M.Salehi
10th May 2012, 20:36
انواع نیمه هادیها و مشخصات مداری آنها
نیمه هادی
نیمه هادی ها گروهی از مواد هستند که از نظر توانایی هدایت الکتریکی بین هادی و عایق قرار دارند . موضوع جالب توجه در مورد نیمه هادی ها این است که هدایت الکتریکی آن ها تحت تاثیر عواملی چون تحریک نوری ، افزایش دما و تغییر میزان ناخالصی به نحو قابل ملاحظه ای تغییر می یابد . این خاصیت مهم مبنای کار بسیاری از قطعه های نیمه هادی است که در الکترونیک مود استفاده قرار می گیرد .
هدایت الکتریکی در نیمه هادی ها توسط دو نوع حامل بار الکتریکی یعنی الکترون های آزاد و حفره ها صورت می گیرد . در ادامه با چند نیمه هادی و نمونه عملکرد و خصوصیات آن آشنا خواهید شد .
1) دیود : المانی بسیار مهم در مدارات الکترونیکی به ویژه مدارات گوشی های تلفن همراه که نقش اساسی آنها یکسو سازی و یا تثبیت و افت ولتاژ است که بیشترین آمار سوختگی در برد گوشی ها را نیز دارا هستند .
انواع دیود به اشکال زیر هستند :
• دیود معمولی ( ژرمانیوم ) http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/77.jpg
• دیود نورانی LED http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/78.jpg
• دیود زنرZener http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/79.jpg
دیودهای نورانی یکی از پر مصرف ترین دیود ها هستند که در زندگی روزمره بسیار دیده می شوند . مثل چراغ روشن و خاموش تلویزیون ، نور پس زمینه LCD و Key pad ( صفحه کلید ) موبایل و ...
دیود زنر نقش پر کاربرد تثبیت ولتاژ را در انواع مدارات الکترونیکی و به ویژه گوشی های تلفن همراه به عهده دارد .
دیودها روی نقشه با D و دیود زنر با حروف ZD مشخص می شوند و در بردهای تلفن همراه به رنگ های مشکی ونقره ای دیده می شوند اما در الکترونیک عمومی دیودها به صورت های زیر موجودند :
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/80.jpg
انواع دیود
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/81.jpg http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/82.jpg
دیود روی برد گوشی
شایان ذکر است که نیمه هادی ها مثل هادی ها دیگر دارای واحد و کمیت نیستند و به جای آن شماره فنی و شناسایی دارند .
در قسمت زیر استانداردها و شماره فنی دیود در الکترونیک عمومی را خواهیم داد :
• استاندارد نوع اروپایی : این استاندارد معمولا با دو حروف لاتین شروع می شود که حرف اول آن معمولا B است مثل By 127 یا BZ 8V2 .
• استاندارد نوع ژاپنی : که با 1S شروع می شود مانند 1S1719 یا 1S1517
• استاندارد نوع امریکایی : که با 1N شروع می شود مانند 1N4004 یا 1N4007
• دیودهای زنر که علاوه بر شماره فنی مقدار ولتاژ مجاز کار زنر و مقدار توان آن نیز مشخص می شود .
• دیودهای LED که معمولا از روی رنگ و شکل شناسایی می شوند . شکل ظاهری دیودهای LED در الکترونیک عمومی معمولا بصورت زیر است :
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/83.jpg
2) ترانزیستور :
یکی از مهمترین و پر کاربردترین المان های نیمه هادی که در گوشی ها نیز استفاده های زیادی دارند . این عناصر که به (Transfer Resistor ) Transistor معروفند می توانند نقش سوئیچ ، تقویت کننده ولتاژ ، تقویت کننده جریان و ... را در مدارها ایفا کنند و به انواع زیر تقسیم می شوند .
• ترانزیستور BJT تیپ مثبت PNP با شماتیک
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/84.jpg
• ترانزیستور BJT تیپ منفی NPN با شماتیک
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/85.jpg
• ترانزیستور UJT ( uni Junction transistor )
• ترانزیستور اثر میدان ( field effect transistor) نوع مثبت
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/86.jpg
G:گیت D: درین S : سورس
Gate Drain Source
• ترانزیستور اثر میدان NFET نوع منفی
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/87.jpg
تمامی ترانزیستورها را با حروف Q یا TR و در پایان با حرف V روی نقشه مشخص می کنند و به صورت عدد زیر نویس بخش و شماره آن مشخص می شود .
ترانزیستورها در الکترونیک عمومی همانطور که از شماتیک آن پیداست عنصری سه پایه است و به اشکال زیر دیده می شود :
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/88.jpg
اما در مدارهای گوشی تلفن همراه ، ترانزیستور به شکل های سه پایه و چهارپایه دیده می شوند که نوع چهار پایه آن یک پایه برای دفع گرمای ترانزیستور یا هیت سینک دارد که از پایه های دیگر پهن تر و بزرگ تر است وبا حرف H نشان میدهند.
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/90.jpghttp://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/89.jpg
اما ترانزیستورها نیز مانند دیودها در الکترونیک عمومی شماره فنی و شناسایی دارند که در زیر به برخی از آن ها اشاره خواهیم کرد :
• استاندارد نوع اروپایی که با حروف AC یا BC شروع می شوند . مثل BC107 یا AC128
• استاندارد نوع ژاپنی که با 2S شروع می شود و گاهی نیز 2S را حذف می کنند .
2SA733 یا A733
مثال )
ترانزیستور نوع مثبت فرکانس بالا( 2S ) A
ترانزیستور نوع مثبت فرکانس پایین B ( 2S )
ترانزیستور نوع منفی فرکانس بالا C (2S )
ترانزیستور نوع منفی فرکانس پایین D ( 2S )
استاندارد امریکایی که با 2N شروع می شود مثل 2NC55 یا 2N2220 .
در قسمت های بعد راجع به ترکیباتی از ترانزیستور که در مدارها دیده می شود و نقش آن ها در مدار توضیح بیشتر و کاملتری خواهیم داد .
3) مدارهای مجتمع یا IC ها (Integrated Circuits ) :
مدارهای الکترونیکی شامل طبقه های مختلفی هستند . اغلب این مدارها شامل طبقه های تقویت کننده ، *****ها ، اگر دیجیتال باشند گیت ها ، اگر مخابراتی باشند شامل مدولاسیون و دمدولاسیون و ... می باشند . گاهی اوقات اگر بخواهیم یک طبقه مثلا شمارنده دیجیتال ، مانند آنچه در چراغ های راهنمایی و رانندگی می بینیم ، با المان های معمولی مثل دیود ، ترانزیستور و مقاومت و خازن و ... بسازیم ، حجم بسیار زیادی می گیرد و از طرف دیگر این مدار پر کاربرد است که در چندین دستگاه دیگر استفاده می شود . به همین علت تعداد زیادی از این مدارها را به شکل مدارهای مجتمع یا آی سی ها ساخته اند تا حجم کمتری گرفته و کار کردن با آنها راحت تر باشد ، در توضیح کمتر شدن حجم مدارها بوسیله آی سی ها همین بس که تخمین زده اند که اگر CPU کامپیوتر را که یک آی سی با حجم کمی است بخواهند با المان های معمولی درست کنند وسعتی به اندازه یک شهر خواهد داشت .
آی سی ها خود بر دو نوع تقسیم می شوند :
1- آنالوگ 2- دیجیتال
که از نظر شکل ظاهری به اشکال زیر تقسیم می شوند :
• آی سی های SMD: - دو طرفه : که از دو طرف پایه دارند .
- چهار طرفه : که از چهار طرف پایه دارند .
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/91.jpghttp://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/92.jpg
آی سی SMD دو طرفه
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/93.jpg
آی سی SMD چهار طرفه
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/94.jpg
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/96.jpg
نحوه شماره گذاری پایه های آی سی SMD
• آی سی BGA که از زیر پایه دارند و امروزه کاربرد بیشتری نسبت به آی سی های SMD دارند . نحوه شماره گذاری پایه ها هم به صورت ماتریسی مثل شکل مقابل است .
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/97.jpg
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/98.jpg
از جمله آی سی های BGA در گوشی های موبایل می توان به آی سی های شارژ و تغذیه در گوشی ها اشاره کرد .
البته شایان ذکر است که در نامگذاری ستون های آی سی های BGA حروف ( Z , Y , S , Q , O , I ) استفاده نمی شوند . بعد از حروف Y از حروف AC, AB , AA و ... استفاده می شود .
• آی سی های Micro BGA : از نظر شکل و شماره گذاری پایه ها شبیه به BGA اما تعداد پایه های آن خیلی بیشتربوده و به هم نزدیکتر است . مثل آی سی های Flash , CPU و ... آی سی ها را در نقشه ها با U یا N یا S مشخص می کنند و از روی آی سی ها بخش ها مشخص می شوند و المان هایی که به آی سی ها متصل اند عدد اولشان با شماره آی سی یکی خواهد بود . آی سی ها نیز مانند دیگر قطعات نیمه هادی دارای شماره فنی هستند که توسط کمپانی سازنده مشخص می شود و تنها راه استفاده آن ها به جای یکدیگر شماره فنی مشابه است . مثلا NE555 . اما بعضی از آی سی ها علاوه بر شماره فنی دارای اسم نیز هستند . مثلا آی سی تغذیه سری BB5 نوکیا با نام " RETU " یا آی سی شارژ نوکیا با اسم " TAHVO " .
