Halbleiter
(66 653)Komponenten und Systeme, die zusammenfassend als „Halbleiter“ bekannt sind, verdanken ihren Namen der Art der Materialien, aus denen sie hergestellt werden. Es handelt sich um Stoffe mit variabler Leitfähigkeit, bei denen diese Eigenschaft von äußeren Faktoren (z. B. Temperatur) abhängig ist. Elektronische Bauteile, die als Halbleiter bezeichnet werden, verwenden Kristalle dieser Substanzen (Silizium, Germanium). Partikel anderer chemischer Verbindungen (z. B. Derivate von Gallium, Phosphor, Aluminium) werden in der Produktionsphase in ihre Struktur eingebracht. Dieser Vorgang wird Dotierung genannt und verursacht einen Elektronenüberschuss oder -mangel in Bezug auf das Leitfähigkeitsniveau (vereinfacht gesagt: Es gibt zu viele oder zu wenige Elektronen als gebraucht wird, damit das Material Strom frei leiten kann). So erhält man entsprechend n-Halbleiter (von der negativen Aufladung durch zusätzliche Elektronen) bzw. p-Halbleiter (positive Aufladung, Elektronenmangel, wodurch sogenannte Löcher entstehen). Durch Verbinden von zwei oder mehr auf diese Weise erzeugten Elementen werden Übergänge (z. B. p-n-Übergang) hergestellt.
Abhängig von der Konfiguration der Halbleiter, aus denen der Übergang besteht, kann er unterschiedliche Eigenschaften haben. Im Falle einer gewöhnlichen Halbleiterdiode wird das die Leitung des Stroms in nur eine Richtung. Bei Bipolartransistoren wird zwischen den dotierten Halbleitern (Kollektor und Emitter) eine schwach dotierte Schicht eines anderen Typs platziert, was zur Entstehung von zwei Übergängen (n-p-n oder p-n-p) führt, deren Leitfähigkeit von den Spannungen zwischen den Anschlüssen abhängt.
Für unipolare Transistoren (FET für field-effect transistor) findet der Elektronenfluss zwischen den aus Halbleitern hergestellten Elektroden Drain und Source statt. Der Strom wird durch Ändern der Source-Gate-Spannung (der dritten Elektrode) gesteuert. Das Anlegen einer Spannung verursacht das Erscheinen eines elektrischen Feldes, das in dem Material zwischen Drain und Source einen Bereich erzeugt, der als Kanal, bezeichnet wird und der den Strom fließen lässt. Im Ruhezustand ist der Kanal das n- oder p-Gebiet (je nach Transistortyp), immer gegenüber Source und Drain, also nicht leitend. Sein Widerstand erreicht die Größenordnung von Megaohm.
Die gebräuchlichste Art von FETs sind Transistoren, bei denen das Gate von den anderen Pins isoliert wird (es fließt kein Strom dadurch). Zu diesen Produkten gehören Komponenten wie MOSFET (metal-oxide-semiconductor). Sie verdanken ihre Beliebtheit sowohl der Arbeitsgeschwindigkeit als auch der mikroskopischen Größe. Die Technologie, sie miteinander zu paaren, um logische Gatter zu erzeugen, wird als CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) bezeichnet und ist die Grundlage der digitalen Elektronik (einschließlich der Herstellung von integrierten Schaltkreisen, Speichern und Mikroprozessoren).
Dies sind die Grundlagen, die verwendet werden können, um die meisten Produkte zu beschreiben, die in der Halbleiterkategorie erhältlich sind. Betrachten wir nun die Aufteilung der Artikel nach ihren Funktionen und Eigenschaften.
Welche Produkte gehören zu Halbleitern?
Was wir mit Elektronik meinen, bedeutet oft einfach elektrische Schaltkreise, die u.a. aus Halbleitern gebaut sind. Kein Wunder, dass es sich um eine der umfangreichsten Abteilungen im TME-Katalog und gleichzeitig um einen riesigen Industriezweig handelt. Werfen wir also einen kurzen Blick auf dieses Sortiment mit den wichtigsten Untergruppen.
Dioden, Gleichrichterbrücken und verwandte Komponenten
Die erste, grundlegende Gruppe besteht aus verschiedenen Typen von Dioden. Zunächst einmal Universal- und Gleichrichterdioden , d.h. diejenigen, die Strom nur in eine Richtung leiten. Ihre häufige Anwendung im Brückensystem ist die Umwandlung von Wechselstrom (direkt aus dem Netz oder in der Sekundärwicklung des Transformators) in Gleichstrom, der zur Versorgung elektronischer Schaltungen verwendet oder weiterverarbeitet werden kann, z.B. in Impulsanlagen. Natürlich erfüllen Dioden noch eine Reihe weiterer Funktionen, z.B. Schutz von Motorsteuerungen vor Beschädigung, Arbeit in Frequenzumrichtern usw. In diese Artikelgruppe fallen auch Zener-Dioden zur Spannungsregelung, Schottky-Dioden, Diodenmodule, sowie verwandte Produkte, wie Thyristoren, Diacs oder Triacs , die es ermöglichen, Leitungen mit relativ hoher Spannung zu steuern.
Transistoren
Transistoren haben wir bereits erwähnt - diese grundlegende elektronische Komponente wird immer noch häufig zum Verstärken und Steuern von Signalen, zum Erstellen von Schaltnetzteilen, in Spannungswandlern und Kommunikationssystemen (kabelgebunden und per Funk) verwendet. Der Katalog von TME umfasst bipolare und unipolare Elemente, Darlington-Schaltungen (mit viel höherer Verstärkung) sowie IGBT-Module und -Elemente. Zu dieser Gruppe gehören auch Leistungsbauelemente in Siliziumkarbid-Technologie (SiC), die den Bau von thermisch beständigen und hochstromfesten Bauelementen ermöglicht.
Integrierte Schaltungen
Integrierte Schaltungen sind derzeit das wichtigste Gebiet der Elektronik. Im Streben nach Miniaturisierung und Energieeffizienz greifen Hersteller zu integrierten Schaltkreisen in standardisierten Gehäusen. Ihre Massenproduktion ermöglicht es, die Preise elektronischer Geräte deutlich zu senken, weshalb die meisten typischen Komponenten in dieser Form verfügbar sind, z.B. Operationsverstärker oder Logikschaltungen (Gatter, Komparatoren, Inverter usw.). Die zahlreichsten Gruppen, die hier vertreten sind, sind verschiedene Typen von Treibern Motor, PWM, MOSFET/IGBT, LED ) und A/D-Wandler und D/A-Wandler (die sogenannten DAC) , die eine einfache Verbindung von digitaler Elektronik mit analogen Komponenten wie Sensoren, Mikrofonen oder Lautsprecher ermöglichen. Hier finden wir Miniatur-Spannungsstabilisatoren (einstellbar und nicht einstellbar) sowie eine Reihe von Produkten für Audio-, RTV-Anwendungen usw.
Mikrocontroller
Das dominierende Feld der Elektronik, d.h.digitale Elektronik ist mit dem allgemeinen Zugriff auf Systeme verbunden, die die Verarbeitung von Informationen ermöglichen, die in Form von logischen Signalen gespeichert sind. Dazu gehören Elemente, die eine Reihe von Funktionen ausführen können (abhängig vom geladenen Programm). Hier bieten wir Lösungen von weltweit führenden Herstellern an (z. B. Microchip), die nicht nur für die Konstruktion und Produktion komplexer Geräte bestimmt sind, die riesige Datenmengen verarbeiten, sondern auch für den Bau von Miniaturschaltungen, mobilen Schaltungen, batteriebetrieben Systemen usw.
Zu solchen häufig verwendeten Systemen gehören unter anderem Mikrocontroller – AVR, PIC oder NXT mit 8-Bit- und 32-Bit-Architektur und sogar mit ARM, die den Bau von hoch miniaturisierten Computern und autonomen IoT-Lösungen (Internet of Things) ermöglicht. Ihr großer Vorteil ist die Integration in einem Gehäuse von nichtflüchtigem/operationalem Speicher, einer Recheneinheit, sowie zahlreichen Peripherien (Konverter, Komparatoren, PWM-Generatoren, Kommunikationsschnittstellen). Auf diese Weise erhalten Designer ein fertiges Mikroprozessorsystem, dank dessen sich ihre Bemühungen auf das Design des Zielgeräts konzentrieren können. Es ist relativ einfach zu programmieren, da auf dem Markt eine Reihe von benutzerfreundlichen Entwicklungsumgebungen (IDEs) verfügbar sind, die hauptsächlich auf C-verwandten Sprachen basieren und von den Herstellern selbst entwickelt wurden. Die Verbindung mit anderen Systemen (z. B. Steuerungen oder Sensoren) erfolgt über dedizierte Bibliotheken. Dies ermöglicht nicht nur die Verkürzung der Entwicklungszeit neuer Produkte, sondern erleichtert auch deren Anpassung an internationale Standards (z. B. USB, WLAN, Bluetooth, SD), was sich in Benutzerfreundlichkeit und Kundenzufriedenheit niederschlägt.
In einem separaten Abschnitt des Katalogs gibt es Programmiergeräte und Debugger für Mikrocontroller. Dabei handelt es sich sowohl um Originallösungen von Herstellern, als auch um ein Angebot von Geräten anderer Anbieter.
Speicher
Halbleiter sind auch verschiedene Arten von Speichern: die Arbeitsspeicher (SRAM, DRAM etc.) und nichtflüchtige Speicher (EEPROM, FLASH usw.). Sie sind in verschiedenen Kapazitäten und Größen erhältlich und mit parallelen und seriellen Schnittstellen ausgestattet. Sie werden den Bau von Geräten ermöglichen, die Informationen aggregieren und Daten speichern (nicht nur Informationen über Einstellungen, sondern auch ganze Aktivitätsprotokolle oder beispielsweise Kamerabilder).
Kommunikationsmodule
Der nächste Teil der Halbleiterkategorie sinid Kommunikationsmodule, die eine bidirektionale Datenübertragung in verschiedenen Standards ermöglichen. Sie sind eine bequeme Methode, um von einem Mikrocontroller gesteuerte Schaltungen mit drahtlosen Netzwerken (WiFi/GPRS/HSPA/LTE) sowie anderen Geräten zu verbinden, z.B. unter Verwendung von Bluetooth- oder ZigBee-Technologien. Dazu gehören auch LoRa-Systeme (Long Range) zum Aufbau komplexerer Netzwerke, die große Räume abdecken, sowie Geolokalisierungs-Signalempfänger (z. B. GPS, Galileo) und an RFID angepasste Elemente (Näherungskommunikationssysteme, wie z.B. Identifikatoren). Die komplexesten Kommunikationsmodule basieren auf Mikrocontrollern, die (zusammen mit Peripheriegeräten und externen Elementen auf der Leiterplatte) als unabhängiges Steuersystem komplexer Geräte fungieren können. Sie sind programmierbar und für die Integration in größere Systeme geeignet.
Entwicklungskits
Entwicklungskits sind spezifischen Systemmodulen (normalerweise Mikrocontrollern) gewidmet, die das Lernen und Prototyping erleichtern. Sie enthalten alle für den Betrieb eines bestimmten Elements notwendigen Komponenten (Versorgungssystem, Entkopplungskondensatoren, oft auch USB-, LAN-Anschlüsse usw.), sodass sich der Designer auf das Programmieren und Testen konzentrieren kann. In dieser Branche finden wir auch beliebte Produkte wie Arduino oder ESP32, also perfekt beschriebene Lösungen, die kostenlos nutzbar und sehr flexibel sind. Sie lassen sich an zahlreiche Anwendungen anpassen – von Hobbyprojekten bis hin zu professionellen Industriesteuerungen.
Halbleiterhardware
Es ist auch erwähnenswert, dass die Gruppe der Halbleiter Hardware und Zubehör umfasst, darunter Kühlkörper (ein wesentliches Element der Thermoregulierung von Hochleistungskomponenten), Sockel zur Montage von Schaltungen auf Leiterplatten, Testständer (verwendet unter anderem in Programmiergeräten) sowie Peltier-Module.
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