LICEUL TEHNOLOGIC “ AUREL RAINU “ FIENI
PROIECT PENTRU OBTINEREA CERTIFICATULUI DE CALIFICARE PROFESIONALA NIVEL IV
Filiera:Tehnologica Doeni!l:Elec"ronica Doeni!l:Elec"ronica a!"oa"i#ari Pro$il:Tehnic S%eciali#are:Tehnician in a!"oa"i#ari
In&r!a"or :
Can&i&a":
Pro$'Ra&!"a Cri("inel Cla(a a )II*a E
I!nie +,-.
TE/A PROIECTULUI :
C!%rin( Ca% - Arg!en" 00000000000000000 Ca% + Con"in!" %ro%ri! 1#i( 000000000000 +'- Generali"a"i Generali" a"i 00000000000000000 +'+ +'2 +'3 +'4 Sana"a"ea (i (ec!ri"a"ea in !nca 0000000000' Bi5liogra$ie 000000000000000000' Ane6e '''00000000000000000000'
Ca%' - Arg!en" Lumea modernă, dominată de efectele ultimelor descoperiri tehnico-ştiinţifice, de mobilitatea profesiunilor şi a forţei de muncă, solicită astăzi, astăzi, mai mai mult mult ca oricând, oricând, formare formareaa personali personalităţi tăţilor lor rapid rapid adapt ada ptab abil ilee la no noil ilee schimbări, ca posibil să caute soluţii originale la problemele din ce în ce mai complexe şi mai neprevăzute. voluţia rapidă a civilizaţiei impune şcolii contemporane pregătirea gene ge nera raţi ţiil ilor or tine ti nere re astf as tfel el încât încât aces acestea tea să să se poat poatăă integ integra, ra, fără fără difi dificul cultăţ tăţi,i, în societatea informaţională de mâine. !utomatizarea şi cibernetizarea implică tot mai multe procesele intelectuale în prelucrarea şiinterpretarea datelor oferite de computere intensificând domeniile concepţiei, comenzii, controlului, şi organizării muncii. ducaţiei îi revine, mai mult ca oricând, un rol decisiv în dezvoltarea socială şi transformărilecalitative ale vieţii. "a urmare, programul de instruire în şcoală trebuie să fie conceput din perspectiva pedagogiei pedagogiei prospective, tinerii fiind fiind învăţaţi să descopere noi instrumente ale cunoaşterii, să pună noi probleme, săgăsească noi soluţii. #rizontul de cultură generală nu mai estecomplet fără modulul tehnic şi cel tehn tehnol olog ogic ic,, care care permit permi t absolve ab solvenţilor nţilor nu numai nu mai polical po licalifică ifică ri rapide r apide ci şi înţelegerea mai profundă a sensului marilor invenţii şi descoperiri, stimulându-le curiozitatea ştiinţifică, spiritul de cercetare şi descoperire. $n acest context, electronica este disciplina de învăţământ, căreia îi revine o responsabilitatedeosebită. xtraordinara sa dezvoltare, pătrunderea în toate domeniile de activitate ştiinţifico- tehnice,industriale şi economico-sociale impun preg pr egăt ătir ir ea un unei ei for fo r ţe de mu munn că, că , atât at ât l a nive ni vell m ediu ed iu c ât ş i l a nivel superior, în rezonanţă cu cerinţele actuale ale societăţii.
u am ales tema % &tipuri de de diode semiconductoare semiconductoare & deoarece reprezinta o categorie foarte importanta de componente electronice si ele sunt utilizate in foarte multe scheme electrice si electronice. 'tudiul acestor diode m-a a(utat sa-mi aprofundez cunostintele necesare pentru a le putea folosi folosi in diverse scheme. )regatirea profesionala intra adeseori in contact cu acest tip de diode semiconductoare si de aceea este obligatorie cunoasterea constructiei,functionarii si a diverselor utilizari ale acestor diode. )rin realizarea acestui proiect am consultat o bibliografie prin care mi-am largit cunostintele in studiul diodelor semiconductoare. *e aceea, acest proiect va constitui un bogat material de studiu pentru elevii dornici de a se specializa in domeniul electronicii si a automatizarilor. automatizarilor. "ele mai des folosite diode semiconductoare sunt diodele redresoare,ele funcţionează datorita proprietăţii de a se comporta diferit la tensiuni de polarizare directe şi tensiuni de polarizare inverse,astfel la tensiuni de polarizare directe rezistenţa directă este foarte mică iar la polarizarea inversă rezistenţa inversă este foarte mare. *atorită acestei proprietăţi ca la aplicarea unei tensiuni alternative ele funcţionează pe alternanţa pozitivă conducând un curent mare mar e +de ordinul m! sau !, pe alternanţa negativă se vor bloca lăsând să treacă curenţi foarte mici de ordinul m! sau m! care pot fi negli(aţi. tilizarile diodelor semiconductoare se bazeaza pe proprietatile (onctiunii pn studiate anterior. n functie de proprietaea folosita, diodele semiconductoare se impart in mai multe categorii.n activitatea practica se intalnesc diferite marimi fizice ,care se deosebesc intre ele calitativ si cantitativ . valuarea cantitativa a unei marimi de o anumita natura se realizeaza prin masurare. ! masura o marime inseamna a compara cu o marime de aceeasi natura considerate conventional drept marime de masura si a vedea de cate ori unitatea de masura se cuprinde in marimea de masurat .
Ca%' + Con"in!" %ro%ri!*#i( %ro%ri!*#i( +'- Generali"a"i ste formată din două zone semiconductoare, una de tip p şi una de tip n, iar la suprafaţa lor de contact definim (oncţiunea p-n. *ioda semiconductoare este semiconductoare este un dispozitiv electronic constituit dintro (oncțiune pn prevăzută pn prevăzută cu contacte metalice la regiunile p și n și introdusă într-o capsulă din sticlă sticlă,,metal metal,, ceramică sau plastic sau plastic.. /egiunea p a (onc (oncțiuni iuniii constitu constituie ie anodu l diod diodei, ei, iar iar (onc (oncțiune iuneaa n , catodu l. *ioda semiconductoare semiconductoare se caracterizează prin conductivitate conductivitate unidirec țională, ca și dioda cu vid%vid %- în cazul polarizării în sens direct permite trecerea unui curent mare +curent direct,- în cazul polarizării în sens invers permite trecerea unui curent mic +curent invers.
n figura am desenat golurile cu rosu ,electronii cu albastru iar zona desenata cu verde este chiar (onctiunea .
"ele mai des folosite diode semiconductoare sunt diodele redresoare . le funcţionează datorita proprietăţii de a se comporta diferit la tensiuni de polarizare directe şi tensiuni tensiuni de polarizare inverse. !stfel la tensiuni de polarizare directe rezistenţa directă este foarte mică iar la polarizarea inversă rezistenţa inversă este foarte mare. *atorită acestei proprietăţi ca la aplicarea unei tensiuni alternative ele funcţionează pe alternanţa pozitivă conducând un curent mare . )e alternanţa negativă se vor bloca lăsând să treacă curenţi foarte mici de ordinul m! sau m! care pot fi negli(aţi. !cest proces de transformare a unui semnal alternativ într-un semnal continuu poarta numele de redresare. !ceste diode sunt folosite la construcţia redresoarelor care lucrează cu semnale mari şi frecvenţe mici +012z . tilizarile diodelor semiconductoare se bazeaza pe proprietatile (onctiunii pn studiate anterior. n functie de proprietaea folosita, diodele semiconductoare se impart in mai multe categorii. *eoarece (onctiunea pn are o mare diversitate de proprietati, exista un numar mult mai mare de tipuri de diode semiconductoare, decat de diode cu vid sau cu gaz.
2.2
Caracteristica
statica
a
diodei
semiconductoare
• • •
• • •
ID – curent direct
UD – tensiune directă UP – tensiune de prag – reprezinta tensiunea de deschidere a diodei UP = 0,2 – 0,4 V pentru Ge
Uinv – tensiune inversă Iinv – current invers Isat – current de saturaţie
Graficulreprezint Graficulreprezintă ă caracteristica de transfer a diodei semiconductoare. semiconductoare. d
reprezintă tensiunea de polarizare directă a diodei iar 34este tensiunea inversă de polarizare a diodei. $n polarizare directă dioda începe să conducă numai dacă tensiunea directă aplicată pe ea este mai mare mare decât valoarea barierei de potenţial potenţial care este de 1,5 4 la 6e şi 1,7 4 la 'i. n cazul în care tensiunea de polarizare inversă, 34, aplicată diodei depăşeşte valoarea tensiunii de străpungere inversă, dioda va conduce din nou. !cest mod de lucru al diodei este însă periculos şi poate conduce la distrugerea diodei, dacă nu limităm curentul invers prin diodă cu rezistenţe exterioare.
8enomenul de străpungere al (oncţiunii p-n în polarizare inversă este numit% - efect 9ener, 9 ener, dacă valoarea tensiunii inverse de străpungere este mai mică de 04: -- efect de avalanşă, dacă valoarea tensiunii inverse de străpungere este mai mare de 04: *acă semiconductorul nu primeşte energie din exterior, toţi electronii de valenţă rămân în legături covalente covalente şi materialul se comporta dielectric ,când un electron de valenţă primeşte energie din exterior, mai mare decât înălţimea zonei interzise, el poate rupe legătura covalentă devenind electron liber. Legătura nesatisfăcută corespunde unei sarcini pozitive, numită gol , atunci când un electron părăseşte atomul, devenind electron liber, are loc generarea unei perechi perechi electro electrongol ngol.. $ntr-un semiconductor de conductibilitate intrinsecă are loc un proces continuu de generare a perechilor electrongol, simultan se produc şi recombinări electrongol, rezultând atomi neutri .
+'2 7onc"i!nea %n ;oncţiunea pn reprezintă suprafaţa de contact dintre două regiuni una de tip ' i prin impurificare % şi cealaltă de tip n, create într-un monocristal pur de 6e sau 'i cu alte elemente. 6ermaniul 6e şi siliciul 'i sunt semiconductoare pure +intrinseci, tetravalente.
Regi!nea % +semiconductor extrinsec - se obţine prin impurificare+ dopare cu elemente trivalente + se obţine prin impurificare
+'3 7onc"i!nea %n %olari#a"a &irec" ;oncţiunea %neste polarizată direct dacă polul pozitiv al sursei de tensiune se leagă pe regiunea %8 iar polul negativ pe regiunea n '
•
•
)rin (oncţiune trece un curent de difuzie de la % la n numit curent direct d ?m!, !@ dat de purtătorii ma(oritari > golurile /egiunea de barieră se micşorează d +curentul direct creşte exponenţial cu creşterea tensiunii de polarizare directă
+'4 7onc"i!nea %n %olari#a"a in9er(
;oncţiunea pn este polarizată invers dacă plusul sursei de tensiune se aplică pe regiunea n şi minusul pe regiuneap. )rin (oncţiune trece un curent invers inv ?A!, n!@ de la nla p dat de purtătorii minoritari numit si curent de camp . /egiunea de barieră creşte.!tunci creşte. !tunci cand anodul diodei +p= se conecteaza la borna negativa a sursei de tensiune tensiune iar catodul +n- se conecteaza conecteaza la borna pozitiva a aceleiasi surse, avem o dioda cuplata la tensiune in polarizare inversa. *ioda semiconductoare in polarizare inversa blocheaza curentul electric sa treaca prin ea ,dioda conectata in acest fel la un circuit se comporta ca un intrerupator care deschide circuitul +impiedica circulatia curentului prin circuit .
Bensiunea Bensiunea de polarizare inversa are in acest caz acelasi sens cu potentialul intern echivalent zonei de trecere ,se poate considera ca &bariera de potentialC creste ca urmare a polarizarii inverse. "urentii de difuzie,dati de purtatorii ma(oritari nu pot depasi aceasta DbarieraD si deci in aceasta situatie se reduc r educ curentii de difuzie pana la anulare.
'ensul campului creat in zona de bariera permite insa trecerea purtatorilor minoritari sub forma curentilor de camp,golurile regiunii n diri(andu-se spre regiunea p si electronii din p spre n. 4aloarea curentului nu depinde in anumite limite de tensiunea de polarizare,de aceea curentul rezultat prin (onctiune (onctiune coincide practic cu cu suma curentilor de camp,el purtand numele de curent de saturatie. *aca la extremitatile unei (onctiuni pn se aplica o sursa exterioara de tensiune cu polul negative la regiunea p si cel pozitiv la regiunea r egiunea n se spune ca (onctiunea pn este polarizata invers .
+' Ti%!ri &e &io&e (eicon&!c"oare +'. Dio&a re&re(oare * *iodele redresoare +rectifier diodes sunt dispozitive electronice semiconductoare din siliciu, utilizate în circuitele de conversie c.a.-c.c., de limitare a amplitudinii tensiunilor etc. *ioda redresoare este un dipol constituit dintr-o (oncEiune )3 abruptă, legată la doi electrozi externi, numit anod +! şi catod +F. n functie de polaritatea tensiunii u!F aplicate la bornele diodei, componenta se poate găsi în una din cele două stări şi anume % - în stare de conductie, atunci când dioda este polarizată în sens direct + u!F 〉1 :
- în stare de blocare, atunci când dioda este polarizată în sens invers + u!F 〉1 .
+'; Dio&a "!nel *ioda tunel este un dispozitiv electronic, cu proprietăţi diferite de cele ale unei diode obişnuite , o diodă diodă tunel tunel sau diodă saGi este un tip de diodă semiconductoare capabilă semiconductoare capabilă de operare la viteze foarte mari, în domeniul microundelo microu ndelorr +frecvențe de ordinal gigahertzilor , utilizând , utilizând efecte cuantice cuantice.. 3umele de diodă Esaki vine de la Leo saGi, saGi, care în HIJK a primit premiul primit premiul nobel pentru fizică pentru fizică pentru descoperirea tunelării electronilor , efect folosit în aceste diode. *iodele tunel au o (onc o (oncțiune p-n puterni puternicc dopată, dopată, cu o lă țime de doar doar H1 nm +H11 . *oparea puternică are ca rezultat un spa țiu rupt între benzile de electroni, electroni, unde nivelele electronilor din banda din banda de conducție de pe partea n sunt mai mult sau mai puțin aliniate cu nivelele electronilor din din banda de valență a golurilor din zona p. Diodele tunel
sunt diode speciale, de mică putere, destinate oscilatoarelor defoarte înaltă frecventa .
+'< Dio&a =ener Dio&a #enere("e !n &i(%o#i"i9 elec"ronic ce %eri"e "recerea c!ren"!l!i &oar >n"r >n"r*o *o (ing!r? (ing!r? &irec &irecție' O &io&? >n >n o& noral noral con&!ce >n"r*! >n"r*!nn (en( și 5lochea#? >n cel?lal"' La %olari#area &irec"? acea("a are o c?&ere &e "en(i!ne &e a%ro6ia"i9 ,8.V' La o %olari#are in9er(? &io&a 5lochea#? 5lochea#? "recerea c!ren"!l!i %ana la o an!i"? "en(i!ne8 "en(i!ne8 n!i"? "en(i!ne "en(i!ne &e ("r?%!ngere ("r?%!ngere @in9er(? și e("e no"a"? c! V('
*ioda nu poate suporta o tensiune de polarizare inversă infinit de mare. mar e. *acă această tensiune devine prea mare, dioda va fi distrusă datorită unei condiții denumi denumite te condi condi ție de de străpun străpungere. gere. Bensiunea Bensiun ea de străp străpunger ungerea ea cre ște odată cu cre șterea temp temperatu eraturii rii și scade odată cu scăderea scăderea temperaturii > exact exact invers fa ță de tensiunea de polarizare directă. *in păcate, când diodele redresoare normale ating punctul de străpungere, acest fapt duce şi la distrugerea acestora. Botuși, se pot construi Botu construi diode speciale ce pot suporta tensiunea de străpungere fără distrugerea completă a acestora. !cest tip de diodă poartă numele de diodă =ener, iar simbolul este cel din figura alăturată.
*iodele
9ener sunt proiectate 9ener proiectate să func ționeze polarizate invers.
Bensiunea la care aceste diode încep să conducă este denumită tensiune Bensiunea 9ener. M *ioda 9ener poate func ționa pe post de stabilizator de tensiune La polarizarea directă, diodele 9ener se comportă precum diodele redresoare standard% tensiunea directă are ar e valoarea de 1,J 4, 4, conform ecuaţiei diodei. La polarizarea inversă însă, acestea nu conduc curentul decât peste o anumită valoare a tensiunii de alimentare, valoare denumită tensiune 9ener.
2', Dio&a Dio &a Varica% Varica% 'unt diode cu (onctiune care functioneaza in regim de polarizare invers pana la valoarea de strapungere. !ceste diode utilizeaza proprietatea (onctiunii p-n de a se comporta ca o capacitate ce depinde de tensiunea continua de polarizare inversa +acesta este capacitatea de bariera. !ceasta posibilitate de a varia o capacitate intr-un circuit prin varierea unei surse de polarizare este necesara in circuitele de schimbare a frecventei. "ircuitele de regla( automat al frecventei precum si modulatia frecventei. *iod *iodel elee vari varica capp au capa capaci cita tati ti de ordi ordinu null p8 sau sau zeci zecilo lorr de p8 si se construiesc din siliciu pentru a avea o rezistenta interna mai mare in polarizarea inversa.
n acest fel ele pot fi asimilate cu un condensator cu pierderi negli(abile.
2'- Dio&a c! con"ac" %!n"i$or ste folosita pentru frecvente inalte , este alcatuita din% - o capsula de sticla strabatuta de 5 electrozi metalici. La cap capatu atul un unui ui elec electr trod od se gase gasest stee un mo mono nocr criista stal de germ germaaniu niu +semiconductor de tip n. "elalalt electrod se continua cu un conductor de Nolfram care vine in contact cu monocristalul. *aca se trece un impuls de curent scurt dar puternic la contactul dintre conductori si monocristal in interiorul acestuia din urma se formeaza o regiune de tip p .
!pare astfel o (onctiune de tip p-n de suprafata foarte mica, cu o capacitate foarte mica + O Hp8 . *atorita acestei (onctiuni dioda functioneaza la frecvente foarte inalte.!cest tip de dioda poate fi folosit ca detector, schimbator de frecventa sau ca dioda de comutatie. *atorită faptului că dioda cu (oncțiuni prezintă prezintă o capa capacitat citatee echivalentă echivalentă de mini mi nimu mum m câ țiv ivaa p8, ea ea nu po poat atee fi fol folos osit ităă la frecv frecven en țe fo foart artee în înal alte te unde unde și capacități de acest ordin ordin de mărime au efecte lăturalnice +secundare +secundare considerabile. )entru acest )entru acest domeniu domeniu de frecven frecven țe se folosesc folosesc diode diode de o alt altăă construc construc ție tehnologică, numite diode cu contact punctiform.
2'+ Dio&a elec"rol!ini(cen"a elec"rol!ini(cen"a
*ioda *ioda electr electrolu olumin minisc iscent entaa este este foarte foarte des cunosc cunoscuta uta cu denumi denumirea rea Led +Light mitting *iode .
*ioda electroluminiscenta este o diode semiconductoare ce emite lumina la polarizarea directa a (onctiunii (onctiunii p-n .
Ledul este un convertor de energie cu a(utorul caruia energia electrica este transformata in energie luminoasa .
Ledul se foloseste ca indicator de lumina sau pentru afisarea numerica sau alfa numerica a instalatiilor electrice.
/eprez /eprezint intaa un dispoz dispoziti itivv fotoel fotoelect ectron ronic ic constr construit uit dintrdintr-oo (oncti (onctiune une pn polarizata direct realizat dintr-un material semiconductor. semiconductor.
Sana"a"ea (i (ec!ri"a"ea in !nca Din punct de vedere juridic, normele de sanătate si securitatea muncii sunt acele norme de convieţuire social care garantează sau nu prinforţă deconstragerea statului,reglementează conduita oamenilor încadrul unor comunităţi productive, determinand condiţiile care urmeaza să efectueze diferite operaţii concrete în utilizarea echipamentelor şi obiectelor muncii şi excluzand orice riscuri, urmărind cu prioritate apărarea sanătăţii a integrităţii corporale a executantului.
8iecare prevedere reprezintă în sine o măsură de prevenire tehnică sau organizatorică a riscului producerii accidentelor de muncă şi îmbolnăvirilor profesionale.
NOR/E DE PROTECIA /UNCII N LABORATOARELE COLARE Laboratoarele şcolare sunt locurile în care studentii sunt mult expuşi riscurilor cauzate de existenţa reactivilor chimici, ustensilelor de laborator şi aparatelor electrice. 'e vor avea în vedere următoarele reguli generale% M nstrucţiunile scrise să fie afişate a fişate la loc vizibil şi regulile de securitate evidenţiate: M nstrucţiunile de securitate să fie prezentate verbal şi comunicate la începutul fiecărui experiment: M laborarea unui set de 8işe tehnice de securitate pentru reactivii chimici periculoşi folosiţi astfel încât încât proprietăţile fizico-chimice fizico-chimice şi toxicologice, toxicologice, efectele asupra sănătăţii, măsurile de protecţie necesare la manipularea lor şi procedurile de urgenţă să fie cunoscute:
M Laborantul trebuie să aibă un comportament exemplar din punct de vedere al securităţii: M 'ă existe o supraveghere suficientă a elevilor în orice moment: M Brebuie purtat echipamentul individual de protecţie şi îmbrăcămintea de lucru adecvate: M!paratura electrică să fie verificată şi întreţinută în mod regulat, aparatele electrice să aibă împământare: M/eactivii chimici şi ustenislele de laborator să fie depozitaţi în locuri sigure pentru a preveni utilizarea lor neautorizată: M Laboratoarele şcolare să fie ventilate şi iluminate corespunzător, corespunzător, să aibă un nivel adecvat de umiditate, spaţiu suficient şi să fie curate: M )ardoselile să fie bine întreţinute, păstrate curate pentru reducerea riscurilor de alunecare şi împiedicare: M 'ă fie fi e asigurată dotarea corespunzătoare pentru prim a(utor pentru utilizare în cazul unui eveniment sau situaţie de urgenţă. M 'ă fie fi e asigurate măsurile şi mi(loacele de prevenire a incendiilor. incendiilor.
Bi5liogra$ie
• • • • •
•
•
• •
•
• •
•
•
http%PPNNN.proiecte. http%PPNNN.proiecte.roPelectrotehnicaPdiode roPelectrotehnicaPdiode-semiconductoare-05II7 -semiconductoare-05II7 http%PPNNN.iprotecti http%PPNNN.iprotectiamuncii.roPnormePnorme-generale-p amuncii.roPnormePnorme-generale-protectia-muncii rotectia-muncii http%PPcis1H.central.ucv. http%PPcis1H.central.ucv.roPpsiPnormeleQgeneraleQdeQ roPpsiPnormeleQgeneraleQdeQprotectieQaQmuncii.pd protectieQaQmuncii.pdf f http%PPNNN.referateH1.roPdio http%PPNNN.referateH1.roPdiode-semiconductoare-501R.htm de-semiconductoare-501R.htmll http%PPNNN.phSs.ub http%PPNNN.phSs.ubbclu(.roPTanghelsPteac bclu(.roPTanghelsPteachingPlectronicsPcapito hingPlectronicsPcapitole le U51electronicaU51pdfP*iodaU51semiconductoare.pdf http%PPNNN.unibuc. http%PPNNN.unibuc.roPprofPdincaQmPmiha-p-dinc-elec roPprofPdincaQmPmiha-p-dinc-elec-manu-manustudPdocsP51HHPsepPHIQHHQHJQ1RcapQKQvK.pdf 3. *răgulănescu, *răgulănescu, !genda !genda radioelectronistului, radioelectronistului, ditura ditura Behnică, Behnică, componente discrete. )"3, 8acultatea de lectrotehnică, HIJI !. "hivu , *. "osma % lectronica lectronica analogică . lectronica digitală digitală > lucrări practice, ditura !rves , 5110 5110
Ane6e
