELEKTRONICA
1831: Michael Faraday -> elektromagnetische inductie
o Stroom door geleider => magnetisch veld
o Geleider in veranderd magnetisch veld => elektrische spanning
o BASIS voor werking generatoren, elektromotoren en transformatoren
1865: James Maxwell -> Maxwell vergelijkingen
o 4 wiskundige vergelijkingen: koppeling elektrische en magnetische velden
o Veranderde elektromagnetische velden bewegen zich als golven door de ruimte
1888: Henrich Hertz -> radiogolven (bewees bestaan elektromagnetische golven)
1895: Marconi -> Radiogolfcommunicatie (draadloos over kanaal & oceaan)
1904: Fleming -> Gloeikathode buis (of diode)
o Gebaseerd Edison-effect
o 2 elektroden + verhitte gloeidraad + metalen plaatje
o Enkel stroom van gloeidraad naar metalen plaatje = gelijkrichting
1906: Lee de Forest -> triode
o Gebaseerd Edison-effect
o 2 elektroden + verhitte gloeidraad + metalen plaatje
o Extra metaalrooster tussen 2 elektroden
o Spanning op metaalrooster bepaalt stroom tussen gloeidraad en metalen plaatje
1948: Schockley, Bardeen, Brattain -> transistor
o Elektroden in halfgeleider (bv. Silicium of germanium) = gelijkaardige werkingen
diode/triode, maar compacter
1958: Kilby -> Geïntegreerde schakeling
o 2 transistors in 1 enkel siliciumkristal van 10 mm
1965: Gordon Moore met ‘Wet van Moore’ (aantal transistors zal verdubbelen in chip iedere
24 maanden)
HERHALING ELEKTRICITEIT
UIT ELEKTRONICA
o Passieve componenten
De weerstand: v(t) = R.i(t)
De spoel: v(t) = L. di/dt
De condensator: i(t) = C. dv/dt
o Wetten van Kirchoff
Stroomwet: i2(t) + i3(t) = i1(t) + i4(t) (som stroom naar knooppunt = weg)
Spanningswet: v4(t) – v1(t) – v2(t) – v3(t) = 0 (Som spanningen gesloten kring
= 0)
o Signaalbronnen : verschil tss. Stroombron en spanningsbron (pijl niet gelijk)
,UIT ELEKTRICITEIT
HET ONTSTAAN VAN ENERGIEBANDEN
Elektron = welbepaalde waarde van inwendige energie -> energielijnen
Als we verschillende atomen bij elkaar brengen => interactie tussen de elektronen
Resultaat als x atomen worden samengebracht tot een kristal
o Er ontstaan x zeer dicht bij elkaar gelegen energieniveaus
(energieband voor elke schil)
Energieband = verzamenling energieniveaus
o Buitenste banden breder omdaat elektronen elkaar sterker
beinvloeden daar
o E- op buitenste band = valentie e- = valentieband
o Zone tussen banden = verboden zone
Breedte afhankelijk van materiaal
GELEIDENDE MATERIALEN
Valentieband met veel open plaatsen, deze is maar half gevuld = geleidingsband (buitenste)
o Te weinig elektronen, tijdelijk covalente bindingen
o Elektronen in valentieband kunnen makkelijk verplaatsen van ene naar andere energieniveau
o Veel beweeglijkheid, weinig vaste bindingen
Geleidbaarheid ↗ bij T↗
ISOLATOREN
Vaste covalente bindingen, geen vrije elektronen
Valentieband volledig gevuld
o Elektronen kunnen niet naar ander atoom overspringen
Kunstmatige geleidingsband toevoegen
o Geen elektronen meer om te vullen
o Afstand tot valentieband = verboden zone = te groot (meer dan 4 eV)
Lege geleidingsband + onoverbrugbare verboden zone
HALFGELEIDERS
INTRINSIEKE HALFGELEIDERMATERIALEN
HG materiaal= volledig gevulde valentieband en lege geleidingsband met smalle verboden zone (<3eV)
Kans dat bij bepaald T. een elektron de verboden zone overbrugt => factor van Boltzmann
−Ws
o kT (T = temperatuur, Ws = breedte verboden zone, k = constante B.)
e
Als de temperatuur stijgt, grotere kans elektron los maakt uit de valentieband en overgaat naar
geleidingsband (energie Ws nodig)
Als elektron voor geleiding beschikbaar komt, in kristalrooster open plaats of gat
Elektronenstroom = negatief ladingstransport, als uitwendig veld wordt aangelegd -> bewegen
elektronen tegengestelde richting
Positieve gatenstroom = gat ontstaat, naburig elektron van atoom neemt plaats in
Recombinatie = terug vallen van vrij elektron uit geleidingsband in gat valentieband
N materiaal = aantal vrije elektronen gestimuleerd
,EXTRINSIEK HALFGELEIDERMATERIAAL
Halfgeleider waarbij men verontreinigen inbrengt om het aantal vrije elektronen of gaten te
vermeerderen zodat de halfgeleider een hoger geleidingsvermogen heeft
N-halfgeleidermateriaal (halfgeleider aantal elektronen wordt gestimuleerd) -> negatief h.
Donoren: verontreinigen die resulteren in een productie van vrije elektronen
o De donoren zijn positieve ionen (na elektronen af te staan)
o Elektron = meerderheidsladingdrager
Ladingstransport hoofdzakelijk door elektron
o Gat = minderheidsladingsdrager
Transport nauwelijks door de gaten
o 5-waardig verontreinigingselement (As, fosfor, P…)
Hogere temperaturen breken bindingen sneller, elektronen beweging meer bij spanning
P-halfgeleidermateriaal (halfgeleider waarbij het aantal gaten verhoogd) -> positief h.
Acceptoren: verontreinigen die gaten veroorzaken doordat ze elektronen opnemen
o Acceptoren zijn negatieve ionen (na elektronen opnemen)
o Elektron = minderheidsladingsdrager
o Gat = meerderheidsladingsdrager
o 3-waardig verontreinigingselement (In, B, Al, Ga…)
Mate geleiding bepaald door dichtheid aan vrije elektronen, respectievelijk gaten die op
hun beurt bepaald worden door integratie van donoren, acceptoren, verbreken binding
HET ATOOM
Atoommodel van Bohr
o De kleinste bouwsteen met chemische eigenschappen van het element
o Model: Kern (protonen+ en neutronen 0) + banen rond de kern (orbits, elektronen -)
Elektrisch neutraal: #elektronen = #protonen
Atoomnummer = aantal protonen in de kern
Elektronen en elektronenschillen
o Elektron gebonden aan atoom kan geen willekeurige energie bezitten => enkel
discrete energieniveaus En
o Elk atoom vast aantal schillen (n = 1,2,3…)
Elektonen bezetting Ne = 2n2
o Valentie elektronen (chemische reacties + bepalen elektrische eigenschappen)
o Ionisatie: + en - ion
MATERIALEN IN ELEKTRONISCHE APPARATEN
Geleider vs Halfgeleider vs Isolator
o Isolator: stroom niet geleiden bij lage geleidbaarheid
o Stroom door verplaatsing van ladingsdragers
o Koper + extra laag => zodat niet oxideert
, Individuele atomen = elektronenenergie gekarakteriseerd door discrete energieniveaus. (1
component in behuizing)
In vaste stof = elektronenenergie gekarakteriseerd
door energiebanden i.p.v. discrete energieniveaus
ten gevolge van de interactie tussen de elektronen
en naburige atomen
Verboden zone
o De zone is bepalend voor het onderscheid in
elektrische eigenschappen van materialen
o Isolator: grote verboden zone, pas bij veel E
te overschrijden
Indien erover, niet meer bruikbaar (verbrand)
o Halfgeleider: zone is te overschrijden bij bepaalde E
o Geleider: geen
o Overtreden afhankelijk van hoeveelheid Energie elektron heeft
o Afhankelijk van soort atoom
Materialen
o Silicium-kristal
4 valentie-elektronen/ 4 covalente bindingen
Covalente bindingen = intrinsiek in kristal
o
STROOM IN HALFGELEIDERMATERIALEN
Stroom in halfgeleiders: silicium
(intrinsiek)
o T = 0K
Geen vrije elektronen,
dus geen stroom
Geen externe energie
o Kamertemperatuur
Voldoende hoge
temperatuur met externe
energie (warmte) => vrije
elektronen overgaan naar
valentie-e + gat/hol
(=vacante positie)
Les avantages d'acheter des résumés chez Stuvia:
Qualité garantie par les avis des clients
Les clients de Stuvia ont évalués plus de 700 000 résumés. C'est comme ça que vous savez que vous achetez les meilleurs documents.
L’achat facile et rapide
Vous pouvez payer rapidement avec iDeal, carte de crédit ou Stuvia-crédit pour les résumés. Il n'y a pas d'adhésion nécessaire.
Focus sur l’essentiel
Vos camarades écrivent eux-mêmes les notes d’étude, c’est pourquoi les documents sont toujours fiables et à jour. Cela garantit que vous arrivez rapidement au coeur du matériel.
Foire aux questions
Qu'est-ce que j'obtiens en achetant ce document ?
Vous obtenez un PDF, disponible immédiatement après votre achat. Le document acheté est accessible à tout moment, n'importe où et indéfiniment via votre profil.
Garantie de remboursement : comment ça marche ?
Notre garantie de satisfaction garantit que vous trouverez toujours un document d'étude qui vous convient. Vous remplissez un formulaire et notre équipe du service client s'occupe du reste.
Auprès de qui est-ce que j'achète ce résumé ?
Stuvia est une place de marché. Alors, vous n'achetez donc pas ce document chez nous, mais auprès du vendeur alinet. Stuvia facilite les paiements au vendeur.
Est-ce que j'aurai un abonnement?
Non, vous n'achetez ce résumé que pour €5,99. Vous n'êtes lié à rien après votre achat.
Peut-on faire confiance à Stuvia ?
4.6 étoiles sur Google & Trustpilot (+1000 avis)
78998 résumés ont été vendus ces 30 derniers jours
Fondée en 2010, la référence pour acheter des résumés depuis déjà 14 ans