Fysikk og teknologi Elektronikk FYS ) Det betyr kjennskap til Ohms lov : U = R I og P = U I

Like dokumenter
Fysikk og teknologi - Elektronikk Mål for opplæringen er at eleven skal kunne

Elektronikk med prosjektoppgaver FYS 1210

Elektronikk med prosjektoppgaver FYS vår 2009

Spenningskilder - batterier

UKE 4. Thevenin Spenningskilde og effektoverføring Fysikalsk elektronikk Ledere, isolatorer og halvledere, doping Litt om AC

Elektronikk med prosjektoppgaver FYS vår 2010

Elektronikk med prosjektoppgaver FYS vår 2012

Spenningskilder - batterier

Elektronikk med prosjektoppgaver FYS vår 2013

Elektronikk med prosjektoppgaver FYS vår 2014

FYS1210 Løsningsforslag Eksamen V2017

Forelesning nr.2 INF 1411 Elektroniske systemer. Effekt, serielle kretser og Kirchhoffs spenningslov

Forelesning nr.2 INF 1411 Elektroniske systemer. Effekt, serielle kretser og Kirchhoffs spenningslov

Forelesning nr.8 INF 1411 Elektroniske systemer. Dioder

Forelesning nr.8 INF 1411 Elektroniske systemer

For å forstå hvordan halvledere fungerer, er det viktig først å ha forstått hva som gjør at noen stoffer leder strøm, mens andre ikke gjør det.

Kapittel 17 Introduksjon til Solid State Components: Diodes

ELEKTRISK STRØM 2.1 ELEKTRISK STRØM ATOMER

LABORATORIERAPPORT. Halvlederdioden AC-beregninger. Christian Egebakken

Forelesning nr.1 INF 1411 Elektroniske systemer. Kursoversikt Strøm, spenning, ladning og Ohms lov

Forslag til løsning på eksamen FYS1210 høsten 2005

Forelesning nr.8 IN 1080 Elektroniske systemer. Dioder og felteffekt-transistorer

Løsningsforslag for obligatorisk øving 1

Kapittel 17 Introduksjon til Solid State Components: Diodes

Forelesning nr.8 INF 1411 Elektroniske systemer. Dioder Praktiske anvendelser

Energiband i krystallar. Halvleiarar (intrinsikke og ekstrinsikke) Litt om halvleiarteknologi

TFE4101 Vår Løsningsforslag Øving 2. 1 Strøm- og spenningsdeling. (5 poeng)

Elektriske kretser. Innledning

LF - anbefalte oppgaver fra kapittel 2

Electronics Technology Fundamentals

Løsningsforslag for øvningsoppgaver: Kapittel 12

Meir om halvleiarar. Halvleiarteknologi

BYGGING AV LIKESTRØMSKILDE OG TRANSISTORFORSTERKER

Løsningsforslag til ukeoppgave 10

Forelesning nr.1 INF 1411 Elektroniske systemer

TFE4100 Kretsteknikk Kompendium. Eirik Refsdal

Velkommen til FYS 1210 Elektronikk med prosjektoppgaver 2016

WORKSHOP BRUK AV SENSORTEKNOLOGI

Théveninmotstanden finnes ved å måle kortslutningsstrømmen (se figuren under).

og P (P) 60 = V 2 R 60

Basis dokument. 1 Solcelle teori. Jon Skarpeteig. 23. oktober 2009

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Lørdag 5. juni Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

Sammendrag, uke 13 (30. mars)

Kondensator. Symbol. Lindem 22. jan. 2012

Forelesning nr.1 INF 1411 Elektroniske systemer. Kursoversikt Strøm, spenning, ladning og Ohms lov

TFE4101 Vår Løsningsforslag Øving 1. 1 Ohms lov. Serie- og parallellkobling. (35 poeng)

Oppgave 1 (30%) SVAR: R_ekv = 14*R/15 0,93 R L_ekv = 28*L/15 1,87 L

LF til KRETSDELEN AV Eksamen i TFE4101 Kretsteknikk og digitalteknikk

UKE 6. Dioder, kap. 17, s , Diode Kretser, kap. 18, s

Kondenserte fasers fysikk Modul 4

Laboratorieøvelse i Elektrisitet, MNFFY103 Institutt for Fysikk, NTNU

UKE 5. Kondensatorer, kap. 12, s RC kretser, kap. 13, s Frekvensfilter, kap. 15, s kap. 16, s

Fys2210 Halvlederkomponenter. Kapittel 1

UKE 5. Kondensatorer, kap. 12, s RC kretser, kap. 13, s Frekvensfilter, kap. 15, s og kap. 16, s.

Forelesning nr.1 IN 1080 Mekatronikk. Kursoversikt Ladning, strøm, spenning og resistans

Fag: Elektroteknikk Løsningsforslag til øving 4

Kondensator - Capacitor. Kondensator - en komponent som kan lagre elektrisk ladning. Symbol. Kapasitet, C = 1volt

59.1 Beskrivelse Bildet under viser hvordan modellen tar seg ut slik den står i utstillingen.

Mandag Institutt for fysikk, NTNU TFY4155/FY1003: Elektrisitet og magnetisme Vår 2007, uke12

Kapittel 17 Introduksjon til Solid State Components: Diodes

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Fredag 25. mai Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN FY1013 ELEKTRISITET OG MAGNETISME II Fredag 8. desember 2006 kl 09:00 13:00

FYSnett Grunnleggende fysikk 17 Elektrisitet LØST OPPGAVE

Løsningsforslag til EKSAMEN

Kondensator - Capacitor. Kondensator - en komponent som kan lagre elektrisk ladning. Symbol. Kapasitet, C. 1volt

Kapittel 17 Introduksjon til Solid State Components: Diodes

Eksamensoppgave i TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

Forelesning nr.1 INF 1411 Elektroniske systemer. Kursoversikt Strøm, spenning, ladning og Ohms lov

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

Fysikk og Teknologi Elektronikk

Halvledere. Vg1 Vg3 Antall elever: Maksimum 15 Varighet: 90 minutter. Passer for:

Solenergi og solceller- teori

Laboratorieøvelse 3 - Elektriske kretser

Forelesning nr.4 IN 1080 Mekatronikk. Vekselstrøm Kondensatorer

Løsningsforslag til ukeoppgave 15

Kap. 4 Trigger 9 SPENNING I LUFTA

Solceller og halvledere

«OPERASJONSFORSTERKERE»

Løsningsforslag for regneøving 1

Forslag til løsning på eksamen FYS1210 våren 2010

Elevverksted Elektronikk Bruk av transistor som bryter

I oppgave 2 og 3 brukes det R 2R nettverk i kretsene. Det anbefales å gjøre denne forberedelsen før gjennomføring av Lab 8.

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN FY1013 ELEKTRISITET OG MAGNETISME II Fredag 9. desember 2005 kl

Forslag B til løsning på eksamen FYS august 2004

BINGO - Kapittel 11. Enheten for elektrisk strøm (ampere) Kretssymbolet for en lyspære (bilde side 211) Enheten for elektrisk ladning (coulomb)

Forslag til løsning på Eksamen FYS1210 våren 2008

Fys2210 Halvlederkomponenter

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

Forelesning nr.2 INF 1411 Elektroniske systemer

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Onsdag 15. august Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

Forslag til løsning på Eksamen FYS1210 våren 2004

Forslag til løsning på eksamen i FY Forslag til løsning på eksamen i F -IN 204 og FY108 våren 2003.

Solceller - Teori og praksis Solcellers virkningsgrad, effekt og elektriske egenskaper.

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

Energibånd i faste stoffer. Et prosjekt i emnet FY1303 elektrisitet og magnetisme, skrevet av Tord Hompland og Sigbjørn Vindenes Egge.

Lab 1 Innføring i simuleringsprogrammet PSpice

Den indre spenning som genereres i en spenningskilde kalles elektromotorisk spenning.

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR MATERIALTEKNOLOGI LØSNINGSFORSLAG

Transkript:

Fysikk og teknologi Elektronikk FYS 1210 Skal vi forstå moderne elektronikk - må vi først beherske elementær lineær kretsteknikk - og litt om passive komponenter - motstander, kondensatorer og spoler 1 ) Det betyr kjennskap til Ohms lov : U = I og P = U I 2 ) Kirchhof lover om distribusjon av strømmer og spenninger i en krets 3 ) Thevenins teorem 4 ) Superposisjonsprinsippet Skjema viser en FM-stereo sender etter FYS1210 skal du kjenne alle disse kretselementene

Fysikk og teknologi - Elektronikk Det var en gang 13. februar 1880 - Thomas A. Edison Problem : Glasset i lyspæra blir svart pga. kullpartiker som sendes ut fra glødetråden Edisons forslag til løsning : ---, if the carbon particles are charged, - it should be possible to draw them to a separate electrode, - away from the glass. -- Furthermore, - it should be possible to measure the electric current to this electrode. - February 13, 1880

Fysikk og teknologi - Elektronikk Det var en gang sommeren 1880 - Thomas A. Edison Lampeglasset forble svart men Edison observerer at - når Anoden er positiv - går det en strøm gjennom den ytre kretsen. Det betyr, - en negativt ladet partikkel må bevege seg fra Katode til Anode. Fenomenet får navnet Edison effekt. ( Husk - Elektronet ble først påvist av J.J. Thomson i 1897 ) Anode + + Glødetråd -e Katode - E-felt

Fysikk og teknologi - Elektronikk Det var en gang - 24 år etter Edison - i 1904 - J.A. Fleming Fleming patenterer sin rectifying valve. AC AC +/- Anode Katode + DC En vekselspenning tilføres Anoden på Katoden gjenfinnes bare de positive komponentene i signalet I dag erstattes Flemings rectiying valve med en halvleder-diode AC Anode Katode Dioden slipper igjennom de positive halvperiodene av signalet

Fysikk og teknologi - Elektronikk Diode The Edison Effect 1880 - og utviklingen videre Fleming 1905 Lee de Forest 1907 / 08 Triode

Fysikk og teknologi - Elektronikk Det var en gang. 1908 (TIODEN, Lee de Forest ) 1948 ( TANSISTOEN, Shockley, Bardeen og Brattein )

Litt kretselektronikk Ohms lov, Kirchhoff og Thevenin s setninger + superposisjonsprinsippet Kirchhoff s Curren Law (KCL) : Summen av strømmene inn til et knutepunkt = summen av strømmene ut fra knutepunktet. i 1 + i 2 + i 3 + i 4 + i 5 = 0 i 1 i 2 1 i 3 2 3 i 1 = i 2 + i 3 i 1 i 2 i 3 i 4 i 5 i 1 + i 2 + i 3 = i 4 + i 5 Lindem 14.01.07 Kirchhoff s Voltage Law (KVL) Summen av alle spenninger i en lukket sløyfe summert i en retning er null.. V 1 V 2 V B + V 1 + V 2 + V 3 = 0 V B = V 1 + V 2 + V 3 V B i V 3

Litt kretselektronikk Serie- og parallellkopling av motstander T = + 1 + 2 3 1 2 3 T 1 = 1 + 1 1 + T 1 2 n 1 2 Spenningsdeler T 1 T = 1 + 2 2 V B 1 2 Spenningen ut fra en spenningsdeler bestemmes av størrelsesforholdet mellom motstandene 1 og 2 V UT = V B 1 + 2 2

Thevenin Ethvert lineært, topolet nettverk virker utad som om det var en spenningsgenerator med en elektromotorisk spenning lik tomgangsspenningen over nettverkets klemmer, - og med en indre motstand lik den vi ser inn i nettverket (fra klemmene) når alle indre spenningskilder i nettverket er kortsluttet og alle indre strømkilder er brutt. Complex linear circuit V TH TH 1 2 V B 3

Thevenin Complex linear circuit V TH TH V B 1 2 3 V TH = 1 + 3 2 + 3 V B 1 2 3 1 2 3 TH = ( 1 + 2 ) 3 ( 1 + 2) TH = ( + ) + 1 2 3 3

Superposisjonsprinsippet : Summer bidragene fra hver enkelt signalkilde 1 kω 1 kω 15 volt 3 volt 1 1 kω Hvor stor er spenningen over 1? 1. Kortslutt først batteriet på 15volt Se på bidraget fra 3volt batteri. 2. Kortslutt batteriet på 3 volt. Se på bidraget fra 15 volt batteri 3. Summer bidragene 1 kω 1 kω 1 1 kω 1 k 1 k 1 1 k V 1 = 1 volt 3 volt 3 v 1 kω 1 kω 1 1 kω 1 k 1 k 1 1 k V 1 = 5 volt 15 volt 15 v V 1 = 5 volt + 1 volt = 6 volt

Kretselektronikk - Ideell spenningskilde eller perfekt spenningskilde. Leverer en utgangsspenning som er konstant uansett hvor mye strøm den leverer.. eell spenningskilde utgangsspenningen vil variere med strømmen. Skyldes at alle spenningskilder har en indre motstand I Lommelyktbatteri I 1Ω Bilbatteri I 0,01 0,1Ω FYS 1210 Elektronikk med prosjektoppgaver

Kretselektronikk - Maksimal effektoverføring fra en signalkilde når last-motstanden = kildens indremotstand

Elektronikk - introduksjon Elektriske ledere - metaller Bors klassiske atom-modell Elektronene legger seg i energi-skall Det enslige elektronet i ytterste skall er svakt bunnet til kjernen. Ved normal temperatur har vi ca 1 fritt elektron pr. atom.

Elektronikk - introduksjon Elektriske ledere - metaller Elektronene legger seg i energi-skall

Elektronikk - introduksjon Elektriske isolatorer, halvledere og ledere (metaller) Antall frie elektroner i ledningsbåndet Elektrisk leder (metall) : ca 10 23 elektroner / cm 3 Halvleder : 10 8 10 14 elektroner / cm 3 Isolatorer : ca 10 elektroner / cm 3 Antall elektroner i ledningsbåndet varierer med temperaturen. For Silisium (Si) 25 o C = 2 10 10 elektr / cm 3 ved 100 o C - 2 10 12 elektr /cm 3 Husk at 1 Ampere = 6,28 10 18 elektroner pr. sekund

Halvledere - Silisium (Si) og Germanium (Ge) Halvledere som Silisium og Germanium har 4 elektroner i valensbåndet. De danner lett krystallstrukturer hvor de enkelte atomene kopler seg sammen i en regelmessig diamantstruktur. Et atom utveksler elektroner med 4 nabo-atomer og det dannes sterke kovalente bindinger mellom disse atomene. De omkringliggende atomene danner tilsvarende bindinger mot sine naboatomer osv. 17

Halvledere - Silisium (Si) og Germanium (Ge) 4 valenselektroner Silisium (Si) Germanium (Ge) Valenselektronene til Ge (32) ligger i fjerde skall for Si (14) ligger de i tredje skall dvs. nærmere kjernen. Det betyr at mindre energi skal til for å rive løs et elektron fra Ge enn fra Si. Blir det for mange termisk eksiterte ladningsbærere kan halvlederkomponenter miste sine spesielle egenskaper. Silisium, Si tåler høyere temperatur enn Ge - og Si er derfor det halvledermaterialet som i dag dominerer produksjon av integrerte kretser. Energien som skal til for å bryte de kovalente bindingene er 1,1 ev for Si og 0,7 ev for Ge

Halvledere - Silisium (Si) og Germanium (Ge) Et diagram som viser et rent (intrinsic) Silisium krystall uten eksiterte atomer. Det er ingen elektroner i ledningsbåndet

Halvledere - Silisium (Si) og Germanium (Ge) Ved tilførsel av varme kan det dannes et electron-hole pair. Et elektron som løftes opp fra valensbåndet til ledningsbåndet er et fritt elektron som kan delta i ladningstransport. Elektronet som frigjøres og forlater sitt opprinnelige atom vil etterlate seg et hull et positivt ladd område. Ladningstransport i en ren (intrinsic) halvleder forårsakes av termisk eksiterte elektroner i ledningsbåndet. Hva med lys? 15 34 Planck w = h f h = 4,14 10 evs = 6,63 10 Js h c w ( si ) = 1,1eV h f > w g f = c λ λ < λ < 1, 1 w g µ g m

Halvledere - Silisium (Si) og Germanium (Ge) - + E Når vi setter en spenning over et silisiumkrystall vil de termisk eksiterte elektronene få en rettet bevegelse mot det elektriske feltet. Vi får en elektronstrøm mot den positive elektroden. En annen type strøm vil samtidig oppstå i valensbåndet. Elektronene som forblir i valensbåndet vil være bundet til atomet og kan ikke bevege seg fritt i krystallstrukturen. Imidlertid kan et valenselektron bevege seg til et hull i nærheten og derved etterlate seg et nytt hull se figuren over. Hullet har effektivt beveget seg mot venstre (grå pil). En slik transport av hull i halvledere kalles en hullstrøm. (Men husk - det er ingen fysisk transport av positive ladnigsbærere) 21

Elektronikk - introduksjon Silisium (Si) og Germanium (GE) - Halvledere Doping = tilførsel av fremmedelementer N-dopet med donor-atom P-dopet med akseptor-atom Ioniseringsenergi 0,05eV for P (fosfor) Donoratom Sb = antimon - har samme antall valenselektroner som fosfor P