Halvledare
(77 089)Komponenter och kretsar som allmänt kallas för ”halvledare” har tagit sitt namn från materialtyp som används för deras produktion. Dessa är ämnen med växlande konduktivitet i vilka denna egenskap är beroende av externa faktorer (det kan vara ex. temperatur). Elektroniska komponenter som betecknas som halvledare använder kristaller av dessa ämnen (kisel, germanium). I tillverkningsskedet införs partiklar av andra kemiska föreningar (ex. gallium-, fosfor-, aluminiumderivat) i deras strukturer. Processen heter dopning och orsakar elektronöverskott eller -brist i förhållande till nivån av den elektriska konduktiviteten (en förenkling: det är för många eller för få elektroner för att materialet fritt ska kunna leda ström). På det viset fås respektive halvledare av n-typ (från negativ laddning som orsakas av positiva elektroner samt av p-typ (positiv laddning, elektronbrist som orsakar bildning av sk. hål). Genom att sammankoppla två eller fler komponenter som utförts på det viset fås kontakter (ex. p-n-kontakt).
Beroende på konfigurationen av halvledare som ingår i kontakten kan den ha olika egenskaper. En vanlig halvledardiod kommer att leda ström endast i en riktning. Vid bipolära transistorer placeras mellan dopade halvledare (kollektor och emitter) ett lågdopat lager av en annan typ vilket ger två kontakter (n-p-n eller p-n-p) vars elektriska konduktivitet är beroende av spänningar mellan terminalerna.
Vid unipolära transistorer (FET från engelska field-effect transistor) genereras elektronflödet mellan av halvledare tillverkade elektroder grinden och källan. Strömstyrning sker genom ändring av spänningen källan-grinden (tredje elektroden). Inkoppling av spänning resulterar i att det uppstår ett magnetfält som i materialet som finns placerat mellan grinden och källan skapar ett område som kallas för kanal och den i sin tur gör det möjligt för strömmen att flyta. I viloläget är kanalen ett n- eller p-område (beroende på transistortyp) som alltid är motsatt till källan och grinden, dvs. omöjliggör konduktivitet. Dess motstånd uppgår till några mega Ohm.
Den populäraste FET-sorten utgörs av transistorer där grinden är isolerad från övriga terminaler (strömmen flyter inte genom den). Till sådana produkter hör komponenter av typ MOSFET (metal-oxide-semiconductor). De har vunnit sin popularitet tack vare en snabb funktion och mikroskopiska mått. Tekniken som innebär att de parkopplas för att skapalogiska grindar kallas för CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) och utgör grunden för den digitala elektroniken (bl.a. tillverkning av IC-kretsar, minnen och mikroprocessorer).
Det var grunderna som kan användas för att beskriva de flesta produkterna som finns tillgängliga i kategorin halvledare. Nu ska vi titta på indelningen av artiklarna efter deras funktioner och egenskaper.
Vilka produkter hör till halvledare?
Begreppet elektroniken avser ofta helt enkelt elektriska kretsar uppbyggda med halvledare. Det är alltså inget konstigt att det är en av de mest omfattande avdelningarna i TMEs katalog och samtidigt en enorm industrigren. Låt oss titta snabbt på sortimentet med de viktigaste undergrupperna.
Dioder, likritarbryggor och liknande komponenter
Den första, grundläggande gruppen utgörs av olika sorters dioder. Framför allt universella och likriktardioder, dvs. dioder som leder ström endast i en riktning. De används ofta som brygga för att omvandla växelström (som kom mer direkt från elnätet eller i transformatorns sekundärlindning) till likström som kan användas för strömförsörjning av elektroniska kretsar eller omvandlas vidare i ex. pulssystem. Självklart har dioderna en hel massa andra funktioner, ex. skyddar motorstyrningar mot skador, arbetar i frekvensomvandlingssystem osv. Till denna artikelgrupp hör också Zener-komponenter för spänningsreglering, Schottky, diodmoduler samt liknande produkter som tyristorer, diac eller triac för styrning av linjer med en relativt hög spänning.
Transistorer
Vi har redan nämnt transistorerna – denna grundläggande elektroniska komponent används fortfarande för att förstärka och styra signaler, skapa pulsnätaggregat, i spänningsomvandlare, kommunikationskretsar (ledningsburna och trådlösa). I TMEs katalog finns bipolära, unipolära komponenter, Darlington-kretsar (med mycket större förstärkning) samt IGBT-moduler och -komponenter. I denna grupp finns även effektkomponenter tillverkade med kiselkarbidtekniken (SiC) som gör det möjligt att bygga upp termiskt beständiga komponenter och komponenter tåliga mot hög ström.
Integrerade kretsar
De integrerade kretsarna är numera det viktigaste elektronikområdet. I strävan efter miniatyrisering och energieffektivitet använder tillverkarna kretsar som är integrerade i standardiserade höljen. Deras masstillverkning medger en betydlig reducering av elektroniska enheters priser varför de flesta typiska komponenter, ex. operativa förstärkare eller logiska kretsar (grindar, komparatorer, inverters osv.) finns tillgängliga i denna form. De största produktgrupperna inom detta område utgörs av olika sorters styrenheter (motor-, PWM-, MOSFET-/IGBT-, LED-styrenheter) samt A/D- och D/A-omvandlare (sk. DAC) som medger en enkel anslutning av digital elektronik med analoga komponenter som sensorer, mikrofoner eller högtalare. Just här kan man hitta spänningsstabilisatorer (justerbara och icke-justerbara) samt en rad produkter avsedda för ljud-, radio- och TV-applikationer osv.
Mikrokontroller
Det dominerande elektronikområdet, dvs. den digitala elektroniken är kopplat till den allmänna tillgången till kretsar för bearbetning av information i form av logiska signaler. Till dessa hör komponenter som kan fylla en rad funktioner (beroende på laddat program). Här erbjuder vi lösningar från världsledande tillverkare (ex. Microchip), avsedda för konstruktion och tillverkning av inte bara invecklade enheter för bearbetning av enorma datamängder utan även miniatyr-, mobila- ackumulator-/batteridrivna enheter osv.
Till sådana populära kretsar hör bl.a. AVR-, PIC- eller NXT-kontroller med 8-bit och 32-bit arkitektur och även ARM som medger konstruktion av miniatyriserade datorer och autonomiska IoT-lösningar (Internet of Things). I ett hölje integreras: ROM-/internt minne, beräkningsenhet samt periferiutrustning (omvandlare, komparatorer, PWM-generatorer, kommunikationsgränssnitt) vilket är en enorm fördel. På det viset får konstruktörerna ett färdigt mikroprocessorsystem varför deras ansträngningar kan fokuseras på projekteringen av målenheten. Dess programmering är relativt lätt eftersom det finns en rad lätthanterliga programmeringsmiljöer (IDE) på marknaden som oftast baseras på C-liknande språk och framtagna av själva tillverkare. Anslutning till andra kretsar (ex. styrenheter och sensorer) sker med hjälp av avsedda bibliotek. Detta hjälper att inte bara korta ner tiden för framtagning av nya produkter utan även underlättar anpassningen till internationella standarder (ex. USB, WiFi, Bluetooth, SD) vilket bidrar till en bekväm användning och kundnytta.
I en särskild avdelning i katalogen finns programmeringsenheter och debuggare till mikrokontroller. Det är både tillverkarnas originallösningar och enheter från andra leverantörer.
Minnen
Halvledare omfattar även olika sorters minnen: interna (SRAM, DRAM osv.) samt icke-flyktiga (EEPROM, FLASH osv.). De finns tillgängliga med olika kapaciteter, storlekar, utrustade med parallella och seriella gränssnitt. De gör det möjligt att bygga enheter som samlar in information, lagrar data (inte bara information om inställningar men även hela aktivitetsloggar eller bilder från kameror).
Kommunikationsmoduler
Nästa avdelning i underkategorin halvledare kommunikationsmoduler som möjliggör dubbelriktad dataöverföring i olika standarder. De utgör en lätt implementerad anslutningsmetod för kretsar som styrs av mikrokontroller med trådlösa nätverk (WiFi/ GPRS/HSPA/LTE) samt andra enheter, ex. som utnyttjar Bluetooth- eller ZigBee-teknik. Till dessa hör även: LoRa-kretsar (long range) för utförande av utbyggda nätverk som omfattar stora områden samt mottagare av geolokaliseringssignaler (bl.a. GPS, Galileo) samt komponenter anpasssade för hantering av RFID (system för kommunikation på näravstånd som ex. identifieringskort). De mest invecklade kommunikationsmodulerna baseras på mikrokontroller som (tillsammans med periferiutrustning på PCB-kortet och externa komponenter) kan tjäna som en självständig krets för styrning av avancerade enheter. De är programmerbara och anpassade för integrering i större system.
Starterkit
Starterkit är moduler som är dedicerade för konkreta kretsar (oftast mikrokontroller) som underlättar inlärning och prototypering. De innehåller alla komponenter som är nödvändiga för drift av en viss komponent (strömförsörjningskrets, avkopplingskondensatorer, ofta även USB-, LAN-kontaktdon osv.) så att konstruktören kan fokusera på programmering och tester. Inom detta område hittar vi populära produkter såsom Arduino eller ESP32, alltså lösningar som är väl beskrivna, med avgiftsfri användning och mycket flexibla. De kan anpassas till talrika applikationer – från hobbyprojekt till professionella, industriella styrenheter.
Kringutrustning till halvledare
Det är också värt att uppmärksamma faktumet att halvledargruppen omfattar kringutrustning och tillbehör med kylflänsar (en komponent som är nödvändig för värmereglering av högeffektskomponenter), hållare för montering av kretsar i PCB-kort, testhållare (som används bl.a. i programmeringsenheter) samt Peltier-moduler.
Lager:
