رفتن به مطلب
spow

طرز کار نیمه هادی ها

پست های پیشنهاد شده

طرز کار نیمه هادی ها

 

 

ترانزیستور نیمه هادی های نوع n , p

اعمال ولتاژ با پلاریته موافق باعث عبور جریان از یک پیوند PN می شود و چنانچه پلاریته ولتاژتغییر کند جریانی از مدار عبور نخواهد کرد.

اگر ساده بخواهیم به موضوع نگاه کنیم عملکرد یک ترانزیستور را می توان تقویت جریان دانست. مدار منطقی کوچکی را در نظر بگیرید که تحت شرایط خاص در خروجی خود جریان بسیار کمی را ایجاد می کند. شما بوسیله یک ترانزیستور می توانید این جریان را تقویت کنید و سپس از این جریان قوی برای قطع و وصل کردن یک رله برقی استفاده کنید.

موارد بسیاری هم وجود دارد که شما از یک ترانزیستور برای تقویت ولتاژ استفاده می کنید. بدیهی است که این خصیصه مستقیما" از خصیصه تقویت جریان این وسیله به ارث می رسد کافی است که جریان وردی و خروجی تقویت شده را روی یک مقاومت بیندازیم تا ولتاژ کم ورودی به ولتاژ تقویت شده خروجی تبدیل شود.

جریان ورودی ای که که یک ترانزیستور می تواند آنرا تقویت کند باید حداقل داشته باشد. چنانچه این جریان کمتر از حداقل نامبرده باشد ترانزیستور در خروجی خود هیچ جریانی را نشان نمی دهد. اما به محض آنکه شما جریان ورودی یک ترانزیستور را به بیش از حداقل مذکور ببرید در خروجی جریان تقویت شده خواهید دید. از این خاصیت ترانزیستور معمولا" برای ساخت سوییچ های الکترونیکی استفاده می شود.

از لحاظ ساختاری می توان یک ترانزیستور را با دو دیود مدل کرد. ترانزستورهای اولیه از دو پیوند نیمه هادی تشکیل شده اند و بر حسب آنکه چگونه این پیوند ها به یکدیگر متصل شده باشند می توان آنها را به دو نوع اصلی PNP یا NPN تقسیم کرد. برای درک نحوه عملکرد یک ترانزیستور ابتدا باید بدانیم که یک پیوند (Junction) نیمه هادی چگونه کار می کند.

یک پیوند نیمه هادی از نوع PN از اتصال دادن دو قطعه نیمه هادی P و N به یکدیگر درست شده است. نیمه هادی های نوع N دارای الکترونهای آزاد و نیمه هادی نوع P دارای تعداد زیادی حفره (Hole) آزاد می باشند. بطور ساده می توان منظور از حفره آزاد را فضایی دانست که در آن

کمبود الکترون وجود دارد.

اگر به این تکه نیمه هادی از خارج ولتاژی بصورت آنچه در شکل نمایش داده می شود اعمال کنیم در مدار جریانی برقرار می شود و چنانچه جهت ولتاژ اعمال شده را تغییر دهیم جریانی از مدار عبور نخواهد کرد (چرا؟).

این پیوند نیمه هادی عملکرد ساده یک دیود را مدل می کند. همانطور که می دانید یکی از کاربردهای دیود یکسوسازی جریان های متناوب می باشد. از آنجایی که در محل اتصال نیمه هادی نوع N به P معمولآ یک خازن تشکیل می شود پاسخ فرکانسی یک پیوند PN کاملآ به کیفیت ساخت و اندازه خازن پیوند بستگی دارد. به همین دلیل اولین دیودهای ساخته شده توانایی کار در فرکانسهای رادیویی - مثلآ برای آشکار سازی - را نداشتند.

معمولآ برای کاهش این خازن ناخاسته، سطح پیوند را کاهش داده و آنرا به حد یک نقطه می رسانند.

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال

نیمه هادی ها گروهی از مواد هستند که از نظر توانایی هدایت الکتریکی بین هادی ها و عایق ها قرار دارند. این عناصر انرژی الکتریکی را به راحتی از خود عبور نمی دهند . انتقال انرژی الکتریکی در این مواد به عواملی مانند تحریک نوری، افزایش دما و میزان ناخالصی های آنان بستگی دارد. از این خواص در علم الکترونیک اسفاده های زیادی می شود.

 

نیمه هادی ها در آخرین لایه الکترونی خود 4 الکترون دارند و می توانند در پیوند کوولانسی با اتمهای اطراف شرکت کنند و نمی توانند مانند الکترونهای فلز ها به راحتی حرکت کنند. عناصر نیمه هادی مانند سیلیسیوم با عدد اتمی 14 و ژرمانیوم با عدد اتمی 32 بیشترین کار برد را در علم الکترونیک دارند.

افزایش هدایت نیمه هادی ها:

 

برای افزایش هدایت در نیمه هادی ها می توان به آنها میزانی از عناصر که دارای بار الکتریکی هستند به آنها اضافه کرد. به این گونه از نیمه هادی ها ، نیمه هادی های ناخالص گفته می شود.

 

اگر به نیمه هادی عنصری ازگروه پنجم مانند آنتیموان (sb) ، فسفر (P) و آرسنیک (As) اضافه شود این نیمه هادی ها را نیمه هادی های نوع N می گویند. هنگامی که یک عنصر پنج ظرفیتی به نیمه هادی های سیلسیوم یا ژرمانیوم اضافه می شود، چهار الکترون آن با چهار الکترون سیلسیوم یا ژرمانیوم پیوند کوولانسی ایجاد می کند و یک اتم دیگر باقی می ماند که در دمای اتقا به راحتی می تواند دربین اتمها جابجا شود. بدین صورت میزان هدایت الکتریکی در نیمه هادی بیشتر می شود.

 

از آنجا که اضافه کردن عنصر گروه پنجم باعث افزایش الکترون می شود، این عنصر را دهدنه الکترون و این نوع نیمه هادی را نیمه هادی ناخالص نوع N می نامند.

 

اگر به نیمه هادی عنصری از گروه 3 مانند انیدیم (In) ، گالیم (Ga) و یا بور (B) اضافه شود به اضای هر اتم ناخالصی یک حفره به کریستان اضافه می شود در این حالت نیمه هادی را از نوع P و اتم ناخالصی را پذیرنده الکترون می نامند.

 

در این حالت هنگامی که عنصر 3 ظرفیتی به اتم چهار ظرفیتی نزدیک می شود 3 پیوند کوولانسی تشکیل می شود و یک الکترون از اتم نیمه هادی باقی می ماند که معادل یک حفره در داخل کریستال است. غلظت ناخالصی و میزان هدایت الکتریکی قابل تنظیم است.

 

در نیمه هادی های نوع N تعداد الکترونهای آزاد بسیار بیشتر از حفره ها است.به همین دلیل به الکترونهای آزاد حامل های اکثریت و به حفره ها حامل های اقلیت می نامند.

 

عمل دوپینگ یعنی اضافه کردن ناخالصی به بدین صورت انجام می شود که ابتدا یک بلور از عنصر نیمه هادی در دمای بسیار بالا ذوب می کنند سپس عنصر ناخالصی مورد نظر را به روشهای گوناگون به بلور ذوب شده اضافه می کنند

محتوای مخفی

    برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.
عیب یابی خازنهاهر گاه یک اهم متر را به خازن سالم وصل کنیم باتری داخلی اهم متر از طریق مقاومت سری داخلی اهم متر، خازن را شارژ می کند. در هنگام شارژ چون جریان در مدار برقرار می شود اهم متر منحرف می شود و به آرامی به سمت چپ بر می گردد.

میزان انحراف عقربه به میزان ظرفیت خازن و مقاومت داخلی اهم متر دارد. برای خازنهای بزرگتر از 100nF میزان انحراف بوسیله چشم دیده می شود ولی برای خازنهای کمتر ممکن است این انحراف توسط چشم دیده نشود. در چنین مواقعی با تعویض ترمینالهای اهم متر و به دلیل تخلیه سپس شارژ شدن مجدد خازن این عمل محسوس تر شده و بهتر دیده می شود.

قبل از اقدام به عیب یابی خازنها باید به این نکات توجه کرد:

1. قبل از عیب یابی، حتما خازن باید تخلیه شود( از طریق اتصال کوتاه کردن دو پایه خازن) زیرا ممکن است ولتاژ داخلی و ذخیره شده در خازن زیاد باشد و به دستگاه اهم متر آسیب برساند.

2.خازن هار بر روی مدار نمی توان تست کرد. ابتدا باید آن را از روی مدار جدا سپس تخلیه و بعد آن را مورد آزمایش قرار داد.

3. در مورد خازنهای الکترولیتی باید پلاریته (پایه مثبت و منفی) آن را رعایت کرد.

خازن در مدارهای متناوب( برق شهر)

هر گاه جریان متناوبی به خازن اعمال شود بعلت شارژ و دشارژ دایمی در مدار، جریانی برقرار می شود که این مقدار جریان به دامنه ولتاژ ، ظرفیت خازن و فرکانس موج متناوب بستگی دارد.

مقاومت ظاهری یا عکس العمل خازنینسبت ولتاژ دو سر خازن به جریان خازن را مقاومت ظاهری یا عکس العمل خازن می نامند. Xc=Vc/Ic

این رابطه بیانگر قانون اهم برای خازن در مدار AC می باشد.

Ic عددی است که آمپر متر AC نشان می دهد. در این رابطه Ic و Vc مقادیر موثر یا مقادیر ماکزیمم جریان و ولتاژ هستند و اگر جریان بر حسب آمپرA و ولتاژ بر حسب ولت V باشد مقدار Xc بر حسب اهم بدست می آید.

مقاومت ظاهری در برابر یک موج سینوسی از رابطه زیر به دست می آید.

Xc=1/2πfcمحل سکونتفلمینگ در تکمیل کار ادیسون ، استوانه‌ای فلزی در پیرامون رشته نازک قرار داد و دریافت که الکتریسیته منفی می‌تواند از رشته نازک به سوی استوانه برود، اما عکس آن ممکن نیست. فلمینگ این وسیله را دیود دو قطبی نامید، چون دارای دو الکترود ، استوانه و رشته نازک بود. او متوجه شد که هنگامی‌که جریان الکتریکی متناوب از این وسیله عبور می‌کرد، تنها نیمه‌های مثبت امواج را عبور می‌داد، یعنی موج یک‌سویه ایجاد می‌کرد.

 

لی دو فارست (Lee De Forest) ، یک مهندس برق آمریکایی ، دیود فلمینگ را به صورت دیود سه قطبی تکمیل کرد. او شبکه‌ای به آن اضافه کرد که نه تنها یکسویه کردن را انجام می‌داد، بلکه سیگنالها را تقویت هم می‌کرد. این وسیله دریچه‌ای گرمایونی (سیم گرم شده) ، انقلابی در عالم ارتباطات به وجود آورد و با تکوین هر چه بیشتر ، به مدت پنجاه سال در این قلمرو یکه ‌تاز بود.

سیم پیچ به طور ساده یک سیم هادی معمولی است که پیچانده شده است . مقاومت اهمی سیم پیچ را در اغلب موارد می توان صفر فرض نمود و بنابر این با عبور جریان dc سیم پیچ مانند یک هادی عمل کرده و عکس العملی ندارد . (ولتاژ دو سر آن صفر است) اما چنانچه جریان عبوری بخواهد تغییر نماید . سیم پیچ با تغییر جریان مخالفت نموده و این مخالفت به صورت ایجاد ولتاژی به نام ولتاژ القائی بروز نماید. و اصولاَ این خاصیت خودالقائی سیم پیچ می نامیم.

هرگاه از سیمی جریان عبور کند اطراف سیم میدان مغناطیسی ایجاد می شود . در سال 1824 دانشمندی به نام اورستد دریافت که هرگاه قطب نمائی به سیم حامل جریان نزدیک شود عقربه منحرف می شود . و اثبات این موضوع است که اطراف سیم حامل جریان میدان مغناطیسی وجود دارد . تجمع براده ها در نزدیکی سیم بیشتر بوده به این معنی که شدت میدان مغناطیسی ایجاد شده در نزدیکی سیم بیشتر است . و هر چه از سیم دورتر شویم میدان مغناطیسی ضعیف تر می شود.

 

 

عمل موتوریدر جلوی سیم حامل جریان میدان مغناطیسی جریان مزبور با میدان مغناطیسی دائم در خلاف جهت بوده و در پشت سیم میدان های مزبور هم جهت هستند بنابر این در پشت سیم یک میدان قوی و در جلوی سیم یک میدان ضعیف بوجود می آید . اختلاف شدت میدان در دو طرف سیم باعث می گردد تا بر سیم حامل جریان نیروئی به سمت بالا وارد شود . امتداد نیروی مزبور عمود بر صفحه ای است که امتداد جریان و میدان مغناطیسی دائم بوجود می آورند و جهت آن در جهتی است که سیم را از میدان قوی تر به سمت میدان ضعیف تر حرکت دهد ، تا تعادل در دو طرف سیم برقرار گردد.پدیده مزبور اساس کار همه موتورهای الکتریکی است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می نماید.

 

 

عمل ژنراتوریعکس پدیده مزبور یعنی موتوری عمل ژنراتوری است . به همان ترتیبی که بر سیم حامل جریان در یک میدان مغناطیسی نیرو وارد می شود . چنانچه یک سیم هادی را در یک میدان مغناطیسی به نحوی حرکت دهیم که خطوط قوای مغناطیسی را قطع نماید تولید جریان می شود که به آن جریان القائی گویند.

 

 

شارژ و دشارژهمانند خازن سیم پیچ هم قابلیت شارژ و دشارژ دارد. با این فرق که انرژی در سیم پیچ به صورت الکترو مغناطیسی ذخیره می شود. در صورتی که انرژی ذخیره شده در خازن از نوع الکترواستاتیکی است.

سالانه حدود ۲۰ تا ۵۰ میلیون تن زباله الکترونیکى در جهان تولید مى شود که در ساختار این زباله ها فلزات سنگین و مواد شیمیایى بسیار سمى وجود دارد.

ایران: چند وقتى است که دو بخش صنایع فلزى و صنایع برق، الکترونیک و فناورى اطلاعات، وزارت صنایع و معادن به دنبال از رده خارج کردن وسایل برقى فرسوده اى هستند که طى سال هاى اخیر، عمر طولانى داشته و در مصرف انرژى سهم بسزایى دارند.

طرح جذب و جلب که هدف مذکور را دنبال مى کند طبق گفته مسئولان وزارت صنایع و معادن تا پایان سال جنبه اجرایى پیدا کرده و خانواده ها در دو بخش لوازم خانگى فرسوده از طریق لیزینگ لوازم خانگى، لوازم صوتى و تصویرى با همکارى سازمان حفاظت محیط زیست مى توانند در تعویض و یا بازیافت لوازم خود اقدام کنند. البته جزئیات طرح جذب و جلب هنوز اعلام نشده است اما با حرکت هایى که در این جریان رخ داده، تولیدکنندگان داخلى قرار است نقش آفرین اصلى باشند.

 

در گزارش ذیل به تجهیزات الکترونیکى اشاره خواهیم داشت که با بازیافت آنها مى توان ضمن درآمدزایى براى کشور، تولیدات داخلى را افزایش داد و در مسیر حذف تجهیزات کامپیوترى فرسوده حرکت کرد.

سالانه حدود ۲۰ تا ۵۰ میلیون تن زباله الکترونیکى در جهان تولید مى شود که در ساختار این زباله ها فلزات سنگین و مواد شیمیایى بسیار سمى وجود دارد.

از سویى دیگر شرکت هاى سازنده روش هاى آسان تر و کم خرج ترى را در پیش گرفته اند و با صادر کردن این محصولات اسقاطى به کشورهاى جهان سوم در واقع مشکلات خود را به این نواحى منتقل مى کنند.

با این اوصاف بحث بازیافت زباله هاى الکترونیکى در دنیا به صورت جدى شروع شده و این در حالى است که در کشور ما هنوز در حد یک پیشنهاد است.

تعداد زیادى از قطعاتى که در ایران استفاده مى شود کهنه و قدیمى است، بنابراین معضل زباله هاى الکترونیکى را باید بحث جدى به حساب آورد.سازمان ها و مراکزى مانند آموزش و پرورش و بانکها معمولاً با رایانه هایى کار مى کنند که از رده خارج هستند و علاوه بر این که تولید زباله کرده و انبارهاى زیادى را اشغال مى کنند در اکثر اوقات شاهد دفع غلط این قطعات هستیم که آسیب جدى را به محیط زیست وارد مى کند.

این گزارش که از سوى دفتر صنایع برق، الکترونیک و فناورى اطلاعات وزارت صنایع و معادن تهیه شده است در ادامه به قانون زباله هاى تجهیزات الکترونیکى و الکتریکى اشاره دارد.

این قانون بازیافت زباله هاى الکترونیکى به میزان ۴ کیلوگرم به ازاى هر نفر را الزامى مى کند. در این راستا در کشورهاى پیشرفته به موجب قانون بازیافت زباله هاى الکترونیکى تولیدکنندگان موظف هستند بودجه طرح هاى بازیافت را تأمین کنند و خرده فروشان خدمات بازپس گیرى را در اختیار مشتریان قرار دهند. مانند hp در ژاپن ، هنگام فروش کالا، مبلغى را نیز به عنوان بازیافت مى گیرد تا بعد از اسقاطى شدن کالاى الکترونیکى ، آن را بار دیگر وارد چرخه مصرف کند.

اما متأسفانه این روند در ایران توسط هیچ کدام از تولیدکنندگان انجام نمى شود. لیائى مدیرکل صنایع برق، الکترونیک و فناورى اطلاعات وزارت صنایع و معادن در این باره مى گوید: با اختصاص تسهیلات از حساب ذخیره ارزى از سال آینده بازیافت زباله هاى الکترونیکى در کشور آغاز خواهد شد.

وى با اشاره به این که وزارت صنایع و معادن با همکارى سازمان حفاظت محیط زیست قصد دارد، در جهت جذب سرمایه گذاران در زمینه بازیافت زباله هاى الکترونیکى اقدام کند، تصریح کرد: کلیه وسایل دیجیتالى نظیر تلویزیون، رادیو، رایانه، چاپگر، دوربین ، مایکرویو، ماشین لباسشویى قابلیت بازیافت دارند.

براساس این گزارش، آژانس اروپایى محیط زیست پس از یک بررسى و محاسبه انجام شده در همه کشورها گزارش داده که حجم سالانه ضایعات الکترونیکى در سال گذشته ۴۰ میلیون تن بوده. یعنى سه برابر سریع تر از مجموع ضایعات و زباله هاى تولید شده توسط انسان در حال اضافه شدن است. لازم به ذکر است هم اکنون بیش از ۴ میلیون رایانه از دور خارج شده در کشور ما وجود دارد.

مؤسسه gartner طى تحقیقات جدید خود نیز اعلام کرده است: تعداد رایانه هاى موجود در جهان از مرز یک میلیارد گذشته است و این بدان معناست که به طور متوسط از هر ۷ نفر در جهان، یک نفر از رایانه بهره مند است و این حاصل رشد ۱۲ درصدى تعداد رایانه ها در هر سال نسبت به سال گذشته است. ضمن این که پیش بینى ها نشان مى دهد که قرار است یک میلیارد رایانه در ۶ سال آینده در کشورهاى در حال توسعه به فروش برسد.

در کنار این رشد چشمگیر، میزان زباله هاى الکترونیکى نیز روبه افزایش است. با توجه به سرعت پیشرفت تکنولوژى در عرصه کامپیوتر و الکترونیک عمر مفید این تجهیزات و کالاها در جهان ۲ تا ۳ سال و در ایران تا ۵ سال و یا بیشتر مى باشد.

به هر ترتیب در ایران حدود ۴ میلیون رایانه باید از رده خارج شود. که این امر بایستى توسط متخصصان بازیافت انجام گردد. در صورت بازیافت صحیح حجم قابل توجهى طلا و آلومینیوم استخراج مى شود. همچنین حدود ۱۵ میلیون تلویزیون لامپى اسقاطى داریم که بایستى از زنجیره معرف خانوارها خارج شود.

 

کنترل ایدز و مالاریا با تلفن همراهمحققان بر این باورند در صورت کنترل خواص فضایی منبع نور ساتع شده می‌توان تصاویر دو بعدی از میکرو ذرات به دست آورد که در این صورت اطلاعاتی کامل تر از خصوصیات ذرات به دست خواهد آمد.

محققان دانشگاه کالیفرنیا به منظور بهبود و ارتقای سطح کنترل بیماری‌هایی مانند ایدز و مالاریا، گوشی تلفن همراهی را تولید کرده‌اند که توانایی کنترل شرایط بیماران مبتلا به این دو بیماری را خواهد داشت.

به گزارش فارس، به گفته محققان این دانشگاه در حال حاضر این سیستم که LUCAS نام دارد با موفقیت بر روی تلفن همراه و دوربین‌های مخصوص وب نصب شده است.

این دو دستگاه قادرند با ثبت تصاویری یکسان با استفاده از طول موجی کوتاه از نور آبی نمونه‌های مایع بدن از قبیل خون و بزاق دهان را مورد بررسی قرار دهد.

 

سیستم LUCAS وظیفه تصویربرداری از میکروذرات موجود در مایعات نمونه را با استفاده از ردیفی حسگر در این تجهیزات به عهده دارد.

 

به دلیل اینکه سلول‌های خون و دیگر میکرو ذرات دارای خصوصیات خاص انکسار نور هستند می‌توان نوع ذرات را با استفاده از این خصوصیات به راحتی و سرعت تشخیص داده و با استفاده از برنامه "تصمیم محاسباتی" تعداد این ذرات را نیز در نمونه مورد آزمایش تعیین کرد.

 

اطلاعات به دست آمده از این سیستم را می‌توان با استفاده از تلفن همراه و یا حافظه‌های قابل حمل به منظور بررسی دقیق و تشخیص بیماری به بیمارستان‌های نزدیک انتقال داد.

با وجود اینکه تصاویر به دست آمده از LUCAS به وضوح تصاویر به دست آمده از میکروسکوپ‌ها نبوده و دانه‌ها و پیکسل‌ها در این تصاویر به وضوح مشخص هستند، با این حال به دلیل سرعت بالای این سیستم در شناسایی و شمارش میکروذرات در نمونه‌های مایع به نسبت میکروسکوپ‌ها که انجام چنین فرایندی در آنها زمان‌گیر، پر هزینه و پیچیده خواهد بود، LUCAS کاربرد بیشتر و مفیدتری در تشخیص بیماری‌ها خواهد داشتمحققان بر این باورند در صورت کنترل خواص فضایی منبع نور ساتع شده می‌توان تصاویر دو بعدی از میکرو ذرات به دست آورد که در این صورت اطلاعاتی کامل تر از خصوصیات ذرات به دست خواهد آمدهمچنین آریا بر اساس گزارش لایوساینس نوشت: محققان در نظر دارند به زودی این سیستم را به صورت ابزاری مجزا از گوشی تلفن همراه و یا دوربینها ارائه دهند تا پزشکان در مناطق دور افتاده جهان بتوانند میزان گسترش بیماری ها را کنترل کرده و نیازهای ضروری برای درمان این بیماریها را تعیین کنند.علاوه بر این سیستم LUCAS می‌تواند در کنترل آب مناطق مختلف نیز مورد استفاده قرار گرفته و ذرات سمی و مهلک درون آب را در زمانی کوتاه مشخص کند.

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از ۷۵ اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به عنوان یک لینک به جای

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.


×
×
  • جدید...