Półprzewodniki
(252 152)Komponenty i układy nazywane zbiorczo „półprzewodnikami” biorą swoją nazwę od rodzaju materiałów, których używa się do ich budowy. Są to substancje o zmiennej konduktywności, w których ta właściwość jest uzależniona od czynników zewnętrznych (może być nią np. temperatura). Komponenty elektroniczne określane półprzewodnikami wykorzystują kryształy tych substancji (krzem, german). Do ich struktury na etapie produkcji wprowadza się cząsteczki innych związków chemicznych (np. pochodne galu, fosforu, aluminium). Proces ten nazywa się domieszkowaniem i powoduje nadmiar lub niedobór elektronów względem poziomu przewodnictwa (w pewnym uproszczeniu: elektronów jest zbyt wiele lub zbyt mało, by materiał mógł swobodnie przewodzić prąd). Tak uzyskuje się, odpowiednio, półprzewdoniki typu n (od negatywnego ładunku spowodowanego dodatkowymi elektronami) oraz typu p (ładunek pozytywny, niedobór elektronów powodujący powstanie tzw. dziur). Poprzez łączenie dwóch lub więcej wykonanych w ten sposób elementów uzyskuje się złącza (np. złącze p-n).
W zależności od konfiguracji półprzewodników składających się na złącze, może ono mieć różne właściwości. W przypadku zwykłej diody półprzewodnikowej będzie to przewodzenie prądu tylko w jednym kierunku. W przypadku tranzystorów bipolarnych między półprzewodnikami domieszkowanymi (kolektorem i emiterem) umieszcza się słabo domieszkowaną warstwę odmiennego typu, w efekcie czego powstają dwa złącza (n-p-n lub p-n-p), których przewodnictwo uzależnione jest od występujących między wyprowadzeniami napięć.
W przypadku tranzystorów unipolarnych (FET od ang. field-effect transistor) przepływ elektronów występuje między wykonanymi z półprzewodników elektrodami drenu oraz źródła. Sterowanie prądem odbywa się za pomocą zmiany napięcia źródło-bramka (trzecią elektrodą). Przyłożenie napięcia powoduje pojawienie się pola elektrycznego, które w materiale umieszczonym między drenem oraz źródłem wytwarza obszar nazywany kanałem, ten zaś umożliwia przepływ prądu. W stanie spoczynku kanał jest obszarem n lub p (zależnie od typu tranzystora), zawsze przeciwnym do źródła i drenu, tj. uniemożliwiającym przewodzenie. Jego oporność sięga megaomów.
Najpopularniejszym rodzajem FET-ów są tranzystory, w których bramka jest izolowana od pozostałych wyprowadzeń (nie płynie przez nią prąd). Do takich produktów należą komponenty typu MOSFET (metal-oxide-semiconductor). Swoją popularność zawdzięczają zarówno szybkości działania, jak i mikroskopijnym rozmiarom. Technologia łączenia ich w pary, celem tworzenia bramek logicznych, nazywa się CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) i jest fundamentem elektroniki cyfrowej (m.in. produkcji układów scalonych, pamięci i mikroprocesorów).
Tak przedstawiają się podstawy, za pomocą których można opisać większość produktów dostępnych w kategorii półprzewodników. Teraz przyjrzyjmy się podziałowi artykułów ze względu na ich funkcje i charakterystykę.
Jakie produkty należą do półprzewodników?
To, co rozumiemy pod pojęciem elektroniki, często oznacza po prostu – obwody elektryczne zbudowane z użyciem półprzewodników. Nic więc dziwnego, że jest to jeden z najrozleglejszych działów w katalogu TME, a jednocześnie – olbrzymia gałąź przemysłu. Spójrzmy zatem pobieżnie na ten asortyment z wyszczególnieniem jego najważniejszych podgrup.
Diody, mostki prostownicze i pokrewne elementy
Pierwszą, podstawową grupą, są różnego rodzaju diody. Przede wszystkim uniwersalne i prostownicze, tj. przewodzące prąd tylko w jednym kierunku. Ich częstym zastosowaniem, w układzie mostka, jest przetwarzanie prądu zmiennego (pochodzącego bezpośrednio z zasilania sieciowego lub występującego we wtórnym uzwojeniu transformatora) na prąd stały, który może służyć zasilaniu układów elektronicznych lub być dalej przetwarzany, np. w układach impulsowych. Oczywiście, diody pełnią też szereg innych funkcji, np. zabezpieczają sterowniki silników przed uszkodzeniem, pracują w układach przetwarzania częstotliwości itp. Do tej grupy artykułów zaliczają się również elementy Zenera, służące regulacji napięć, Schottky, moduły diodowe, a także pokrewne produkty, jak tyrystory, diaki czy triaki , pozwalające sterować liniami o stosunkowo dużym napięciu.
Tranzystory
O tranzystorach już wspomnieliśmy – ten podstawowy komponent elektroniczny nadal powszechnie stosuje się do wzmacniania i sterowania sygnałami, tworzenia zasilaczy impulsowych, w przetwornicach napięcia, układach komunikacyjnych (przewodowych i radiowych). W katalogu TME są dostępne elementy bipolarne, unipolarne, układy Darlingtona (o znacznie większym wzmocnieniu), a także moduły i elementy IGBT. W tej grupie znaleźć też można komponenty mocy, wykonane w technologii węglika krzemu (SiC), która pozwala na budowę elementów wytrzymałych termicznie i odpornych na duże prądy.
Układy scalone
Układy scalone to obecnie najważniejsza dziedzina elektroniki. W dążeniu do miniaturyzacji i wydajności energetycznej, producenci sięgają po zintegrowane w zestandaryzowanych obudowach obwody. Ich masowa produkcja pozwala znacznie ograniczyć ceny urządzeń elektronicznych, dlatego w takiej formie dostępna jest większość typowych podzespołów, np. wzmacniacze operacyjne czy układy logiczne (bramki, komparatory, inwertery etc.). Najliczniej reprezentowane tutaj grupy to różnego rodzaju drivery (silnikowe, PWM, MOSFET/IGBT, LED ) oraz przetworniki A/D i D/A (tzw. DAC), pozwalające na łatwe połączenie elektroniki cyfrowej z komponentami analogowymi, jak czujniki, mikrofony lub głośniki. Właśnie tutaj znaleźć można miniaturowe stabilizatory napięcia (regulowane i nieregulowane), a także szereg produktów dedykowanych aplikacjom audio, RTV itp.
Mikrokontrolery
Dominująca dziedzina elektroniki, tj. elektronika cyfrowa związana jest z powszechnym dostępem do układów pozwalających na obróbkę informacji zapisanych w formie sygnałów logicznych. Należą do nich elementy mogące pełnić szereg funkcji (w zależności od wgranego programu). Tutaj oferujemy rozwiązania czołowych światowych producentów (np. Microchip), przeznaczone do budowy i produkcji nie tylko złożonych urządzeń przetwarzających olbrzymie ilości danych, ale również obwodów miniaturowych, mobilnych, zasilanych akumulatorowo/bateryjnie itp.
Do takich powszechnie stosowanych układów zaliczają się m.in. mikrokontrolery AVR, PIC czy NXT, o architekturze 8-bitowej i 32-bitowej, a nawet ARM, umożliwiającej konstrukcję dalece zminiaturyzowanych komputerów i autonomicznych rozwiązań z dziedziny IoT (Internet of Things). Ich olbrzymią zaletą jest integracja w jednej obudowie: pamięci trwałej/operacyjnej, jednostki obliczeniowej, a także licznych peryferiów (przetworników, komparatorów, generatorów PWM, interfejsów komunikacyjnych). W ten sposób konstruktorzy otrzymują gotowy system mikroprocesorowy, dzięki czemu ich wysiłki mogą skupić się na projektowaniu docelowego urządzenia. Jego programowanie jest stosunkowo łatwe, ponieważ na rynku dostępny jest szereg łatwych w obsłudze środowisk programistycznych (IDE), przeważnie opartych na językach pokrewnych C i opracowywanych przez samych producentów. Połączenie z innymi układami (np. sterownikami czy czujnikami) realizuje się, używając dedykowanych bibliotek. Pozwala to nie tylko skrócić czas opracowywania nowych produktów, ale również ułatwia ich przystosowanie do międzynarodowych standardów (np. USB, WiFi, Bluetooth, SD), przekładając się na wygodę użytkowania i satysfakcję klientów.
W osobnym dziale katalogu znalazły się programatory i debuggery do mikrokontrolerów. Są to zarówno oryginalne rozwiązania producentów, jak i ofertę urządzeń od innych dostawców.
Pamięci
Półprzewodniki to także różnego rodzaju pamięci: operacyjne (SRAM, DRAM etc.) oraz nieulotne (EEPROM, FLASH itp.). Dostępne są w różnych pojemnościach, wielkościach, wyposażone w interfejsy równoległe i szeregowe. Umożliwią budowę urządzeń agregujących informacje, przechowujących dane (nie tylko informacje o nastawach, ale też całe dzienniki aktywności czy np. obrazy z kamery).
Moduły komunikacyjne
Kolejny dział kategorii półprzewodników to moduły komunikacyjne, które pozwalają na dwukierunkową transmisję danych w różnych standardach. Stanowią wygodną w implementacji metodę połączenia obwodów sterowanych przez mikrokontroler z sieciami bezprzewodowymi (WiFi/ GPRS/HSPA/LTE), a także innymi urządzeniami, np. wykorzystującymi technologie Bluetooth czy ZigBee. Należą do nich także układy LoRa (long range) służące do budowy rozbudowanych sieci obejmujących duże przestrzenie, jak również odbiorniki sygnałów geolokalizacyjnych (m.in. GPS, Galileo) oraz elementy przystosowane do obsługi RFID (układów komunikacji zbliżeniowej, jak np. identyfikatory). Najbardziej złożone moduły komunikacyjne opierają się na mikrokontrolerach, które (wraz z obecnymi na PCB peryferiami i elementami zewnętrznymi) mogą pełnić rolę samodzielnego układu sterującego złożonymi urządzeniami. Są programowalne i odpowiednio przystosowane do integracji w większych systemach.
Zestawy uruchomieniowe
Zestawy uruchomieniowe to dedykowane konkretnym układom (przeważnie mikrokontrolerom) moduły, które ułatwiają naukę i prototypowanie. Zawierają wszystkie komponenty niezbędne do pracy danego elementu (układ zasilania, kondensatory odsprzęgające, często również złącza USB, LAN itp.), a zatem konstruktor może skupić się na programowaniu i testowaniu. W tej gałęzi znajdujemy też popularne produkty, takie jak Arduino czy ESP32, a więc rozwiązania doskonale opisane, bezpłatne w użytkowaniu i bardzo elastyczne. Mogą być adaptowane do rozlicznych aplikacji – od projektów hobbystycznych, po profesjonalne, przemysłowe sterowniki.
Osprzęt do półprzewodników
Warto też zawrócić uwagę, że grupa półprzewodników obejmuje osprzęt i akcesoria, do których zaliczają się radiatory (niezbędny element termoregulacji komponentów dużej mocy), podstawki do montażu układów na PCB, podstawki testowe (używane m.in. w programatorach), a także moduły Peltiera.
Magazyn:
