Elektronik. Lars-Erik Cederlöf

Transkript

1 Elektronik LarsErik Cederlöf 1

2 Ledare och isolatorer Ledare för elektrisk ström har atomer med fria rörliga laddningar i yttersta skalet. Exempel på ledare är metallerna koppar och aluminium. Deras atomer har många fria rörliga laddningar i sitt yttersta skal. Isolatorer har inga fria rörliga laddningar. Exempel på isolatorer är plast, gummi och porslin. 2

3 Halvledare Halvledarens atomer har fyra elektroner i sitt yttersta skal. Den halvledare som används i elektronikkomponenter är nästan uteslutande kisel ( ). Atomerna binds samman av ett elektronpar. Vid absoluta nollpunkten ( 273 grader C ) är kisel en isolator. Tillför man energi i form av värme eller belysning lämnar en del elektroner sin plats och blir en fria elektroner. Elektronen lämnar efter sig ett hål som vi kan se som en positiv laddning eftersom det fattas en negativ laddning där. Denna ledningsförmåga hos halvledare är oftast oönskad och kallas för egenledning. Därför bakar man in elektronikkomponenter i svart plast och kyler dem om de riskerar att bli för varma. Datorer är av denna anledning försedda med fläkt. + fri elektron hål 3

4 Dopning Att tillsätta ett annat ämne till halvledaren kallas för dopning. Dopar man med arsenik ( As ) som har fem elektroner i yttersta skalet blir den femte elektronen fritt rörlig. Detta kallas för Ndopning eftersom elektronen är negativt laddad. Fri elektron As Dopar man med indium ( In) som har tre elektroner i sitt yttersta skal kommer det att fattas en elektron i mönstret. Man säger att man har ett positivt hål på den platsen. Detta kallas för Pdopning. Hålet kan förflytta sig till ett annat ställe om en elektron fyller upp hålet. Fritt rörligt hål + In 4

5 Diodens funktion I en kiselplatta är ena halvan Pdopad och den andra Ndopad. Endast de fritt rörliga laddningarna har ritats ut. P N Ansluter man pluspolen på en spänningskälla till det Pdopade området enligt figuren kommer elektroner och hål att kunna rekombinera ( elektronerna ramlar ner i hålen ). Eftersom man hela tiden fyller på med elektroner kommer en ström att flyta. I P N Ansluter man minuspolen på spänningskällan till det pdopade området kan ingen rekombination ske. Ingen ström kommer att flyta. P N I= Vi har fått en komponent som leder ström i endast en riktning. Den kallas diod. 5

6 Dioden Dioden leder från anoden till katoden. På komponenten är katoden märkt med en ring. Katod Katod 6

7 Lysdioden Med lämpligt tillverkningssätt kan energin som frigörs vid rekombinationen utsändas som ljus. En sådan komponent kallas lysdiod. En lysdiod måste alltid seriekopplas med en resistor för att begränsa strömmen. Ex: Spänningen i framriktningen över en lysdiod är ca 2 V. En lämplig ström för en lysdiod kan vara 10 ma. Här blir spänningen över resistorn 3 V. Ohms lag ger då resistorns resistans. R + R = R = U I 3 0,01 Ω = 300 Ω 5 V U F = 2,0 V 7

8 Bipolartransistorn En transistor är uppbyggd av tre områden som är dopade enligt figuren. Kollektor Kollektor Transistorn kan ses som två dioder kopplade enligt figuren uppe till höger. Vi ser att transistorn inte kan leda mellan kollektor och emitter. Bas N P Bas Leder man in en liten ström på basen kan man få den att leda ändå. N Emitter Vi kan se transistorn som en strömbrytare som är i läge off ( = strypt )om strömmen till basen är noll i läge on ( = bottnad ) om det kommer en liten ström till basen. Emitter Bas Kollektor Emitter 8

9 Koppling med bipolartransistor Det är den lilla basströmmen som styr kollektorströmmen. Förhållandet mellan de två strömmarna kallas strömförstärkningfaktorn. Ett vanligt värde på B är 200. B = B Spänningen mellan bas och emitter är 0,7 V. Är basströmmen tillräckligt stor bottnar transistorn d.v.s. Leder så mycket den kan. I I C R B I C I B + U BE R C + U CE E 9

10 NPN och PNP Bipolatransistorn finns i två varianter, NPN och PNP. Hos NPNtransistorn går strömmen från kollektor till emitter. Bas Kollektor N P I N Emitter Hos PNPtransitorn går strömmen från emitter till kollektor. Kollektor P Bas N P I Emitter 10

11 Fototransistorn Ett annat sätt att få transistorn ledande är att belysa den. Då får man fria laddningar som kan leda strömmen. Vi kan se fototransistorn som en strömbrytare som är i läge off när den inte är belyst i läge on när den är belyst. 11

12 Optokopplare, Läsgaffel I en optokopplare har man kombinerat en lysdiod med en fototransistor. Man kan med en optokopplare överföra signaler utan att ha någon elektrisk förbindelse. Detta kan man utnyttja om man vill skydda en utrustning från överspänning på dess ingång. Är mellanrummet mellan lysdiod och fototransistor öppet så att man kan föra in ett föremål i mellanrummet kallas komponenten för läsgaffel. När ett föremål befinner sig i mellanrummet blir transistorn oledande, i annat fall är den ledande. 12