Halfgeleiders
(252 118)Componenten en systemen die gezamenlijk "halfgeleiders" worden genoemd, ontlenen hun naam aan het type materiaal dat is gebruikt om ze te bouwen. Dit zijn stoffen met variabele geleidbaarheid, waarbij deze eigenschap afhankelijk is van externe factoren (bv. temperatuur). Elektronische componenten die halfgeleiders worden genoemd, gebruiken kristallen van deze stoffen (silicium, germanium). Deeltjes van andere chemische verbindingen (bv. derivaten van gallium, fosfor, aluminium) worden in de productiefase aan hun structuur toegevoegd. Dit proces wordt doteren genoemd en veroorzaakt een overmaat of tekort aan elektronen in verhouding tot het niveau van geleidbaarheid (simpel gezegd: er zijn te veel of te weinig elektronen om het materiaal vrijelijk elektriciteit te laten geleiden). Zo ontstaan respectievelijk n-type halfgeleiders (vanwege de negatieve lading door de extra elektronen) en p-type halfgeleiders (positieve lading, tekort aan elektronen waardoor zgn. gaten ontstaan). Door twee of meer op deze manier gemaakte elementen aan elkaar te koppelen, worden overgangen (bv. de pn-overgang) verkregen.
Afhankelijk van de configuratie van de halfgeleiders waaruit de overgang bestaat, kan deze verschillende eigenschappen hebben. In het geval van een gewone halfgeleiderdiode geleidt deze slechts stroom in één richting. Bij bipolaire transistoren wordt een zwak gedoteerde laag van een ander type geplaatst tussen de gedoteerde halfgeleiders (collector en emitter), waardoor twee overgangen ontstaan (n-p-n of p-n-p) waarvan de geleiding afhangt van de spanningen die tussen de geleiders aanwezig zijn.
Bij unipolaire transistoren (FET van het Engelse field-effect transistor), vindt de stroom van elektronen plaats tussen de drain- en source-elektroden die zijn gemaakt van halfgeleiders. De stroom wordt geregeld door de bron-poortspanning (derde elektrode) te variëren. Door het aanleggen van spanning ontstaat een elektrisch veld dat in het materiaal tussen de afvoer en de bron een gebied met de naam kanaal creëert, waardoor stroom kan lopen. In rusttoestand is het kanaal een n- of p-gebied (afhankelijk van het transistortype), altijd tegenovergesteld aan de source en drain, zodat geleiding wordt verhinderd. Zijn weerstand heeft een waarde in de orde van megaohms.
Het populairste type FET's zijn transistors, waarin de poort geïsoleerd is van de andere pinnen (er loopt geen stroom doorheen). Hiertoe behoren componenten van het type MOSFET (metal-oxide-semiconductor). Ze danken hun populariteit aan hun snelheid en hun microscopische afmetingen. De technologie om deze aan elkaar te koppelen tot logische poorten heet CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) en vormt de basis van digitale elektronica (o.a. de productie van chips, geheugens en microprocessors).
Dit zijn de basisprincipes waarmee de meeste producten in de categorie halfgeleiders kunnen worden beschreven. Laten we nu eens kijken naar de indeling van artikelen op basis van hun functies en kenmerken.
Welke producten behoren tot de groep halfgeleiders?
Wat wij onder elektronica verstaan betekent meestal gewoon elektrische schakelingen gebouwd met behulp van halfgeleiders. Het is dan ook niet zo vreemd dat het een van de meest uitgebreide hoofdstukken van de TME-catalogus is en tegelijkertijd een enorme tak van industrie. Laten we dus een vlugge blik werpen op dit assortiment en de belangrijkste subgroepen ervan uitlichten.
Diodes, gelijkrichterbruggen en aanverwante componenten
De eerste basisgroep zijn de verschillende soorten diodes. Vooral de universele en gelijkrichterdiodes die stroom slechts in één richting geleiden. Ze worden in een brugschakeling vaak gebruikt om wisselstroom (rechtstreeks afkomstig van het elektriciteitsnet of de secundaire wikkeling van een transformator) om te zetten in gelijkstroom. Deze kan worden gebruikt om elektronische schakelingen te voeden of verder te verwerken, bv. in schakelende circuits. Natuurlijk vervullen diodes ook een aantal andere functies, ze beschermen bv. motorcontrollers tegen schade, werken in frequentieomzettingssystemen etc. Deze groep artikelen omvat ook Zener-elementen voor spanningsregeling, Schottky-diodes, diodemodules, evenals aanverwante producten, zoals thyristors, diacs en triacs, waarmee lijnen met een relatief hoge spanning kunnen worden aangestuurd.
Transistors
We hebben het al gehad over transistors – deze elektronische basiscomponent wordt nog steeds veel gebruikt voor het versterken en regelen van signalen, het maken van schakelende voedingen, in spanningsomzetters en communicatiecircuits (bedraad en radiografisch). De TME-catalogus bevat bipolaire en unipolaire componenten, Darlington-circuits (met aanzienlijk grotere versterking), evenals IGBT-modules en -componenten. Deze groep omvat ook vermogenscomponenten gemaakt in de siliciumcarbide (SiC)-technologie die de constructie mogelijk maakt van thermisch bestendige en sterkstroombestendige componenten.
Chips
Chips zijn momenteel het belangrijkste gebied van de elektronica. In hun streven naar miniaturisatie en energie-efficiëntie grijpen fabrikanten steeds vaker naar geïntegreerde schakelingen in gestandaardiseerde behuizingen. Door hun massaproductie kunnen de prijzen van elektronische apparaten aanzienlijk worden verlaagd, waardoor de meeste normale componenten in deze vorm beschikbaar zijn, bv. operationele versterkers of logische circuits (gates, comparators, inverters etc.). De meest talrijke productgroepen zijn de verschillende soorten drivers (motor, PWM, MOSFET/IGBT, led) en A/D-omvormers en D/A-omvormers (zgn. DAC), waardoor digitale elektronica eenvoudig kan worden gecombineerd met analoge componenten zoals sensoren, microfoons of luidsprekers. Hier vindt u miniatuurspanningsstabilisatoren (geregeld en ongeregeld), evenals een reeks producten voor toepassingen op het gebied van audio, consumentenelektronica etc.
Microcontrollers
Het dominante gebied van elektronica, nl. digitale elektronica, heeft betrekking op de algemene toegang tot systemen die de verwerking mogelijk maken van informatie die is opgeslagen in de vorm van logische signalen. Deze omvatten elementen die een aantal functies kunnen uitvoeren (afhankelijk van het geladen programma). Op dit gebied bieden we oplossingen van 's werelds grootste fabrikanten (bv. Microchip) voor het ontwerp en de vervaardiging van niet alleen complexe apparaten die enorme hoeveelheden gegevens verwerken, maar ook van miniatuur-, mobiele, batterijgevoede schakelingen etc.
Veelgebruikte systemen zijn o.a.: AVR-, PIC- of NXT-microcontrollers, met 8-bits en 32-bits architectuur en zelfs ARM-controllers, waardoor sterk geminiaturiseerde computers en autonome oplossingen op het gebied van IoT (Internet of Things) kunnen worden gebouwd. Hun grote voordeel is de integratie in één behuizing van: niet-vluchtig/operationeel geheugen, rekeneenheid, evenals talrijke randapparatuur (transducers, comparatoren, PWM-generatoren, communicatie-interfaces). Op deze manier verkrijgen ontwerpers een kant-en-klaar microprocessorsysteem, waardoor ze hun inspanningen kunnen concentreren op het ontwerpen van het doelapparaat. Het programmeren ervan is relatief eenvoudig, aangezien er een aantal gebruiksvriendelijke ontwikkelomgevingen (IDE's) op de markt zijn, meestal gebaseerd op C-gerelateerde talen en ontwikkeld door de fabrikanten zelf. De koppeling met andere systemen (bv. controllers of sensoren) wordt uitgevoerd met behulp van speciale bibliotheken. Dit maakt het niet alleen mogelijk om de ontwikkeltijd van nieuwe producten te verkorten, maar vergemakkelijkt ook hun aanpassing aan internationale standaarden (bv. USB, wifi, Bluetooth, SD), hetgeen zich vertaalt in gebruiksgemak en klanttevredenheid.
In een apart gedeelte van de catalogus staan de programmeurs en debuggers voor microcontrollers. Dit zijn zowel originele oplossingen van fabrikanten als het aanbod van apparaten van andere leveranciers.
Geheugens
Ook de verschillende soorten geheugens zijn halfgeleiders: operationeel (SRAM, DRAM etc.) en niet-vluchtig (EEPROM, FLASH etc.). Ze zijn verkrijgbaar in verschillende capaciteiten en maten en uitgerust met parallelle en seriële interfaces. Hiermee kunnen apparaten worden gebouwd die informatie verzamelen en gegevens opslaan (niet alleen informatie over instellingen, maar ook hele activiteitenlogboeken of bv. camerabeelden).
Communicatiemodules
Een andere afdeling van de categorie halfgeleiders zijn communicatiemodules die gegevensoverdracht in twee richtingen in verschillende standaarden mogelijk maken. Ze bieden een gemakkelijk te implementeren methode om microcontrollergestuurde circuits te verbinden met draadloze netwerken (WiFi/GPRS/HSPA/LTE), alsook met andere apparaten, bv. die welke gebruik maken van de technologieën Bluetooth of ZigBee. Hiertoe behoren ook LoRa-systemen (long range) voor de aanleg van uitgebreide netwerken die grote gebieden bestrijken, alsmede ontvangers voor geolokalisatiesignalen (bv. GPS, Galileo) en elementen geschikt voor RFID (systemen voor draadloze communicatie, bv. identificatielabels). De meest complexe communicatiemodules zijn gebaseerd op microcontrollers die (samen met de op de printplaat aanwezige randapparatuur en externe componenten) kunnen fungeren als zelfstandig besturingssysteem voor complexe apparaten. Ze zijn programmeerbaar en geschikt voor integratie in grotere systemen.
Ontwikkelkits
Ontwikkelkits zijn modules voor specifieke systemen (meestal microcontrollers) die het leren en prototyping vergemakkelijken. Ze bevatten alle componenten die nodig zijn voor de werking van het betreffende element (voeding, ontkoppelingscondensatoren, vaak ook USB-connectoren, LAN-connectoren etc.), zodat de constructeur zich kan concentreren op het programmeren en testen. In deze tak vinden we ook populaire producten zoals Arduino of ESP32, oplossingen die goed beschreven, gratis te gebruiken en zeer flexibel zijn. Ze kunnen worden aangepast aan tal van toepassingen – van hobbyprojecten tot professionele, industriële controllers.
Accessoires voor halfgeleiders
Het is verder vermeldenswaard dat de groep halfgeleiders ook benodigdheden en accessoires omvat, waaronder koellichamen (een essentieel thermoregulerend element voor krachtige componenten), standaards voor montagecircuits op printplaatjes, teststandaards (o.a. gebruikt in programmeurs), evenals Peltiermodules.
Magazijn:
