32

2. DISPOZITIVE ELECTRONICE

În acest capitol vor fi prezentate, pe scurt, principalele dispozitive electronice utilizate astăzi. Se începe cu materialele semiconductoare folosite şi cu structura fundamentală care este joncţiunea p-n. Sunt apoi prezentate:

• Diodele semiconductoare • Tranzistorul bipolar • Tranzistoarele cu efect de câmp • Dispozitivele multistrat • Dispozitivele optoelectronice

2.1. Materialele semiconductoare şi joncţiunea p-n

2.1.1. Structura materialelor semiconductoare

Materialele semiconductoare au conductivitatea electrică intermediară între materialele izolante si materialele bune conductoare. Sunt utilizate pentru construcţia dispozitivelor semiconductoare iar cel mai folosit este siliciul. Un atom de siliciu are 4 electroni pe ultimul înveliş şi siliciul în stare pură (numit şi material intrinsec), din

motive de stabilitate, este structurat în aşa fel încât un atom este legat de încă 4 atomi vecini cu fiecare cumulând câte doi electroni, unul propriu, altul vecin, ajungând la un

total de 8 (figura 2.1., reprezentând doar nucleul şi ultimul înveliş). Întreaga structură este neutră electric, motiv pentru care s-a figurat şi sarcina pozitiva corespondentă din nucleu.

Siliciul stabil şi între particule sunt legături puternice. Cu toate acestea, o dată cu creşterea temperaturii sau în urma iradierii, unii electroni se desprind din legaturi, devenind electroni liberi. Concomitent (figura 2.2.) zona părăsită

Fig. 2.1. Structura siliciu pur. Fig. 2.2. Generarea perechi electron liber-gol. Fig. 2.3. Material n.

a) Material tip n. b) Material tip p.

Fig. 2.4. Reprezentarea simplificată a materialelor semiconductoare.

33

rămâne încărcată pozitiv, se poate deplasa (din aproape în aproape) şi se numeşte gol. Electronii liberi şi golurile (generate în perechi) pot da naştere curenţilor electrici. Similar cu procesul de generare, există şi un proces invers, numit recombinare. Numărul purtătorilor rămâne însă mic, materialul intrinsec fiind mai apropiat de materialele izolante.

2.1.2. Materiale semiconductoare p şi n Numărul purtătorilor liberi poate fi mărit în mod artificial printr-un proces de impurificare realizat în două variante. In prima variantă se introduc în structura siliciului un număr de atomi ai unui element din grupa a 5-a (arsen, stibiu), cu 5 electroni pe ultimul înveliş. Acest atom se fixează în structura siliciului, la fel ca atomul de siliciu, cu 4 dintre electronii de pe ultimul înveliş, cel de-al 5-lea devenind electron liber (fig. 2.3.). Zona părăsită de acesta rămâne încărcată pozitiv dar nu mai este mobilă. Prin impurificarea de acest tip se obţine materialul semiconductor tip n, care se poate reprezenta electric (fig. 2.4.a) printr-o structura de sarcini pozitive fixe, dublată de un număr egal de electroni liberi. Aceştia sunt numiţi şi purtători majoritari deoarece concomitent există şi un număr, mult mai mic, de goluri rezultate din procesul de generare termică, numiţi purtători minoritari. Analog, prin impurificare cu atomi ai unui element din grupa a 3-a (aluminiu, indiu), se obţine materialul semiconductor tip p, care se poate reprezenta electric (fig. 2.4.b) printr-o structura de sarcini negative fixe, dublată de un număr egal de goluri. Materialele semiconductoare tip n şi p se numesc şi materiale extrinseci.

2.1.3. Curenţi in materiale semiconductoare Existenţa purtătorilor liberi, majoritari şi minoritari, permite, în anumite condiţii, deplasarea acestora, adică apariţia curenţilor electrici. După mecanismul generator există curenţi de câmp şi curenţi de difuzie.

Curentul de câmp apare când materialul este supus unui câmp electric Ē ŗi are densitatea σĒ. Curentul de difuzie apare atunci când densitatea purtătorilor este neomogenă şi are loc fenomenul de difuzie, adică deplasarea purtătorilor din zonele cu densitate mai mare spre zonele cu densitate mai mică până când distribuţia purtătorilor devine omogenă. În figura 2.5. este ilustrat fenomenul de difuzie prezentând o secţiune a unui material semiconductor în două momente de timp. Iniţial există o distribuţie neomogenă a purtătorilor, apare un curent de difuzie iar în final distribuţia este omogenă şi curentul se anulează. Dacă există un mecanism de generare continuă a purtătorilor într-o zonă anumită, cum e de exemplu generarea prin iluminare, se poate asigura un curent permanent aşa cum este cazul fotocelulelor.

Fig. 2.5. Fenomenul de difuzie.

34

2.1.4. Joncţiunea p-n Tehnologii speciale permit alăturarea intimă a celor două tipuri de materiale semiconductoare p şi n, despărţite de o zonă îngustă de trecere şi formând o structură denumită joncţiunea p-n (fig. 2.6.). Joncţiunea p-n are proprietăţi speciale şi stă la baza majorităţii dispozitivelor semiconductoare şi implicit a electronicii moderne.

În momentul iniţial distribuţia de purtători liberi este accentuat neuniformă, cu multe goluri în zona p şi mulţi electroni liberi în zona n. Tendinţa naturală a purtătorilor liberi, fie ei electroni liberi sau goluri, corespunzătoare fenomenului de difuzie, este să se deplaseze din zonele unde sunt în exces spre zonele sărace. Golurile se vor deplasa din zona p spre zona n iar electronii liberi în sens

contrar. De fapt începe un proces de recombinare şi perechi de purtători dispar începând de la suprafaţa de separaţie. Se creează o zonă fără purtători liberi, marcată pe figură şi denumită zonă de sarcină spaţială, fiind formată din două straturi încărcate cu sarcină de semn contrar. Se creează concomitent un câmp electric intern cu sensul din figură, câmp ce se opune difuziei şi recombinării în continuare şi se atinge o stare de echilibru.

2.1.5. Joncţiunea p-n cu tensiune exterioară (polarizată) O tensiune continuă pate fi aplicată joncţiunii p-n prin intermediul a doi electrozi conectaţi la capete. Acţiunea este denumită curent polarizare şi există două situaţii distincte, polarizare inversă (fig. 2.7.) când plusul este la zona p şi polarizare directă, cu plusul la zona n.

Când joncţiunea este polarizată invers, sursa de tensiune creează în joncţiune un câmp electric extern care are acelaşi sens cu cel intern. Câmpul total este suma lor şi duce la lărgirea zonei de sarcină spaţială, zonă fără purtători liberi, cu rezistivitate mare. Nu există circulaţie de purtători majoritari şi curentul este practic zero. În realitate există o circulaţie de purtători minoritari şi în consecinţă un curent, foarte mic, denumit şi curent invers.

Atunci când este polarizată direct, sursa de tensiune creează în joncţiune un câmp electric extern care are sens contrar celui intern, favorizează deplasarea purtătorilor majoritari şi conduce la apariţia unui curent direct important.

Fig. 2.6. Joncţiunea p-n.

Fig. 2.7. Joncţiunea p-n polarizată

35

2.2. Diode semiconductoare

2.2.1. Structura si simbol Diodele semiconductoare sunt jonctiuni p-n cu doua terminale (borne, pini) conectate la cele doua zone. Terminalul conectat la zona p se numeste anod (A) iar cel conectat la zona n se numeste catod (K). Proprietatea principala a unei diode este aceea ca permite circulatia curentului intr-un singur sens, fiind un dispozitiv unidirectional. Structura si simbolul diodei sunt prezentate in figura 2.8. Sensul sagetii este si sensul posibil al curentului prin dioda.

2.2.2 Dependenta curent-tensiune Curentul prin dioda depinde de tensiunea la borne dupa relatia exponentiala:

IS ( curentul de saturatie al diodei) si k sunt doua mărimi care depind de constructia diodei si de temperatura. Constanta e este baza logaritmilor naturali. Prin reprezentarea grafica a relatiei 2.1 se obtine caracteristica grafica curent-tensiune a diodei. Aceasta, desenata pentru scari diferite ale curentului si tensiunii, poate fi urmarita in figura 2.9.

In cazul polarizarii directe a diodei ( tensiune pozitiva anod-catod, u>0, dioda deschisa sau in conductie) curentul creste exponential cu tensiunea. El devine insa semnificativ doar daca tensiunea depaseste un prag UD numit tensiune de deschidere a diodei, situat in jurul valorii de 0,7 volti pentru diodele pe siliciu. In continuare curentul creste foarte mult iar tensiunea foarte putin. Intr-o prima aproximare se considera ca tensiunea unei diode polarizate direct este constanta, egala cu 0,7 V. In numeroase situatii si aceasta valoare de 0,7 V este neglijabila (cum se poate deduce

Fig. 2.8. Structura si simbolul diodei

semiconductoare

)1.2()1(Ii u k-S −= e

Fig. 2.9. Caracteristica grafica a diodei pentru diferite scari ale curentului si tensiunii.

36

urmarind a treia varianta din figura 2.9), tensiunea pe o dioda deschisa fiind considerata zero. In cazul polarizarii inverse a diodei ( tensiune negativa anod-catod, u<0, dioda blocata) curentul invers este foarte mic si tinde spre valoarea IS numita curent de saturatie al diodei. Acest curent invers este in majoritatea cazurilor neglijat, considerat zero.

2.2.3. Valori limita principale Diodele sunt fabricate in numeroase variante, fiecare varianta fiind caracterizata

printr-un numar de parametri specifici si printr-un cod dat de fabricant (un exemplu: 1N4007). Cei mai importanti parametrii sunt valorile limita sau valorile maxime. Exista un curent direct maxim prin dioda, IM, a carui depasire provoaca supraincalzirea si distrugerea diodei. Exista deasemenea o tensiune inversa maxima, UM, a carei depasire provoaca o strapungere a diodei, urmata de cresterea abrupta a curentului invers, supraincalzirea si deasemenea distrugerea diodei. Aceste valori, cat si multe altele, sunt precizate de fabricanti in cataloagele de produse.

2.2.4. Influenta temperaturii Temperatura influenteaza mult functionarea

diodelor, ca de altfel a tuturor dispozitivelor semiconductoare. Temperatura de 200 grade Celsius este o valoare limita maxima pentru dispozitivele semiconductoare pe siliciu.

Temperatura diodelor se modifica atat ca urmare a variatiei temperaturii mediului cat si ca urmare a pierderilor prin efect Joule. Acestea din urma cresc odata cu cresterea valorii curentului sau a frecventei de functionare.

Cand puterile de pierderi sunt mari diodele sunt mentinute sub limita temperaturii maxim admisibile prin montarea lor pe radiatoare cu suprafata radianta mare care permite disiparea in mediul exterior a caldurii rezultate prin efect Joule (figura 2.10). In numeroase situatii se utilizeaza suplimentar racirea fortata a radiatoarelor, fie cu ventilatoare, fie cu circuit de racire cu lichid.

Cresterea temperaturii are un dublu efect asupra diodelor, care este prezentat in figura 2.11. In primul rand se mareste curentul invers. Acesta se dubleaza la fiecare crestere de aproximativ 10 grade a temperaturii. Al doilea efect este micsorarea tensiunii pe dioda in conductie. Micsorarea este de aproximativ 0,002 V/ grad C si este uneori utilizata pentru masurarea temperaturii, dioda fiind folosita drept senzor de temperatura.

2.2.5. Modele pentru diode Dioda este un element neliniar de circuit. Pentru calculul circuitelor cu diode se

poate utiliza relatia analitica (2.1) sau se poate utiliza metoda grafica, folosind

Fig. 2.10. Dioda montata pe radiator

Fig. 2.11. Influenta temperaturii

asupra diodelor

37

caracteristica grafica curent-tensiune a diodei. Metodele de mai sus sunt rar utilizate, fiind complicate sau chiar inoperante in cazul circuitelor cu mai multe elemente. Din acest motiv cea mai utilizata metoda este liniarizarea diodei, adica inlocuirea acesteia cu o schema echivalenta formata cu elemente liniare. In functie de precizia dorita a calculelor, dioda poate fi echivalata cu o schema mai simpla sau mai complicata. Dupa inlocuirea diodei cu schema echivalenta, calculul urmeaza cursul obisnuit pentru circuitele liniare.

Sunt utilizate trei nivele de aproximare liniara a diodelor. In figura 2.12 sunt prezentate atat modelele cat si caracteristica grafica a acestora.

Cel mai simlpu si mai folosit model este un comutator, K (2.12.a). Acesta este deschis (rezistenta infinita), cand tensiunea anod-catod este mai mica sau egala cu zero (uAC ≤ 0) si este inchis (rezistenta zero), cand tensiunea anod-catod este mai mare decat zero (uAC > 0).

Un al doilea model tine cont de tensiunea de deschidere UD ≅ 0,7V (2.12.b). In sfarsit, modelul cel mai precis (2.12.c) tine cont si de rezistenta diodei in

zona de conductie, Rd, iar panta caracteristicii grafice este mai mica de 90 grade.

Modelele prezentate pana acum sunt utilizate atunci cand diodele sunt in regim de curent continuu sau in regim de curent alternativ de frecventa mica, de exemplu la 50 Hz, frecventa retelei. Cand diodele sunt utilizate in regim de curent alternativ cu amplitudine mica si frecventa mai mare, se foloseste un model al diodei, denumit model dinamic de semnal mic, care tine cont de capacitatea electrica a jonctiunii p-n, dioda fiind echivalata cu rezistenta dinamica (diferita pentru zona de conductie sau de blocare) in paralel cu capacitatea totala a jonctiunii (figura 2.13).

2.2.7. Tipuri de diode Exista variante diverse de diode care se deosebesc prin particularitati

functionale si destinatie. Principalele categorii sunt prezentate in continuare.

a) b) c) Fig. 2.12. Modele liniare pentru diode

Fig. 2.13. Model de semnal mic

38

Diode redresoare Sunt diode destinate utilizarii in circuite redresoare pentru reteaua de c.a. de 50

herti. Parametrrii principali sunt curentul maxim, IM si tensiunea inversa maxima, UM. Plaja de valori ale acestor parametrii este:

- amperi-zeci de mii de amperi, pentru IM - zeci volti- zeci de mii de volti pentru UM. Diodele de curenti mari sunt construite in asa mod incat sa le poata fi atasate

radiatoare de racire. Diodele de curenti mici sunt inchise in capsule de plastic sau ceramica si au catodul marcat cu o banda alba sau neagra.

Diode de comutatie Sunt diode destinate utilizarii in circuite functionand in comutatie sau la

frecvente ridicate. Parametrii principali sunt timpii de comutatie.

Diode Schottky Sunt diode realizate intr-o tehnologie speciala, de tip

metal-semiconductor si au simbolul prezentat in figura 2.16 Avantajele acestor diode sunt:

- tensiune mica in conductie, aproximativ 0,3 V; - timpi de comutatie foarte mici.

Dezavantajul principal: - tensiune inversa maxima mica (zeci de volti). Dioda varicap Denumirea diodei vine de la expresia capacitate

variabila. Simbolul este prezentat in figura 2.17 Dioda este utilizata in polarizare inversa si proprietatea principala este ca se comporta in aceasta situatie ca un condensator cu capacitate variabila, dependenta de tensiunea la borne. Toate diodele au aceasta proprietate dar diodele varicap sunt construite astfel incat dependenta capacitate-tensiune sa aiba un profil optim. Zona de variatie este in intervalul 1...100 picofarazi. Domeniul principal de utilizare sunt radiocomunicatiile, mai precis acordul circuitelor oscilante din emitatoare si receptoare.

Dioda Zener Este o dioda construita pentru a fi utilizata in

zona de strapungere inversa. Simbolurile utilizate pentru dioda Zener si caracteristica grafica sunt prezentate in figura 2.18. In polarizare directa este similara diodelor redresoare. In polarizare inversa dioda se strapunge la o tensiune numita tensiune Zener, UZ, constanta pentru o anumita dioda. In zona de strapungere curentul creste pana la o valoare maxim admisibila, iM dar tensiunea ramane aproape constanta. Rezistenta dinamica rZ in zona de strapungere este foarte mica, ohmi-zecimi de ohmi. Proprietatea de a mentine contanta tensiunea pe o plaja mare de curenti faca ca dioda sa fie utilizata indeosebi in circuitele stabilizatoare de tensiune.

Fig. 2.17. Dioda varicap

Fig. 2.16. Dioda Schottky

Fig. 2.18. Dioda Zener

39

2.3. Tranzistorul bipolar

2.3.1. Structură şi simboluri Tranzistorul bipolar este un dispozitiv format din 3 straturi de material semiconductor şi are trei electrozi conectati la acestea. Construcţia şi simbolurile sunt

prezentate in figura 2.19. Dupa modul de succesiune al straturilor există două tipuri de tranzistoare: - tranzistoare npn; - tranzistoare pnp. Stratul median este foarte subţire iar electrodul corespondent se numeşte bază şi se noteaza cu B. Construcţia tranzistorului nu este simetrică, straturile exterioare, deşi de acelaşi tip, sunt diferite. Un strat este mai subţire şi mai puternic impurificat, având în consecinţă un număr mai mare de purtători. Electrodul corespondent

se numeşte emitor şi se notează cu E. Al treilea este mai gros iar electrodul corespondent se numeşte colector şi se notează cu C. Simbolurile celor două tipuri de tranzistoare se deosebesc doar după sensul săgeţii care marchează emitorul. Semnul plus marchează zona mai puternic impurificată. Sensul săgeţii este in acelaşi timp şi sensul curentului principal care traversează tranzistorul atunci când acesta este în zona principală de funcţionare,

denumită zona activă. Tranzistorul se numeşte bipolar pentru că în mecanismul conducţiei sunt angrenaţi atât purtători majoritari cat şi purtători minoritari.

2.3.2. Principiul de funcţionare Având trei straturi

alternate de material semiconductor, tranzistorul bipolar are două joncţiuni p-n, joncţiunea bază-emitor (jBE) şi joncţiunea bază-colector (jBC).

a) b)

2.19 Structura şi simbolul tranzistorului : a) npn; b) pnp

2.20 Structura npn cu zona mediană groasă

2.21. Circulaţia curenţilor prin tranzistorul în zona activă.

40

Dacă baza ar fi groasă tranzistorul nu ar fi altceva decât un grup format din două diode conectate ca în figura 2.20. Oricum ar fi polaritatea tensiunii între emitor şi colector, întotdeauna una dintre diode va fi polarizată invers şi între cei doi electrozi nu va exista circulaţie de curent. În realitate baza este foarte subţire, permitând, în anumite condiţii, printr-un efect numit efect de tranzistor, circulaţia curentului între colector si emitor. Pentru exemplificare s-a ales un tranzistor npn, figura 2.21.

Dacă jBE e polarizată direct (aici uBE > 0) iar jBC e polarizată invers (aici uBC < 0), adică tensiunea colector emitor este pozitivă şi mai mare decât cea bază-emitor, deasemenea pozitivă şi aproximativ 0.7 V, tensiunea unei joncţiuni polarizată direct, atunci suntem în zona activă şi tranzistorul este traversat între colector şi emitor de un curent principal, mare, care depinde de un curent mult mai mic, curent de comandă iB, între bază şi emitor.

2.3.3. Relaţii între curenţi în zona activă Considerând tranzistorul un nod de circuit cu trei ramuri care sunt terminalele tranzistorului, prima relaţie între curenţii tranzistorului rezultă din prima teoremă a lui Kirchhoff şi se scrie de obicei sub forma: iE = iC + iB. (2.2) Această relaţie este valabilă pentru toate zonele de funcţionare ale tranzistorului. O a doua relaţie este valabilă doar pentru zona activă şi defineşte funcţionarea tranzistorului drept generator de curent comandat în curent: iC = β iB (2.3) β se numeşte factor de amplificare în curent, este un parametru important al tranzistorului şi are valori cuprinse între zeci, pentru tranzistoarele de putere şi sute, până la o mie, pentru tranzistoarele de mică putere. β este un parametru individual, este într-o prima aproximare constant, dar este diferit de la tranzistor la tranzistor, chiar şi în cadrul aceluiaşi tip de tranzistoare. Mai mult, poate varia în cadrul aceluiaşi tip cu procente de ordinul sutelor. De exemplu, pentru unul dintre tranzistoarele de mică putere de uz general, tranzistorul BC 107, fabricantul dă o dispersie mare a factorului de amplificare, factor care este cuprins intre 100 si 500. Relaţia (3) arată că în zona activă curentul principal care traverseaza tranzistorul, iC este mult mai mare si proporţional cu un curent de comanda, curentul iB. Deoarece iC >> iB, în relaţia (1) iB se poate neglija, rezultând: iE ≅ iC (2.4) Trebuie precizat că şi relaţia (3) este o relaţie simplificată, de fapt o relaţie mai precisă ţine cont de curentul de saturaţie iCB0 al joncţiunii bază-colector, joncţiune polarizată invers în zona activă: iC = β iB + iCB0 (2.5) O dată cu creşterea temperaturii curentul iCB0 creşte deasemenea, exponenţial, astfel că simplificarea nu se poate face decât la temperaturi ce nu depăşesc 30 grade Celsius.

2.3.4. Zone de funcţionare şi scheme echivalente Funcţionarea tranzistorului depinde decisiv de modul cum sunt polarizate cele două joncţiuni ale sale, joncţiunea BE si joncţiunea BC. Există două posibilităţi pentru

41

o joncţiune, polarizare directă şi inversă astfel că tranzistorul poate fi polarizat în 4 moduri distincte. Pentru fiecare mod de polarizare corespunde o zonă de funcţionare a tranzistorului. În fiecare zonă tranzistorul are o comportare total diferită faţă de comportarea în oricare dintre celelalte zone

Zona activă Este zona în care tranzistorul se află în majoritatea aplicaţiilor analogice. Tranzistorul este parcurs de un curent principal, iC ≅ iE, proporţional cu un curent de comandă mult mai mic, curentul de bază, iB. Schema echivalentă simplificată pentru zona activă este prezentată în figura 2.22 a. Între bază si emitor tranzistorul este echivalent cu o diodă, fiind valabile schemele echivalente pentru diode, iar între colector şi emitor tranzistorul este echivalent cu un generator de curent, de valoare iC = β iB.

Zona de blocare. Această zonă se atinge prin micşorarea tensiunii intre bază şi emitor sub pragul de deschidere al joncţiunii, deci sub 0,7 V, dar în multe situaţii blocarea se face prin polarizarea inversă a joncţiunii. Dacă se neglijează curenţii de saturaţie ai joncţiunilor atunci toţi curenţii prin tranzistor sunt zero. Curentul principal este întrerupt. Tranzistorul poate fi echivalat cu rezistenţa infinită sau contact deschis între toate cele trei terminale (fig, 2.22 b). Zona de saturaţie. Un tranzistor este adus în zona de saturaţie prin mărirea curentului de comandă şi implicit a curentului principal până la o limita la care tensiunea între colector şi emitor scade sub 0,7 V, deci potenţialul colectorului devine mai mic decât al bazei. Din acest moment jCE este polarizată direct. În practică tensiunea colector emitor nu poate fi scazută sub o valoare de 0,2 până la 0,5 volti. Din momentul intrării în saturaţie curentul principal ramâne la valoarea de saturaţie şi nu mai este proporţional cu acela de comanda, iB. Curentul iB poate să crească în continuare dar nu mai influenţează curentul principal. Dacă se neglijează căderile de tensiune pe joncţiunile deschise tranzistorul este echivalent cu un nod de circuit (figura 2.22 c.)

a) În zona activă b) În zona de blocare c) În saturatie

2.22 Scheme echivalente simplificate ale tranzistorului bipolar

42

Caracteristici grafice

La fel ca în cazul diodei, şi comportarea tranzistorului poate fi descrisă prin relaţii analitice. Acestea se numesc relaţiile Ebers-Moll şi dau dependenţa curenţilor de colector şi de emitor în funcţie de tensiunile pe joncţiunile tranzistorului ca o sumă de

exponenţiale. În calculul curent al circuitelor cu tranzistoare aceste relaţii se evită deoarece sunt greu de utilizat. Se preferă liniarizarea circuitelor cu ajutorul schemelor echivalente iar uneori se folosesc metode grafice. Producătorii furnizează în cataloagele lor o multitudine de caracteristici grafice sau de familii de caracteristici grafice.

Două dintre ele sunt mai importante. Prima este caracteristica de intrare care leagă mărimile din spaţiul de intrare

al tranzistorului, care este spaţiul bază-emitor. Este vorba de curentul de bază şi de tensiunea bază-emitor şi caracteristica de intrare este dependenţa iB funcţie de uBE prezentată în figura 2.23 a.

Se observă că este similară cu caracteristica grafică a diodei semiconductoare. Întradevăr, spaţiul bază-emitor este o joncţiune n-p iar tranzistorul se comportă aici asemănător cu o diodă. Există şi pentru tranzistor o tensiune de deschidere a bazei situată în jurul a 0,6-0,7V. Există deasemenea o limită maximă pentru curentul de bază cât şi una pentru tensiunea inversă bază-emitor. Aceasta din urmă este de obicei mică, în jurul a 5 volţi şi atunci când este necesar tranzistoarele sunt de obicei protejate împotriva depăşirii acestei valori limită cu ajutorul unei diode conectate ca în figura 2.24.

Mai trebuie menţionat că temperatura influenţează caracteristica de intrare a tranzistorului la fel cum influenţează caracteristica unei diode (figura 2.11) şi că

tensiunea pe a doua joncţiune are şi ea o mică influenţă asupra caracteristicii de intrare a tranzistorului, influenţă însă neglijabilă în marea majoritate a cazurilor.

A doua este familia caracteristicilor de ieşire ale tranzistorului care leagă mărimile din spaţiul de ieşire al tranzistorului care este de obicei spaţiul colector-emitor. Este vorba despre curentul de colector şi tensiunea colector-emitor şi caracteristicile de ieşire dau dependenţa iC funcţie de uCE având curentul de bază iB drept parametru. Familia de caracteristici de ieşire este prezentată în figura 2.23 b.

a) Cracteristica de intrare b) Caracteristicile de iesire

2.23. Caracteristicile grafice ale tranzistorului

2.24 Protectia tranzistorului la

tensiune inversa baza-emitor

43

Pe figură sunt marcate şi zonele de funcţionare ale tranzistorului. Zona de saturaţie corespunde tensiunilor uCE mai mici decât 0,7 volţi, cât se presupune că este valoarea minimă a tensiunii uBE. Zona de blocare este zona în care tensiunea uBE este mai mică decât valoarea de 0,7 volţi, tensiunea minimă de deschidere a bazei şi în consecinţă curentul iB este zero. Se poate observa că pentru iB =0 există totuşi un curent de colector foarte mic. Acesta este denumit iCE0 şi este neglijabil. La temperaturi ridicate acest curent poate însa deveni semnificativ. Zona activă corespunde unor curenţi de bază mai mari decât zero. Se poate observa faptul că tensiunea colector-emitor, uCE, influenţează puţin curentul de colector. Dacă iB este constant şi iC este aproape constant. Dar iC depinde mult de iB, fiind proporţional cu acesta şi mult mai mare. Constanta de proporţionalitate este β, factorul de amplificare în curent al tranzistorului.

Modele liniare în regim dinamic Schemele echivalente (modelele) prezentate anterior (figura 2.22) sunt utile

atunci când se analizează circuite cu tranzistoare în regim de curent continuu sau lent variabil. La fel ca în cazul diodelor, tranzistoarele bipolare au modele liniare de semnal mic utilizate în analiza circuitelor în regim de curent alternativ (regim dinamic) pentru semnal mic. Trebuie precizat că un semnal este considerat mic dacă tensiunea sa este sensibil sub valoarea tensiunii sursei de alimentare a circuitului.

Două variante de modele sunt utilizate mai des şi anume: - modelul natural sau Giacoletto - modelul de cuadripol cu parametrii hibrizi (parametrii h)

Modelele în variante simplificate sunt prezentate în figura 2.25.

Unele valori ale elementelor din schemele echivalente sunt date în foile de catalog ale tranzistorului iar altele trebuiesc calculate. De exemplu, pentru schema Giacoletto de frecvenţe joase trebuie cunoscute factorul β de amplificare în curent al tranzistorului şi componenta de curent continuu a curentului prin tranzistor, IC. Atunci: gm = 40 IC (2.6 ) rπ = β /gm (2.7 )

a) Natural b) Natural, frecvenţe joase c) Cu parametrii h Fig. 2.25 Modele liniare de semnal mic

44

La frecvenţe înalte valorile condensatoarelor Cπ si Cµ care corespund joncţiunilor BE şi BC trebuie luate din foile de catalog. La schema cu parametrii h aceşti parametri sunt în cazul general mărimi complexe. În plus, există seturi diferite de parametrii h în funcţie de modul de conectare a tranzistorului în circuit. Ei sunt daţi în foile de catalog iar în cazul frecvenţelor joase şi conexiunea de tip emitor comun pot fi aproximaţi şi prin relaţiile: h11e = rπ (2.8 ) h21e = β (2.9 )

Circuite de polarizare a tranzistorului în zona activă Pentru a utiliza proprietatea de amplificator de curent a tranzistorului acesta trebuie să fie în zona activă, ceea ce înseamnă a polariza corect joncţiunile

tranzistorului şi anume joncţiunea bazei direct iar a colectorului invers. În urma plasării tranzistorului în zona activă acesta este caracterizat în spaţiul de ieşire prin două mărimi continue şi anume curentul de colector IC şi tensiunea colector emitor UCE. Aceste două mărimi definesc un punct M în planul caracteristicilor de ieşire ale tranzistorului, punct denumit punct de funcţionare static (figura 2.26). Un circuit de

polarizare bun aduce tranzistorul într-un punct de funcţionare dorit şi în plus asigură stabilitatea acestuia atunci când anumiţi factori înterni sau externi se modifică. Factorii a căror modificare periclitează cel mai mult poziţia punctului de funcţionare sunt tensiunea de alimentare, temperatura şi factorul de amplificare în curent β.

RR R R

R

R

R

R

R

E E E

BC

A A A

C CB

E EB2

B1

a) Simpla b) Cu rezistenta de stabilizare termica c) Cu divizor rezistiv

Fig. 2.27 Circuite de polarizare a tranzistoarelor in zona activa

Fig. 2.26 Punctul de functionare static al

tranzistorului

45

Influenţa variaţiilor tensiunii de alimentare este limitată în circuitele cu tranzistoare prin utilizarea unor surse de tensiune stabilizate, cu variaţii nesemnificative. Mai dificil este cu ceilalţi doi factori. Temperatura unui tranzistor se modifică atât din cauza variaţiilor din mediul exterior cât şi din cauza pierderilor Joule din tranzistor. Poate fi stabilizată dar cu cheltuieli prea mari. În ceea ce priveste factorul de amplificare în curent, acesta are din fabricaţie o dispersie mare. De exemplu, pentru acelaşi tip de tranzistor o variaţie a acestuia de la tranzistor la tranzistor între 100 şi 500 este uzuală. Pentru polarizarea tranzistorului se pot utiliza două surse de tensiune, una pentru jBE si alta pentru jBC. In practica se foloseste rar aceasta variante deoarece o polarizare potrivita se poate realiza cu o singura sursa.

Schema de polarizare simpla este prezentata in figura 2.27 a. Aceasta are doua dezavantaje mari. Primul: schema este sensibila puternic la variatiile de temperatura. O variatie de cateva zeci de grade Celsius poate impinge tranzistorul din zona activa in zona de saturatie. Al doilea: tranzistorul poate fi situat ferm intr-un anumit punct de functionare doar daca factorul de amplificare in curent β este precis cunoscut. Dispersia β este mare. Se poate masura dar ar implica in plus scheme personalizate adica eforturi mari si in fond inutile fiindca exista alte solutii.

În primul rand, daca se adauga o rezistenta in emitorul tranzistorului (figura 2.27 b) atunci schema de polarizare atenueaza mult influenta temperaturii si a factorului de amplificare. Rezistenta RE se mai numeste si rezistenta de stabilizare a punctului de functionare al tranzistorului.

Schema de polarizare din figura 2.27 c asigura cea mai buna stabilitate a punctului de functionare, atat la variatia temperaturii cat si la aceea a factorului de amplificare β. Deoarece utilizeaza pentr polarizarea bazei divizorul rezistiv format din RB1 si RB2 se mai numeste schema de polarizare cu divizor rezistiv.

2.4 Tranzistoare cu efect de camp (TEC) Clasificare si proprietati Tranzistoarele cu efect de camp, prescurtat TEC sau FET dupa denumirea din engleza (Field Efect Transistor), se numesc astfel datorita principiului lor de functionare. Simplificat, la un TEC circulatia curentului principal se face printr-un canal a carui rezistenta este controlata de un camp electric.

TEC se mai numesc si tranzistoare unipolare deoarece curentul este produs de un singur fel de purtatori, fie goluri fie electroni care, functie de tipul tranzistorului, sunt purtatori majoritari.

Dupa tehnologia de realizare TEC se impart in doua mari familii: 1. TEC in tehnologie metal-oxid-semiconductor sau TEC-MOS (MOS-FET in

literatura engleza); 2. TEC cu jonctiune sau TEC-J (J-FET in literatura engleza). Campul care controleaza rezistenta canalului si implicit curentul este creat de o

tensiune de comanda aplicata in spatiul de intrare al tranzistorului. Acest spatiu este reprezentat fie de un strat de material izolant (TEC-MOS), fie de o jonctiune polarizata invers izolant (TEC-J) si are o rezistenta electrica foarte mare (zeci-sute de MΩ). In

46

consecinta curentul de comanda este extrem de mic (nanoamperi). Curentul de comanda fiind foarte mic, puterea de comanda este deasemenea foarte mica si castigul de putere al tranzistorului este foarte mare. Sintetizand, proprietatile fundamentale ale tranzistoarelor MOS sunt:

-rezistenta foarte mare de intrare; -castig de putere foarte mare. Acestea sunt si doua avantaje ale TEC in comparatie cu tranzistoarele bipolare.

Un alt avantaj: TEC au un volum de constructie mult mai mic ceea ce este important in realizarea circuitelor integrate. Valorile limita sunt insa mai mici decat la tranzistoarele bipolare.

2.4.1 TEC – MOS

Structura si principiul de functionare Tranzistorul TEC-MOS are structura prezentata in figura 2.30a. Acesta este

format dintr-un substrat de material semiconductor intrinsec sau impurificat, in cazul de fata un material de tip p. Zona centrala a suprafetei superioare a materialului este acoperita cu un subtire de oxid de siliciu care este un foarte bun izolant electric. Suprafata stratului de oxid este metalizata. Aceasta este structura Metal-Oxid-Semiconductor care da numele tranzistorului.

La marginile suprafetei de oxid, in baza de tip p sunt realizate doua insule de material de tip n. Electrozii principali care se numesc Sursa si Drena sunt conectati la aceste insule. Electrodul de comanda denumit Grila este conectat la suprafata metalica

ce acopera stratul izolant. Uneori este conectat la substrat si un al patrulea electrod, Baza, legat intern la sursa in marea majoritate a cazurilor.

Daca grila nu este polarizata atunci intre sursa si drena sunt trei zone n p si n care sunt echivalente cu doua diode puse la fel ca in figura 2.20 iar un curent intre electrozii principali nu este posibil. Daca insa Grila este polarizata cu o tensiune pozitiva +uGS (figura 2.30b) atunci intreaga tensiune se regaseste pe stratul izolant, subtire. In izolant se creeaza un camp electric de intensitate ridicata, E, cu sensul din figura. Campul va impinge spre interior sarcinile majoritare pozitive si va atrage in

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

n nn np p

SursaS

METALOXID

SEMICONDUCTORGrila GE

Baza

DrenaD

+ UGS + UDS

- - - -ii

a) Structura b) Tranzistor polarizat Fig. 2.30 Structura si principiul de functionare al TEC-MOS

47

apropierea suprafetei sarcinile negative. Se va forma (induce) un strat bun conductor de sarcini mobile negative numit strat de inversiune sau canal n. TEC-MOS in aceasta varianta se mai numeste si TEC-MOS cu canal indus. Daca se aplica o tensiune intre electrozii principali va apare un curent prin canalul conductor. In mod obisnuit tensiunea este pozitiva +uDS ca in figura dar o tensiune de semn schimbat va produce un curent de sens opus. Latimea canalului si in consecinta si intensitatea curentului pot fi controlate prin modificarea campului E adica prin modificarea tensiunii de comanda uGS.

Clasificare si simboluri Varianta de tranzistor prezentata in

sectiunea anterioara are denumirea completa TEC-MOS cu canal indus n. Ca si in cazul tranzistorului bipolar, exista si varianta in care zonele de material semiconductor sunt de polaritate opusa si care se numeste TEC-MOS cu canal indus p.

Dar mai exista o alta varianta tehnologica, la care canalul conductor intre zonele Sursa si Drena este realizat din constructie, tranzistorul fiind denumit TEC-MOS cu canal initial, figura 2.31.

Canalul cu purtatori n exista in absenta tensiunilor de polarizare si a campului electric in zona izolanta de oxid de siliciu. O tensiune aplicata intre sursa si drena va conduce la o circulatie de curent. Daca se aplica pe grila o tensiune uGS pozitiva, canalul se largeste si curentul creste, daca se aplica pe grila o tensiune uGS negativa, canalul se ingusteaza si curentul scade. La o anumita limita a tensiunii negative de comanda canalul se inchide si curentul se anuleaza.

Similar cazului TEC-MOS cu canal indus, si aici sunt variante cu canal initial n sau p.

Rezumand, TEC-MOS se clasifica dupa cum urmeaza: TEC-MOS cu canal indus n p TEC-MOS cu canal initial n

p Simbolurile pentru toate variantele de TEC-MOS sunt prezentate in figura 2.32

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

nnp

S G D- - - -

Fig. 2.31 Structura TEC-MOS cu canal

initial n.

GS S S S

D DD D

G G

TEC cu canal indus TEC cu canal initial

canal p canal n canal p canal n Fig. 2.32 Simbolurile TEC-MOS

48

Caracteristici grafice Modul si zonele de functionare ale TEC-MOS pot fi cel mai bine urmarite pe

caracteristicile sau familiile de caracteristici grafice. Cea mai importanta este familia de caracteristici grafice de iesire, care leaga marimile de iesire si anume curentul de drena si tensiunea drena-sursa. Ca parametru este marimea de intrare, tensiunea grila-sursa.

Caracteristicile de iesire ale TEC-MOS cu canal indus n sunt prezentate in figura 2.33. Ele sunt desenate doar pentru modul de polarizare cel mai utilizat, cu tensiune pozitiva drena sursa. Trebuie mentionat ca, spre deosebire de tranzistorul bipolar, TEC-MOS poate functiona pentru ambele polaritati ale tensiunii de

iesire drena-sursa. Daca tensiunea de

comanda uGS este zero sau negativa atunci iD este zero si tranzistorul este blocat. Daca uGS creste atunci se formeaza cxanalul conductor si odata cu polarizarea pozitiva drena-sursa apare un curent de drena.

La tensiuni mici de drena curentul creste liniar. Panta scestuia depinde de tensiunea de comanda u. In zona liniara de variatie (zona care se intinde si le valori negative uDS) tranzistorul se comporta ca o

rezistenta reglabila, comandata de uGS. Urmeaza o zona neliniara de trecere pana cind uDS = uGS, limita marcata prin

linia punctata care delimiteaza intrarea intr-o noua zona liniara, denumita zona de saturatie cu o evolutie a curentului principal asemanatoare cu aceea de la tranzistoarele bipolare in zona de functionare activa. Curentul ramane constant o data cu cresterea in continuare a tensiunii uDS. Dar spre deosebire de tranzistorul bipolar, curentul principal nu mai depinde liniar de marimea de comanda, uGS in cazul de aici. Se observa ca la fiecare crestere de 5 Volti a tensiunii de comanda iD are o crestere mai mare decat la pasul anterior.

ii

u

uuu

[V]5

+5 V+10 V+15 V

+20 V

+25 V

5

[mA]

Fig. 2.33 Caracteristicile de iesire ale TEC-MOS

cu canal indus

ii

u

u

[V]5

-10 V-5 V 0 V

+5 V

+10 V

5

[mA]

Fig. 2.34 Caracteristicile de iesire ale TEC-MOS cu

49

In cazul tranzistorului MOS cu canal initial caracteristicile de iesire au aceeasi forma ca in cazul TEC-Mos cu canal indus (figura 2.34) . Tranzistorul nu mai este blocat la uGS zero. Linia iD corespunzatoare uGS=0 este undeva la mijlocul familiei de caracteristici.

Ca si in cazul TEC-MOS cu canal indus, exista o zona liniara de crestere in care tranzistorul se comporta ca o rezostenta reglabila, una neliniara de trecere si zona de saturatie cu iD constant la variatia uDS. Pentru a bloca tranzistorul este nevoie de o tensiune de comanda negativa. Valoarea de blocare se mai numeste tensiune de patrundere, uP.

Polarizarea tranzistoarelor MOS

La fel ca in cazul tranzistorului bipolar, pentru a aduce TEC-MOS intr-un anumit punct de functionare folosind o singura sursa de alimentare este nevoie de o retea de polarizare. Circuitele utilizate curent pentru polarizarea TEC-MOS sunt prezentate in figura 2.35. Pentru TEC-MOS cu canal initial circuitul este similar circuitului de polarizare cu divizor rezistiv pentru tranzistorul bipolar. Deoarece TEC-MOS este mai putin influentat de modificarile de temperatura lipseste de obicei rezistenta de stabilizare termica.. Pentru TEC-MOS cu canal initial se utilizeaza o schema denumita schema de plarizare cu negativare automata a grilei, figura 2.35b. Curentul de grila fiind nul, potentialul grilei este zero. Dar curentul de drena produce o crestere a potentialului sursei si atunci uGS este automat negativa.

R

RR R

R R

E EA A+ +

D D

GG2

G1

S

a) cu canal indus b) cu canal initial

Fig. 2.35 Circuite de polarizare ale TEC-MOS

UU

rgm

UU

SS

GG DDC

C

rg

m

DS DS

GSGD

a) frecventa joasa b) frecventa inalta 2.36 Scheme echivalente pentru TEC-MOS

50

Scheme echivalente Ca si in cazul tranzistoarelor bipolare rezolvarea circuitelor cu TEC-MOS se

face prin metode grafice sau prin inlocuirea tranzistoarelor cu scheme echivalente liniare. In figura 2.36 sunt prezentate doua circuite echivalente mai des utilizate. Primul este valabil pentru frecvente joase, al doilea pentru frecvente ridicate. In spatiul de intrare rezistenta este foarte mare si este presupusa infinita. Doar la schema de frecventa ridicate se considera spatiul echivalent cu capacitatea electrica dintre grila si sursa. Intre bornele principale, drena si sursa, TEC-MOS se comporta similar cu cel bipolar, fiind echivalent cu un generator de curent comandat de tensiunea de intrare. Factorul de proportionalitate se numeste panta tranzistorului, gm. De obicei se mai ia in considerare si rezistenta echivalenta intre drena si sursa, rDS. Iar pentru schema de frecvente ridicate mai apare un condensator intre drena si grila.

2.6 Dispozitive optoelectronice

Dispozitivele optoelectronice sunt dispozitive elctronice care au legatura cu radiatia electromagnetica optica ce cuprinde spectrul infrarosu, vizibil si ultraviolet.

2.6.1 Prezentare generala

Exista trei categorii de dispozitive optoelectronice in functie de procesul optoelectronic intern:

• fotovoltaice • fotosensibile • fotoemisive Dispozitivele fotovoltaice transforma energia radiatiilor optice direct in energie

electrica. Se mai numesc fotocelule sau celule solare. Celule solare existente astazi au randamentul transformarii mic si pretul raportat la puterea electrica generata mare. Sunt utilzate pentru alimentarea sistemelor portabile de mica putere sau a celor aflate in locuri speciale, de exemplu in spatiul cosmic.

Dispozitivele fotosensibile sunt dispozitive semiconductoare care au parametri ce sunt puternic influentati de radiatia optica. Sunt utilizate de obicei pentru a sesiza prezenta si intensitatea radiatiei optice si se mai numesc din acest motiv si dispozitive fotodetectoare.

Dispozitivele fotoemisive transforma energia electrica in radiatii optice.

2.6.2 Dispozitive fotosensibile Dispozitivele fotosensibile sunt dispozitive semiconductoare care au o parte expusa radiatiei optice, printr-o fereastra transparenta,

u

ii

φφ

φ1

2

0

Fig.2.55 Fotorezistenta

51

care de multe ori realizeaza si o concentrare a radiatiei. Ele sunt fotorezistenta, fotodioda, fototranzistorul si fototiristorul. Fotorezistenta Fotorezistenta este o formata dintr-o pelicula de material semiconductor depusa pe un substrat izolant, cu doua terminale conectate la extremitati. Suprafata peliculei este expusa radiatiei optice si valoarea rezistentei electrice intre terminale depinde de intensitatea radiatiei. Simbolul si caracteristicile grafice curent tensiune pentru diferite valori ale fluxului de radiatii optice sunt prezentate in figura 2.55. Fotodioda Fotodioda este o dioda care are zona jonctiunii p-n expusa radiatiei optice. Simbolul si caracteristicile grafice curent tensiune pentru diferite valori ale fluxului de radiatii optice sunt prezentate in figura 2.56. Fotodioda este destinata sa functioneze in regim de polarizare inversa. Intr-un astfel de regim o dioda este parcursa de un curent mic numit curent de saturatie, IS (figura 2.9). Pentru fotodioda acest curent depinde de intensitatea radiatiei optice. In lipsa radiatiei exista un curent invers mic numit curent de intuneric (curba pentru flux zero, Φ0). In prezenta radiatiei curentul invers creste o data cu cresterea intensitatii fluxului radiatiei oprice. Sensibilitatea fotodiodei depinde si de lungimea de unda a radiatiei. Exista fotodiode sensibile la radiatie luminoasa sau la radiatie in infrarosu. Curentul invers ramane insa mic, de ordinul microamperilor, motiv pentru care fotodioda este mai putin utilizata ca element fotodetector, dispozitivul cel mai folosit in acest scop fiind fototranzistorul. Fototranzistorul Fototranzistorul este un tranzistor care are zona jonctiunii baza-colector expusa radiatiei optice. Simbolul si caracteristicile grafice curent tensiune pentru diferite valori ale fluxului de radiatii optice sunt prezentate in figura 2.57. Radiatia luminoasa actioneaza ca un element de comanda, curentul principal prin tranzistor, curentul de colector dedpinde de radiatia luminoasa la fel cum la un tranzistor comun acelasi curent depinde de curentul de baza. Din acest motiv la majoritatea fototranzistoarelor baza nici nu este conectata la un terminal si fototranzistorul are de cele mai multe ori doar doua terminale, colectorul si

A C

uii

φφφφ

1

2

3

0

Figura 2.56 Fotodioda

Figura 2.57 Fototranzistorul

A CG

Fig 2.58 Fototiristorul

52

emitorul. Sensibilitatea unui fototranzistor este mult mai mare decat a fotodiodei deoarece la fototranzistor intervine si capacitatea de amplificare a acestuia. Curentii sunt de ordinul miliamperilor. Fototranzistorul are si un dezavantaj, inertia lui fiind mai mare decat a fotodiodei. Intarzierea cu care curentul urmeaza variatiile de flux luminos sunt de ordinul zecilor de microsecunde. Fototiristorul Fototiristorul sau LAT (Light Activated Thyristor) este un tiristor care are zona jonctiunii grila-catod expusa radiatiei optice. Simbolul este prezentat in figura 2.58. Radiatia luminoasa actioneaza si in acest caz ca un element de comanda. Fototiristorul este aprins cu ajutorul unui flux de radiatie optica. Stingerea se face la fel ca la tiristorul obisnuit, prin inversarea tensiunii la bornele principale, anod-catod. Semnalul de comanda poate fi transmis prin fibra optica. Se obtine o separare galvanica foarte buna intre circuitul de comanda si tiristor, indispensabila atunci cand tiristorul este utilizat in circuite de inalta tensiune (kilovolti, zeci de kilovolti).

2.6.3 Dispozitive fotoemisive Doua sunt dispozitivele fotoemisive care se folosesc mult in electronica moderna. Primul este dioda luminiscenta, o dioda care emite radiatie optica, luminoasa sau in infrarosu arunci cand este parcursa de curent electric. In combinatie cu o fotodioda sau un fototranzistor dioda luminiscenta formeaza un alt dispositiv utilizat intens, optocuplorul

Al doilea este tubul catodic, care transforma semnalele electrice intr-un flux variabil de electroni si apoi prin intermediul unei substante speciale numita luminofor transforma acest flux de electroni in imagini optice.

Dioda luminiscenta Dioda luminiscenta este cunoscuta si sub denumirea de LED de la numele acesteia in englaza, Light Emitting Diode. Simbolul este prezentat in figura 2.59. Dioda are zona jonctiunii accesibila in exterior printr-o fereastra care poate fi de forme diferite. Atunci cand este polarizata direct si este parcursa de curent dioda emite energie sub forma de radiatie optica, luminoasa, de culori diferite, sau in infrarosu. Intensitatea luminoasa depinde de intensitatea curentului. Diodele luminiscenta au de obicei un prag de deschidere mai mare decat diodele obisnuite, situat in jurul valorii de 2 volti. Diodele luminiscente se folosesc ca indicatoare optice, inlocuindu-le pe acelea cu becuri. Avantajele sunt consum mult mai mic de energie electrica si durata de viata mult mai mare

Optocuplorul

A C

Figura 2.59 Dioda luminiscenta

Figura 2.60 Optocuplorul

53

Optocuplorul este un dispozitiv format dintr-un element fotoemisiv (o dioda luminiscenta), un spatiu de propagare optic care poate fi pur si simplu un spatiu gol, dar poate fi un cablu de fibra optica sau un izolant transparent si un element fotoemisiv, in cele mai multe cazuri un fototranzistor (figura 2.60). Optocuplorul permite realizarea unei izolari electrice perfecte intre doua circuite dar asigura in acelasi timp transmiterea unor semnale electrice intre cele doua circuite. Optocuplorul este un dispozitiv unidirectional, transmite un semnal de la un circuit sursa la un circuit receptor. Semnalul electric de la sursa este transformat in semnal luminos, transmis prin spatiul de propagare optic si transformat din nou in semnal electric in circuitul receptor.

Tubul catodic Un tub catodic este

format dintr-un tub de sticla vidat care are o forma aparte, figura 2.61. In extremitatea mai subtire tubul are un sistem de electrozi care se numeste tun electronic si care poate emite si focaliza electroni intr-un fascicul foarte subtire. Un al doilea sistem de electrozi, plasat la mijlocul tubului si care poate fi in interiorul sau in exteriorul tubului, formeaza sistemul de deflexie, adica sistemul care poate controla directia fasciculului de electroni. In fine, in partea largita a tubului, care se termina cu o suprafata relativ plana, ecranul, este fixat un electrod, anodul, care asigura accelerarea fasciculului. Ecranul este acoperit cu o substamta care sub actiunea unui flux de elecrtroni emite radiatie luminoasa, substanta care se numeste luminofor. Fluxul de electroni dirijat loveste suprafata ecranului si produce o imagine optica care este in corespondenta cu semnale ce controleaza tunul electronic pentru intensitate şi electrozii de deflexie pentru pozitia pe ecran.

Figura 2.61 Tubul catodic