Најважније из лекције
LED диода: Ради при директној поларизацији; емитује светлост при рекомбинацији електрона и шупљина на \( p-n \) споју (енергетски ефикасна).
Зенерова диода: Ради при инверзној поларизацији у режиму пробоја (\( U_Z \)); користи се као стабилизатор напона уз обавезан заштитни отпорник \( R_s \).
Фотоотпорник: Заснован на унутрашњем фотоефекту; осветљавањем се повећава број слободних носилаца, те отпорност опада (проводљивост расте).
Транзистор: Основна полупроводничка компонента за појачавање и прекидање електричних сигнала.
Зенерова диода: Ради при инверзној поларизацији у режиму пробоја (\( U_Z \)); користи се као стабилизатор напона уз обавезан заштитни отпорник \( R_s \).
Фотоотпорник: Заснован на унутрашњем фотоефекту; осветљавањем се повећава број слободних носилаца, те отпорност опада (проводљивост расте).
Транзистор: Основна полупроводничка компонента за појачавање и прекидање електричних сигнала.
Светлећа диода (LED – Light Emitting Diode) је полупроводничка диода која емитује приближно монохроматску светлост када је директно поларисана.
До емисије светлости долази услед рекомбинације слободних електрона и шупљина у \( p-n \) споју. При преласку границе споја, електрони ослобађају вишак енергије у облику фотона одређене таласне дужине (од инфрацрвеног до ултраљубичастог спектра).
Струјно-напонска карактеристика светлеће диоде слична је обичној диоди, али је напон провођења већи:
- Црвене LED: око \( 1{,}2\text{ V} \)
- Плаве LED: око \( 2{,}4\text{ V} \)
Енергетска ефикасност: Класичне сијалице са ужареним влакном око 90% електричне енергије претварају у топлоту, док LED расвета троши знатно мање енергије за исту количину светлости (укупно осветљење једног домаћинства је реда величине \( 100\text{ W} \)).
Примена: Сијалице и расвета, екрани, сигнална светла, дисплеји, као и инфрацрвене (IC) диоде за даљинске управљаче.
Зенерова диода је посебно конструисана полупроводничка диода која ради у режиму електричног пробоја при инверзној поларизацији.
Зенеров напон (\( U_Z \)): Инверзни напон при коме долази до пробоја диоде. Након пробоја, напон на диоди остаје практично константан, без обзира на промене јачине струје кроз њу.
Стабилизација напона: Због константног напона у режиму пробоја, Зенерове диоде се користе као стабилизатори напона у исправљачима и напајањима електронских уређаја.
У колу са Зенеровом диодом обавезно се редно везује отпорник \( R_s \) који ограничава јачину струје кроз диоду како не би дошло до њеног термичког уништења.
Фотоотпорник је полупроводнички елемент чија се електрична отпорност мења под утицајем светлости.
Фотопроводљивост (унутрашњи фотоефекат): Апсорпцијом фотона видљиве светлости, валентни електрони добијају енергију и прелазе из валентне у проводну зону. Тиме се повећава концентрација слободних носилаца наелектрисања.
Основно правило: Са повећањем осветљености полупроводника, његова проводљивост расте, а електрична отпорност опада.
Примена: Детектори нивоа светлости код аутоматског укључивања уличне расвете, уређаја за мерење осветљености код фото-апарата и сензора у алармним системима.
Транзистор је вишеслојна активна полупроводничка компонента конструисана 1947. године (Џон Бардин, Волтер Братен и Вилијам Шокли).
Основне функције транзистора:
- Појачавачка улога: појачавање електричних сигнала малих амплитуда.
- Прекидачка улога: брзо укључивање и искључивање (прекидање) протока струје у колима.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Како се мења електрична отпорност фотоотпорника када се он из мрачне просторије изнесе на дневну светлост? Објаснити зашто.
Електрична отпорност фотоотпорника се смањује (проводљивост се повећава).
Објашњење: При осветљавању долази до унутрашњег фотоефекта – апсорпцијом фотона светлости електрони прелазе из валентне у проводну зону, повећавајући број слободних носилаца наелектрисања.
Објашњење: При осветљавању долази до унутрашњег фотоефекта – апсорпцијом фотона светлости електрони прелазе из валентне у проводну зону, повећавајући број слободних носилаца наелектрисања.
Задатак 2 (средњи): У колу за стабилизацију напона користи се извор једносмерног напона од \( U = 12\text{ V} \), заштитни отпорник \( R_s \) и Зенерова диода са стабилисаним напоном \( U_Z = 5{,}1\text{ V} \). Колики је пад напона на отпорнику \( R_s \)?
Пад напона на отпорнику \( R_s \) једнак је разлици улазног напона и напона на Зенеровој диоди:
\[ U_{Rs} = U - U_Z \]
\[ U_{Rs} = 12\text{ V} - 5{,}1\text{ V} = 6{,}9\text{ V} \]
Одговор: Пад напона на отпорнику износи \( 6{,}9\text{ V} \).
Задатак 3 (средњи): Која је суштинска разлика у начину поларизације и режиму рада између обичне полупроводничке диоде и Зенерове диоде у колу за стабилизацију?
Одговор:
- Обична диода ради при директној поларизацији како би проводила струју, док би је пробојни напон при инверзној поларизацији трајно оштетио.
- Зенерова диода се у колима за стабилизацију везује инверзно и ради управо у режиму електричног пробоја (Зенеров напон), где одржава константан напон независно од јачине струје.
Задатак 4 (тежак): Плава LED диода има напон провођења \( U_1 = 2{,}4\text{ V} \), а црвена LED диода \( U_2 = 1{,}2\text{ V} \). На основу енергије фотона \( E = h \nu = \frac{h c}{\lambda} \), објаснити зашто је напон провођења плаве диоде већи од напона провођења црвене диоде.
Објашњење:
Плава светлост има мању таласну дужину (\( \lambda \)), односно већу фреквенцију (\( \nu \)) од црвене светлости. Због тога фотони плаве светлости носе већу енергију:
\[ E_{\text{плава}} > E_{\text{црвена}} \]
Пошто енергија емитованог фотона потиче од рекомбинације на \( p-n \) споју (ширине забрањене зоне полупроводника), потребан је већи електрични напон да би електрони савладали енергетску баријеру која одговара плавој светлости. Зато је напон провођења за плаву диоду већи (\( 2{,}4\text{ V} > 1{,}2\text{ V} \)).
