Polovodiče
(251 051)Součástky a obvody nazývané souhrnně „polovodiče” dostaly svůj název od druhu materiálu, který se používá k jejich výrobě. Jsou to látky s proměnlivou vodivostí, u kterých je tato vlastnost závislá na vnějších faktorech (může jím být např. teplota). Elektronické součástky označované jako polovodiče využívají krystaly těchto látek (křemík, germanium). Do jejich struktury se v etapě výroby zavádějí molekuly jiných chemických sloučenin (např. deriváty galia, fosforu, hliníku). Tento proces se nazývá dotování a způsobuje nadbytek nebo nedostatek elektronů vzhledem k úrovni vodivosti (v jistém zjednodušení: elektronů je příliš hodně nebo příliš málo, aby materiál mohl volně vést proud). Tak se získá, příslušně, polovodič typu n (od negativního náboje způsobeného dodatečnými elektrony) a typu p (pozitivní – kladný náboj, nedostatek elektronů způsobující vznik tzv. děr). Spojením dvou nebo více tímto způsobem vyrobených prvků se získají přechody (např. přechod p-n).
V závislosti na konfiguraci polovodičů, které vytvářejí přechod, může tento mít různé vlastnosti. V případě obyčejné polovodičové diody to bude vedení proudu pouze jedním směrem. V případě bipolárních tranzistorů se mezi dotované polovodiče (kolektor a emitor) umístí slabě dotovaná vrstva opačného typu a v efektu tohoto vzniknou dva přechody (n-p-n nebo p-n-p), jejichž vodivost závisí na napětích mezi vývody.
V případě unipolárních tranzistorů (FET od angl. field-effect transistor) protékají elektrony mezi elektrodami kolektoru a emitoruvyrobenými z polovodičů. Ovládání proudu se provádí pomocí změny napětí emitor-hradlo (třetí elektrodou). Přivedení napětí způsobí vznik elektrického pole, které v materiálu mezi kolektorem a emitorem vytváří oblast označovanou jako kanál, ten pak umožňuje průtok proudu. Ve stavu klidu je kanál oblastí n nebo p (v závislosti na typu tranzistoru), vždy opačnou, než je emitor a kolektor, tj. znemožňuje vedení. Jeho odpor dosahuje megaohmy.
Nejpopulárnějším druhem FETů jsou tranzistory, u nichž je hradlo izolované od ostatních vývodů (neprotéká jím proud). K takovým výrobkům patří součástky typu MOSFET (metal-oxide-semiconductor). Za svou popularitu vděčí jak rychlosti funkce, tak i mikroskopickým rozměrům. Technologie jejich spojování do párů za účelem vytváření logických hradel, se nazývá CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) a je základem číslicové elektroniky (mj. výroby integrovaných obvodů, pamětí a mikroprocesorů).
To jsou základní věci, pomocí kterých lze popsat většinu výrobků dostupných v kategorii polovodičů. Nyní se podívejme blíže na dělení komponent podle jejich funkce a charakteristiky.
Jaké výrobky patří k polovodičům?
To, co chápeme pod pojmem elektronika, často prostě označuje elektrické obvody sestavené s použitím polovodičů. Nelze se tedy divit, že je to jedna z nejrozsáhlejších kapitol v katalogu TME a současně obrovské odvětví průmyslu. Pojďme se tedy stručně podívat na tento sortiment a podrobně si představit jeho nejdůležitější podskupiny.
Diody, usměrňovací můstky a příbuzné součástky
První, základní skupinou, jsou různého druhu diody. Především univerzální a usměrňovací, tj. takové které vedou proud pouze jedním směrem. Jejich častým použitím, v můstkovém zapojení, je přetváření střídavého napětí (které pochází přímo ze sítě nebo které je na sekundárním vinutí transformátore) na stejnosměrné napětí, které může sloužit pro napájení elektronických obvodů nebo být dále zpracováváno, např. ve spínaných obvodech. Diody samozřejmě plní také řadu jiných funkcí, např. chrání regulátory motorů před poškozením, pracují v obvodech konverze kmitočtů atp. Do této skupiny zboží se počítají rovněž Zenerovy prvky, které slouží k regulaci napětí, Schottkyho, diodové moduly a také příbuzné produkty, jako jsou tyristory, diaky nebo triaky, které umožňují ovládat linky s poměrně velkým napětím.
Tranzistory
Tranzistory jsme již vzpomínali – tato základní elektronická součástka se nadále běžně používá prozesilování a ovládání signálů, konstrukci spínaných napájecích zdrojů, v měničích napětí, komunikačních obvodech (drátových a rádiových). V katalogu TME jsou dostupné součástky bipolární, unipolární, Darlingtony obvody (se značně větším zesílením) a také moduly a součástky IGBT. V této skupině můžeme najít také výkonové součástky, vyrobené v technologii karbidu křemíku (SiC), která umožňuje konstrukci tepelně odolných součástek a odolávajících velkým proudům.
Integrované obvody
Integrované obvody jsou v současnosti nejdůležitější oblastí elektronika. Při snaze o miniaturizaci a energetickou účinnost sahají výrobci po obvodech integrovaných do standardizovaných pouzder. Jejich masová výroba umožňuje značně redukovat ceny elektronických zařízení, proto je v takové formě dostupná většina typických komponent, např. operační zesilovače nebo logické obvody (hradla, komparátory, invertory atd.). Nejpočetněji zde představované skupiny jsou různého druhu drivery (motorové, PWM, MOSFET/IGBT, LED) a převodníky A/D a D/A (tzv. DAC), které umožňují snadné propojení číslicové elektroniky s analogovými komponentami, jako jsou čidla, mikrofony nebo reproduktory. Právě zde můžeme najít miniaturní stabilizátory napětí (regulované a neregulované) a také řadu produktů určených pro aplikace audio, RTV atp.
Mikrokontroléry
Dominující oblast elektroniky, tj.číslicová elektronika je spojená s všeobecným přístupem k obvodům umožňující zpracování informací zapsaných ve formě logických signálů. Patří k nim součástky, které mohou plnit řadu funkcí (v závislosti na nahraném programu). Zde nabízíme řešení čelních světových producentů (např. Microchipu), určená pro konstrukci a výrobu nejen složitých zařízení zpracovávajících obrovské množství dat, ale rovněž obvodů miniaturních, mobilních, napájených z akumulátorů/baterií atp.
K těmto všeobecně používaným obvodům se počítají mj. mikrokontroléry AVR, PIC nebo NXT, s 8bitovou a 32bitovou architekturou, a dokonce ARM, umožňující konstrukci velmi miniaturizovaných počítačů a autonomních řešení z oblasti IoT (Internet of Things). Jejich obrovskou předností je integrace do jednoho pouzdra: trvalé/operační paměti, výpočetní jednotky a také četné periferie (převodníky, komparátory, generátory PWM, komunikační rozhraní). Tak získávají konstruktéři hotový mikroprocesorový systém, díky čemu se jejich úsilí může soustředit na návrh cílového zařízení. Jeho programování je poměrně snadné, jelikož na trhu je dostupná řada programátorských prostředí se snadnou obsluhou (IDE), založených převážně na jazycích příbuzných C a vyvinutých samotnými výrobci. Propojení s jinými obvody (např. řadiči nebo čidly) se realizuje pomocí vyhrazených knihoven. To umožňuje nejen zkrátit dobu vývoje nových výrobků, ale rovněž usnadňuje jejich přizpůsobení mezinárodním standardům (např. USB, WiFi, Bluetooth, SD), což se projeví v pohodlnosti používání a spokojenosti zákazníků.
V samostatné kapitole katalogu se nacházejí programátory a debuggery pro mikrokontroléry. Jsou to tak originální řešení výrobců, jak i nabídka přístrojů jiných dodavatelů.
Paměti
Polovodiči jsou také paměti různého druhu: operační (SRAM, DRAM atd.) a nevolatilní (EEPROM, FLASH atd.). Jsou dostupné v různých kapacitách, velikostech, vybavené paralelními a sériovými rozhraními. Umožňují konstrukci zařízení shromažďující informace, přechovávající data (nejen informace o nastavení, ale také celé protokoly aktivity či např. snímky z kamery).
Komunikační moduly
Další skupinou kategorie polovodičů jsou komunikační moduly, které umožňují obousměrný přenos dat v různých standardech. Jsou pohodlně implementovatelnou metodou propojení obvodů řízených mikrokontrolérem s bezdrátovými sítěmi (WiFi/ GPRS/HSPA/LTE) a také jinými zařízení, např. takovými, která používají technologie Bluetooth nebo ZigBee. Patří k nim také obvody LoRa (long range), které slouží ke stavbě rozsáhlých sítí zahrnujících velké prostory, jak rovněž přijímače geolokalizačních signálů (mj. GPS, Galileo) a prvky přizpůsobené podpoře RFID (obvody komunikace na krátkou vzdálenost, jako např. identifikátory). Nejsložitější komunikační moduly jsou založeny na mikrokontrolérech, které (spolu s perifériemi a externími součástkami na plošném spoji) mohou plnit roli samostatného obvodu řídícího složitá zařízení. Jsou programovatelné a patřičně přizpůsobené integraci do větších systémů.
Vývojové kity
Vývojové kity jsou moduly určené pro konkrétní obvody (převážně mikrokontroléry), které usnadňují učení a tvorbu prototypů. Obsahují všechny součástky nezbytné pro funkci daného prvku (napájecí obvod, oddělovací kondenzátory, často rovněž konektory USB, LAN atp.), a konstruktér se pak může soustředit na programování a testování. V tomto segmentu nacházíme také populární produkty, jako je Arduino nebo ESP32, tedy řešení skvěle popsaná, použitelná bezplatně a velmi pružná. Mohou být adaptovaná pro rozličné aplikace – od amatérských projektů, po profesionální, průmyslové regulátory.
Příslušenství polovodičů
Za zmínku také stojí, že skupina polovodičů zahrnuje díly a příslušenství, ke kterým se počítají chladiče (nezbytný prvek termoregulace součástek velkého výkonu), patice pro montáž obvodů na PCB, testovací patice (používané mj. v programátorech), a také Peltierovy moduly.
Sklad:
