知っておくべき半導体デバイスの 6 つの電子基盤

半導体デバイス ダイオード

ダイオードは、P と N と呼ばれる 2 つの異なる半導体材料で構成される半導体デバイスの最も単純な形式です。通常、一方向の電気の流れを許可し、反対方向の電気の流れを制限するために使用されます。

P型とN型の物質が融合すると、PN機能が形成されます。クリーンルーム内のクリーンな環境で行う必要があります。導電率の異なる物質を接合すると、負の電子が正の電荷に引き寄せられ、接合部に一種の境界が形成されます。他の同様の電荷は反発し、電子の流れと正電荷が平衡状態にある交差点に空乏領域が形成されます。

アジアのダイオードの設計により、順方向バイアスまたは逆方向バイアスにすることができます。

半導体デバイス - 順方向バイアス

P側を順流に接続すると順バイアスと呼ばれ、回路に電気が流れます。

半導体デバイス - 逆バイアス

逆バイアス構成では、P 側をより負の電圧に接続するため、入ってくる電子は反発されます。回路内の電気の流れを遮断します。

半導体デバイス–アプリケーション

ダイオードの一般的な用途を以下に示します

1. 整流器のダイオード

ダイオードは、AC から DC に電力を整流するさまざまな整流器回路の設計に役立ちます。ダイオードを使用した整流回路のいくつかの基本的なタイプは次のとおりです。

1.半波

2. 全波センタータップ

3.フルブリッジ

入力 AC の半サイクルごとにダイオードのバイアスを交互に切り替えることで、電流を DC に整流します。さらに、リップル効果を避けるために、これらの回路にコンデンサを使用することもできます。

クリッパー回路のダイオード

クリッピング回路は、FM 送信機から過剰なノイズを除去するのに役立ちます。使用されるダイオード構成のタイプに基づいて、これらの回路を次のように分類できます。

1.シリーズクリッパー

ダイオードは、入力電圧の正の半サイクルの間逆バイアスされ、負の半サイクルの間順バイアスされます。

1.シャントクリッパー

ダイオードは、この回路のスイッチとして機能します。正の半サイクルでは順方向にバイアスされ、負のプロセスでは逆に動作します。

クランプ回路のダイオード

クリッパー回路はピーク値を除去しますが、クランパー回路はピーク信号を目的のレベルにシフトするのに役立ちます。 DCリストアラーまたはレベルシフターとも呼ばれます。クランプ回路のタイプは次のとおりです。

1.正のダイオード構成

負のピークは、ゼロ レベルに落ちるようにクランプされます。

1.負のダイオード構成

正のピークはクランプされ、ゼロ レベルに落ちます。

論理ゲートのダイオード

論理ゲートは、AND、OR、NOT、NOR、XOR などの論理演算を実行するために使用されます。論理スイッチの低インピーダンス状態と高インピーダンス状態の概念を逆バイアスと順バイアスに適用することにより、ダイオードはあらゆるタイプの論理ゲートを構築できます。 .

ロジック 1 は高電圧に対応し、ロジック 0 は低電圧に対応します。単純な OR ゲートを構築するには、スイッチ付きの 2 つのダイオードを使用できます。両方のスイッチが開いている場合、ダイオードは逆バイアスされ、出力電圧はゼロになります。 1 つのスイッチを閉じると、1 つのダイオードが順方向バイアスになり、出力電圧が高くなります。

逆電流保護回路のダイオード

ダイオードは、DC 電源の逆極性から回路を保護することができます。 DC 電源接続が正しくない場合、逆極性が発生し、大量の電流が回路に流れ込み、損傷を引き起こす可能性があります。入力の両側にあるブロッキング ダイオードは、負荷と直列に接続されたときに電流供給をブロックするため、この問題を回避するのに役立ちます。ダイオードは、適切な接続では順方向にバイアスされ、間違ったリンクでは逆方向にバイアスされます。

Voltage Multiplier のダイオード

整流回路で複数のダイオードをカスケード接続すると、印加された入力電圧に使用される乗算器の数を掛けた値に等しい出力 DC 電圧を得ることができます。

V out =V in * 乗数

これらの回路は、電圧ダブラーおよびマルチプライヤにすることができます。コンデンサをコースに組み合わせることで、奇数または偶数の複数の入力電圧を出力として得ることができます。

半導体デバイス トランジスタ

トランジスタは、多くの最新のガジェットや電子機器の前身です。信号の増幅やスイッチング回路を可能にし、電子機器に欠かせないものとなりました。

各トランジスタは、エミッタ、ベース、コレクタと呼ばれる 3 つの重要な部分で構成されています。一部のトランジスタは、回路と接続するための追加の基板も備えている場合があります。

さらに、トランジスタに関わる構造、材料、またはメカニズムに従って分類しました。

1. バイポーラ接合トランジスタ (NPN および PNP)

2. 電界効果トランジスタ (JFET および MOSFET)

アプリケーション

トランジスタは、電流の流れを制御する回路内のスイッチおよび増幅器として使用されます。

バイポーラ接合トランジスタ

一般にジャンクション トランジスタと呼ばれる BJT は、構成に基づいてさらに区別することができます。

1. NPN 回路では、構成は CBE (コレクター、ベース、およびエミッター) となります。

2. PNP の場合は EBC です。

NPN の場合、N ドープ材料の 2 つの層を中間の P ドープ材料に接続します。この場合、電子はエミッターからベースに移動し、ボトムはエミッターが放出できる電子の数を制御します。

PNP回路の場合は、NPNと逆の構成になります。両端に 2 つの P ドープ材料があり、ベースは N ドープ材料です。ベースは依然として反対方向の電流の流れを制御しますが.

電界効果トランジスタ

FET トランジスタの動作は、BJT とは少し異なります。ピンで構成され、ゲート、ソース、ドレインの 3 つの部分があります。

ジャンクション FET は、スイッチ、アンプ、および抵抗器として使用される FET の単純なバージョンです。バイアス電流を必要とせず、入力電圧のみで動作します。 P チャンネルと N チャンネルの 2 種類があります。

1.PチャネルJFET

正電荷または正孔によって電流が流れます。

2.NチャンネルJFET

ここで、電子が電流の流れを引き起こします。これらのタイプのトランジスタは、P チャネル トランジスタよりも一般的です。

3.MOSFET

MOSFETは、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略です。これは、チップ設計技術のほとんどの低電力回路で使用される最も一般的なタイプのトランジスタです。名前が示すように、この半導体デバイスはメタル ゲート端子を使用し、ドレイン、ソース、ゲート、ボディ、サブストレートの 4 つの端子を備えています。

MOSFET は、高入力インピーダンスと低出力インピーダンスを提供します。

半導体デバイス オペアンプ

オペアンプ 最小限のコンポーネントで高性能回路を製造するために使用されるアナログ回路ブロックです。負帰還または正帰還システムを使用して、アンプ、コンデンサ、フィルタなどでこれらの回路を使用できます。

DC アンプに似た特性を持つライナー デバイスです。

オペアンプには、反転入力、正午反転入力、および電流と電圧をシンクまたはソースできる出力端子という 3 つの重要な端子があります。

アプリケーション

1.シグナルを比較する

オペアンプは、一方の入力端に印加された電圧を他方の入力端と比較できます。入力の電圧差はオペアンプの飽和を引き起こす可能性があり、両方の入力電圧が同じ大きさの場合、出力電圧はゼロボルトになります。

2. バッファシグナル

負帰還構成で構成されたオペアンプは、ユニティ ゲイン バッファー アンプとして機能します。信号源の負荷の問題を回避するための高入力インピーダンス、低出力インピーダンス、および高電流ゲインを備えています。

3. デュアル電圧を供給する

両電源オペアンプは、正電圧と負電圧の 2 つの異なる電圧を受け取ることができます。非反転端子には正の電圧が供給され、反転端子には単一電源モードのようにグランドに接続される代わりに負の電圧が供給されます。

デュアル電源オペアンプは、AC 信号により適しており、より高い電圧レベルで動作できます。

4.シグナルを増幅する

オペアンプは、非反転および反転入力端子の電圧に基づいて入力信号を増幅できます。

5.シグナルのフィルタリング

1 つのオペアンプで、1 極、2 極、または 3 極のフィルターを提供できます。さまざまなバリエーションで、オペアンプを使用して回路をフィルタリングできます。それらのいくつかは次のとおりです:

1. ローパスフィルター

2.ハイパスフィルター

3. バンドパス フィルター

4.ノッチフィルター

5. 信号の合計

オーディオミキシング回路などでは、印加電圧を加算するためにオペアンプを使用する必要があります。反転増幅回路の仮想アース加算ポイントは、オーディオ入力を加算するのに役立ちます。

半導体デバイス抵抗器

電気プロセスでは、電子の流れを制御し、特定の電圧の電流レベルを調整するために抵抗器が必要です。抵抗器はこれを実現するのに役立ちます。抵抗によって提供される抵抗が高いほど、電流の流れは低くなります。

アプリケーション

1. トランジスタと LED

抵抗器は、適切な量の電流が回路を通過できるようにすることで、トランジスタや LED などの敏感な半導体デバイスを保護するのに役立ちます。

2.タイミングと頻度

抵抗器をコンデンサに接続すると、時間制御回路デバイスを提供できます。閃光やサイレンに使用されるコースの設計に役立ちます。

3. 分圧器

直列回路で抵抗器のデイジー チェーンを接続すると、抵抗器の抵抗値に基づいて目的の電圧降下を得ることができます。結果として生じる電圧は、回路内の各抵抗器によって寄与される抵抗の比率です。

4. 加熱抵抗器

抵抗器は、トースター、電気ストーブ、ヒーターなどの電化製品で電気エネルギーを熱エネルギーに変換するために使用されます。

半導体デバイス コンデンサ

コンデンサは、すべての電子回路の不可欠な部分です。それらは電流で充電でき、一度にすべて放電できます。

アプリケーション

1.タイミング

充電と放電の時間間隔を操作することで、コンデンサは、LED、ラウドスピーカー システム、アラーム、定期的なビープ音を出すコースなどの時間依存回路を使用できます。

2.スムージング

コンデンサと多くの家庭用電化製品を使用して、AC 入力電流を平滑化して DC 出力を生成できます。

3.カップリング

コンデンサ結合は、AC のみを回路に通過させながら、DC をブロックできるメカニズムです。スピーカーはコンデンサを使用してこのメ​​カニズムを実現しており、直流による損傷を回避できます。

4.チューニング

可変コンデンサは、無線システムで回路を調整するために使用されます。これは、LC 発振器を可変コンデンサに接続することによって行われます。

5.エネルギー貯蔵

コンデンサは、エネルギーを蓄え、すぐに放出することができるため、突然のフラッシュが必要なカメラ回路などのアプリケーションで使用されます。

半導体デバイス インダクタ

インダクタは、電流が流れると磁場にエネルギーを蓄える受動電子回路です。中心コアの周りに巻かれたコイルの絶縁ワイヤがインダクタを形成します。これは通常、回路上で最大のコンポーネントです。

アプリケーション

1.フィルター

インダクタはローパス フィルタとして機能し、コンデンサや抵抗と組み合わせると、回路内に高度なフィルタを作成するために使用できます。

2.センサー

インダクタは、磁場および透磁性材料と物理的に接触する必要なく、これらの材料を感知できます。そのため、信号機や同様のアプリケーションのセンサーとして使用するのに優れています。

3.トランスフォーマー

同じ磁路を持つインダクタを組み合わせると、トランスを構成できます。変圧器は、送電網と電源の不可欠な部分です。

4.モーター

誘導モーターは、磁力の助けを借りて、電気エネルギーをより効率的に機械エネルギーに変換するのに役立ちます。 AC入力の誘導モーターを使用して、回転磁場を生成できます。また、誘導モーターは、ローターと機械の間の電気的接触を必要としないため、より安全で信頼性の高い選択肢となります。

5.エネルギー貯蔵

インダクタに電力が供給されている限り、磁場にエネルギーを蓄えることができます。パーソナル コンピューターで使用されるようなスイッチ モード電源で使用できます。

6.オーディオ イコライザー

オーディオ イコライザーは、音楽制作に役立つ特定の種類の電子デバイスです。これらは、特定の周波数を強調またはカットして、必要な音響効果を作成するために使用されます。

さまざまなタイプのイコライザーが利用できますが、最も一般的なものです。

1. シェルビング イコライザー

2.グラフィックイコライザー

3.パラメトリックイコライザー

まとめ

この記事は、半導体と、それらが作ることができるすべてのデバイスの基本的な概要です。

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