Polovodiče
(266 023)Komponenty a obvody spoločne známe ako „polovodiče“ dostali svoje meno podľa typu materiálov použitých pri ich výrobe. Ide o látky s premenlivou vodivosťou, u ktorých táto vlastnosť závisí od vonkajších faktorov (môže ním byť napr. teplota). V elektronických súčiastkach, ktoré nazývame polovodičmi, sa používajú kryštály týchto látok (kremík, germánium). Vo fáze výroby sa do ich štruktúry zavádzajú molekuly iných chemických zlúčenín (napr. deriváty gália, fosforu, či hliníka). Tento proces je známy ako dotovanie a jeho dôsledkom je prebytok alebo nedostatok elektrónov vzhľadom k úrovni vodivosti (zjednodušene povedané: elektrónov je príliš veľa alebo príliš málo na to, aby materiál mohol voľne viesť elektrinu). Takto je následne možné získať, polovodiče typu N (symbol odvodený od negatívneho náboja spôsobeného prebytočnými elektrónmi) a typu P typu P (kladný náboj, nedostatok elektrónov vedúci k tvorbe tzv. dier). Spájaním dvoch alebo viacerých prvkov vyrobených týmto spôsobom sa získavajú prechody (napr. prechod P-N).
Daný prechod môže mať v závislosti od konfigurácie polovodičov, ktoré ho tvoria, rôzne vlastnosti. V prípade bežnej polovodičovej diódy bude tento prechod umožňovať tok prúdu iba v jednom smere. V prípade bipolárnych tranzistorov je medzi dotované polovodiče (kolektor a emitor) umiestnená slabo dotovaná vrstva iného typu, v dôsledku čoho vznikajú dva prechody (N-P-N alebo P-N-P), ktorých vodivosť závisí od napätí medzi vývodmi.
V prípade unipolárnych tranzistorov (FET, ang. field-effect transistor) dochádza k toku elektrónov medzi kolektorom (drain) a emitorom (source), ktoré sú vyrobené z polovodičových materiálov. Tento prúd je možné regulovať zmenou napätia medzi emitorom a riadiacou elektródou (tzv. gate; tretia elektróda). Priložením napätia dochádza k vzniku elektrického poľa, ktoré v materiáli umiestnenom medzi elektródami kolektora a emitora vytvára oblasť, ktorú nazývame kanálom. Kanál umožňuje tok prúdu. V kľude je kanál oblasťou typu N alebo P (v závislosti od typu tranzistora), vždy je však opačného typu ako sú elektródy emitora a kolektora, t.j. takého, aby k toku prúdu nedochádzalo. Hodnota jeho odporu je na úrovni megaohmov.
Najpopulárnejším typom FET sú tranzistory, v ktorých je riadiaca elektróda izolovaná od ostatných vývodov (nepreteká ňou žiadny prúd). Medzi takéto produkty patria komponenty typu MOSFET (metal-oxide-semiconductor). Svoju popularitu si získali najmä vďaka rýchlosti svojej prevádzky a mikroskopickým rozmerom. Technológia ich spájania do párov, cieľom ktorej je tvorba logických hradiel, sa označuje symbolom CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) a je základom digitálnej elektroniky (vrátane výroby integrovaných obvodov, pamätí a mikroprocesorov).
Toto sú základy, pomocou ktorých je možné opísať väčšinu produktov dostupných v kategórii polovodičov. Teraz sa pozrime na rozdelenie výrobkov podľa ich funkcií a vlastností.
Aké produkty patria medzi polovodiče?
To, čo máme na mysli pod pojmom elektronika, často znamená jednoducho elektrické obvody postavené pomocou polovodičových prvkov. Niet preto divu, že ide o jednu z najrozsiahlejších častí v katalógu TME a zároveň o obrovské priemyselné odvetvie. Poďme sa teda v rýchlosti pozrieť na tento sortiment a podrobne si priblížiť jeho najdôležitejšie podskupiny.
Diódy, usmerňovacie mostíky a súvisiace prvky
Prvú, základnú skupinu tvoria rôzne typy diód. Predovšetkým univerzálne a usmerňovacie, tj. také, ktoré umožňujú tok elektrického prúdu iba jedným smerom. Ich častou aplikáciou v obvode usmerňovacieho mostíka je transformácia striedavého prúdu (prichádzajúceho priamo zo siete alebo vyskytujúceho sa v sekundárnom vinutí transformátora) na jednosmerný prúd, ktorý je následne možné použiť na napájanie elektronických obvodov, prípadne ho ďalej spracovávať napr. v spínaných obvodoch. Diódy plnia, samozrejme, aj množstvo ďalších funkcií, napr. chránia ovládače motora pred poškodením, pracujú v systémoch frekvenčnej konverzie atď. Do tejto skupiny výrobkov patria aj Zenerove diódy, umožňujúce reguláciu napätia, Schottkyho diódy, diódové moduly, a rovnako aj všetky súvisiace produkty, ako tyristory, diaky či triaky , umožňujúce ovládať vedenia s relatívne vysokým napätím.
Tranzistory
Tranzistory sme už spomenuli - táto základná elektronická súčiastka sa stále veľmi často využíva na zosilňovanie a riadenie signálov, vytváranie spínaných zdrojov, v meničoch napätia, či v komunikačných systémoch (drôtových aj rádiových). V katalógu TME je možné nájsť bipolárne aj unipolárne prvky, Darlingtonove obvody (s oveľa vyšším zosilnením), a rovnako aj moduly a prvky IGBT. Do tejto skupiny patria aj výkonové komponenty vyrobené technológiou karbidu kremíka (SiC), ktorá umožňuje konštrukciu tepelne odolných vysokoprúdových komponentov.
Integrované obvody
Integrované obvody tvoria v súčasnosti najdôležitejšiu oblasť elektroniky. V honbe za miniaturizáciou a energetickou účinnosťou, siahajú výrobcovia po integrovaných obvodoch v štandardizovaných puzdrách. Ich hromadná výroba umožňuje výrazne znížiť ceny elektronických zariadení, preto je väčšina typických komponentov, napríklad operačné zosilňovače alebo logické obvody (hradla, komparátory, invertory a pod.) dostupná práve v tejto podobe. Najpočetnejšie zastúpenými skupinami sú v tomto prípade rôzne typy ovládačov (motorové, PWM, MOSFET/IGBT, LED ) a A/D a D/A prevodníky (tzv. DAC), umožňujúce jednoduché prepojenie digitálnej elektroniky s analógovými komponentmi, ako sú senzory, mikrofóny alebo reproduktory. Práve tu je možné nájsť miniatúrne stabilizátory napätia (nastaviteľné aj neregulované), ako aj množstvo produktov určených pre audio, RTV atď.
Mikrokontroléry
Dominantná oblasť elektroniky, t.j. digitálna elektronika súvisí so spoločným prístupom k systémom, ktoré umožňujú spracovanie informácií uložených vo forme logických signálov. Patria sem prvky umožňujúce vykonávanie množstva funkcií (v závislosti od načítaného programu). Tu ponúkame riešenia od popredných svetových výrobcov (napr. Microchip), určené na konštrukciu a výrobu nielen zložitých zariadení, ktoré spracúvajú obrovské množstvo dát, ale aj miniatúrnych, mobilných, z batérií/akumulátorov napájaných obvodov a pod.
Medzi takéto bežne používané obvody patria, napr. mikrokontroléry AVR, PIC, či NXT, s 8-bitovou a 32-bitovou architektúrou, či dokonca ARM, umožňujúcou konštruovanie vysoko miniaturizovaných počítačov a autonómnych riešení z oblasti IoT (Internet of Things). Ich veľkou výhodou je integrácia v jednom puzdre: energeticky nezávislej/operačnej pamäte, centrálnej výpočtovej jednotky, ako aj početných periférií (prevodníkov, komparátorov, PWM generátorov a komunikačných rozhraní). Konštruktéri tak majú k dispozícii hotový mikroprocesorový systém, vďaka ktorému sa ich úsilie môže sústrediť výlučne na návrh cieľového zariadenia. Jeho programovanie je relatívne jednoduché, pretože na trhu je k dispozícii množstvo užívateľský nenáročných vývojových prostredí (IDE), založených väčšinou na jazykoch súvisiacich s C a vyvinutých samotnými výrobcami. Prepojenie s inými systémami (napr. ovládačmi alebo snímačmi) umožňuje použitie vyhradených knižníc. Nielenže to umožňuje výrazne skrátiť čas potrebný na vývoj nových produktov, okrem toho to uľahčuje ich prispôsobenie medzinárodným štandardom (napr. USB, WiFi, Bluetooth, SD), čo sa následne premieta do pohodlia používania a spokojnosti zákazníkov.
Samostatnú časť katalógu tvoria programátory a debuggery mikrokontrolérov. Ide tak o originálne riešenia výrobcov, ako aj o ponuku zariadení od iných nezávislých dodávateľov.
Pamäte
Polovodičmi sú aj pamäte rôzneho typu: operačné (SRAM, DRAM atď.) ako aj energeticky-nezávislé (EEPROM, FLASH a pod.). Sú dostupné s rôznymi kapacitami, v rôznych veľkostiach, vybavené paralelným, či sériovým rozhraním. Umožňujú tvorbu zariadení hromadiacich a prechovávajúcich informácie a dáta (nielen informácie o nastaveniach, ale aj celé protokoly aktivít, či napríklad zábery z kamier).
Komunikačné moduly
Ďalšiu kategóriu polovodičov tvoria komunikačné moduly, ktoré umožňujú obojsmerný prenos dát v rôznych štandardoch. Predstavujú pohodlný spôsob prepojenia mikrokontrolérom riadených obvodov s bezdrôtovými sieťami (WiFi/GPRS/HSPA/LTE), či inými zariadeniami, napríklad pomocou technológií Bluetooth alebo ZigBee.. Patria sem aj systémy LoRa (long range) používané na budovanie rozsiahlych sietí pokrývajúcich veľké priestory, ako aj prijímače geolokalizačných signálov (vrátane GPS či Galileo) a prvky určené na podporu technológie RFID (systémy bezdotykovej komunikácie, ako sú identifikátory). Základom najzložitejších komunikačných modulov sú mikrokontroléry, ktoré (spolu s perifériami umiestnenými na DPS a externými prvkami) môžu fungovať ako nezávislý riadiaci systém zložitých zariadení. Sú programovateľné a vhodné na integráciu do väčších systémov.
Vývojové sady
Vývojové sady sú v podstate modulmi, ktoré sú určené pre presne špecifikované systémy (väčšinou ide o mikrokontroléry), ktorých hlavnou úlohou je uľahčiť učenie a vytváranie prototypov. Obsahujú všetky komponenty potrebné pre činnosť daného prvku (napájací systém, oddeľovacie kondenzátory, často aj USB či LAN konektory a pod.), takže sa konštruktér môže plne sústrediť na programovanie a testovanie. V tejto kategórii nájdeme aj obľúbené produkty ako Arduino či ESP32, teda perfektne popísané a veľmi elastické riešenia, ktorých používanie je bezplatné. Môžu byť prispôsobené rôznorodým aplikáciám – od hobby projektov až po profesionálne priemyselné ovládače.
Polovodičové príslušenstvo
Za zmienku tiež stojí, že do skupiny polovodičov patrí aj príslušenstvo a rôzne drobné doplnky, také ako pasívne chladiče (nevyhnutný prvok termoregulácie vysokovýkonných komponentov), pätice pre montáž obvodov na DPS, testovacie pätice (používané okrem iného v programátoroch), a rovnako aj Peltierove moduly.
Sklad:
