Dobór elementów półprzewodnikowych

Elementy półprzewodnikowe są jednym z ważniejszych składników współczesnych urządzeń elektronicznych. Dobór elementów o odpowiednich parametrach jest kluczem do poprawnego działania systemu elektronicznego.

Urządzenia półprzewodnikowe to elementy elektroniczne, który wykorzystują właściwości elektroniczne materiałów półprzewodnikowych, głównie krzemu, do działania. Urządzenia te zastąpiły w większości zastosowań niegdyś stosowane lampy próżniowe. Urządzenia półprzewodnikowe są produkowane zarówno jako pojedyncze elementy dyskretne, jak i układy scalone, które składają się z dwóch lub więcej urządzeń – ich liczba w pojedynczej strukturze scalonej może sięgać nawet miliardów – wyprodukowanych na wspólnym podłożu (substracie).

Rodzaje urządzeń półprzewodnikowych

Na rynku dostępne są obecnie setki rodzajów urządzeń półprzewodnikowych wykorzystywanych w elektronice, więcej o tych urządzeniach znajdziesz tutaj. Mimo ogromnego starania urzędów normalizacyjnych, nie udało się opracować ścisłego ich podziału. W grupie urządzeń półprzewodnikowych wyróżnia się między innymi:

• Diody

  • Diody Zenera

  • Diody Schottky’ego

  • Diody zabezpieczające

  • Diody prostownicze i mostki prostownicze

• Tranzystory

  • Tranzystory bipolarne

  • Tranzystory unipolarne (polowe)

  • Moduły IGBT

• Tyrystory, diaki i triaki

• Układy scalone

  • Układy analogowe

  • Układy cyfrowe

  • Procesory i mikrokontrolery

  • Stabilizatory i regulatory napięcia

  • Układy do zastosowań specjalnych

Ważne parametry urządzeń półprzewodnikowych

Każde z urządzeń półprzewodnikowych na zaprezentowanej powyżej liście ma swoje charakterystyczne parametry, jednakże dla dużej części z nich wyróżnić można grupy podobnych parametrów, jakie wykorzystywane są przy ich doborze do konkretnego urządzenia elektronicznego.

Napięcie pracy i napięcia charakterystyczne

W przypadku diod i tranzystorów koniecznie znać trzeba maksymalne napięcie, jakie występować będzie na elemencie podczas jego pracy i dobrać element do tych wymagań. Dodatkowo istotne są napięcia poszczególnych punktów charakterystyki pracy urządzenia półprzewodnikowego. W przypadku diod może być to spadek napięcia na złączu w kierunku przewodzenia czy napięcie Zenera dla diod Zenera. W przypadku tranzystorów polowych – MOSFET – takim parametrem może być minimalne napięcie bramki, potrzebne do pełnego otwarcia tranzystora.

W przypadku układów scalonych, niezwykle istotne jest napięcie zasilania. Zależnie od układu, może ono mieć dużą tolerancję (na przykład wiele układów analogowych poprawnie pracuje przy zasilaniu od 5 V do 24 V), albo niezwykle wąski zakres działania (w przypadku wielu zaawansowanych procesorów napięcie zasilające rdzeń układu musi być zasilany napięciem stabilizowanym z dokładnością do 50 mV).

Maksymalny płynący lub pobierany prąd

Drugim niezwykle ważnym parametrem jest płynący prąd. W przypadku układów scalonych jest to zazwyczaj prąd, który pobierany jest do zasilania. Aby urządzenie działało poprawnie, zasilacz w systemie musi dostarczyć do układu co najmniej taką ilość prądu, inaczej dany układ scalony nie będzie działał poprawnie. W przypadku niektórych układów scalonych, takich jak scalone stabilizatory napięcia czy sterowniki mocy, określa się maksymalny prąd wyjściowy – maksymalny prąd, jaki pobrać można z wyjścia układu scalonego.

W przypadku tranzystorów i diod, specyfikowany w katalogu prąd, dotyczy najczęściej maksymalnego prądu, płynącego przez dany element. Jest to niezwykle istotne w przypadku np. diod prostowniczych czy mostków Graetza, gdyż określa jaki maksymalny prąd prostować można na takim układzie, co finalnie przekłada się na ograniczenie mocy całego zasilacza.