اکنون که با المان های نیمه هادی آشنایی پیدا کردیم می توانیم ترکیبات متداول قرار گیری المان ها در مدارهای الکترونیکی را ببینیم و با نحوه عملکرد و خرابی آن ها بیشتر آشنا شویم .
منبع مقاله
(http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Section.aspx?section=2)
نیمه هادی
نیمه هادی ها گروهی از مواد هستند که از نظر توانایی هدایت الکتریکی بین هادی و عایق قرار دارند . موضوع جالب توجه در مورد نیمه هادی ها این است که هدایت الکتریکی آن ها تحت تاثیر عواملی چون تحریک نوری ، افزایش دما و تغییر میزان ناخالصی به نحو قابل ملاحظه ای تغییر می یابد . این خاصیت مهم مبنای کار بسیاری از قطعه های نیمه هادی است که در الکترونیک مود استفاده قرار می گیرد .
هدایت الکتریکی در نیمه هادی ها توسط دو نوع حامل بار الکتریکی یعنی الکترون های آزاد و حفره ها صورت می گیرد . در ادامه با چند نیمه هادی و نمونه عملکرد و خصوصیات آن آشنا خواهید شد .
1) دیود : المانی بسیار مهم در مدارات الکترونیکی به ویژه مدارات گوشی های تلفن همراه که نقش اساسی آنها یکسو سازی و یا تثبیت و افت ولتاژ است که بیشترین آمار سوختگی در برد گوشی ها را نیز دارا هستند .
انواع دیود به اشکال زیر هستند :
• دیود معمولی ( ژرمانیوم ) http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/77.jpg
• دیود نورانی LED http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/78.jpg
• دیود زنرZener http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/79.jpg
دیودهای نورانی یکی از پر مصرف ترین دیود ها هستند که در زندگی روزمره بسیار دیده می شوند . مثل چراغ روشن و خاموش تلویزیون ، نور پس زمینه LCD و Key pad ( صفحه کلید ) موبایل و ...
دیود زنر نقش پر کاربرد تثبیت ولتاژ را در انواع مدارات الکترونیکی و به ویژه گوشی های تلفن همراه به عهده دارد .
دیودها روی نقشه با D و دیود زنر با حروف ZD مشخص می شوند و در بردهای تلفن همراه به رنگ های مشکی ونقره ای دیده می شوند اما در الکترونیک عمومی دیودها به صورت های زیر موجودند :
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/80.jpg
انواع دیود
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/81.jpg http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/82.jpg
دیود روی برد گوشی
شایان ذکر است که نیمه هادی ها مثل هادی ها دیگر دارای واحد و کمیت نیستند و به جای آن شماره فنی و شناسایی دارند .
در قسمت زیر استانداردها و شماره فنی دیود در الکترونیک عمومی را خواهیم داد :
• استاندارد نوع اروپایی : این استاندارد معمولا با دو حروف لاتین شروع می شود که حرف اول آن معمولا B است مثل By 127 یا BZ 8V2 .
• استاندارد نوع ژاپنی : که با 1S شروع می شود مانند 1S1719 یا 1S1517
• استاندارد نوع امریکایی : که با 1N شروع می شود مانند 1N4004 یا 1N4007
• دیودهای زنر که علاوه بر شماره فنی مقدار ولتاژ مجاز کار زنر و مقدار توان آن نیز مشخص می شود .
• دیودهای LED که معمولا از روی رنگ و شکل شناسایی می شوند . شکل ظاهری دیودهای LED در الکترونیک عمومی معمولا بصورت زیر است :
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/83.jpg
2) ترانزیستور :
یکی از مهمترین و پر کاربردترین المان های نیمه هادی که در گوشی ها نیز استفاده های زیادی دارند . این عناصر که به (Transfer Resistor ) Transistor معروفند می توانند نقش سوئیچ ، تقویت کننده ولتاژ ، تقویت کننده جریان و ... را در مدارها ایفا کنند و به انواع زیر تقسیم می شوند .
• ترانزیستور BJT تیپ مثبت PNP با شماتیک
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/84.jpg
• ترانزیستور BJT تیپ منفی NPN با شماتیک
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/85.jpg
• ترانزیستور UJT ( uni Junction transistor )
• ترانزیستور اثر میدان ( field effect transistor) نوع مثبت
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/86.jpg
G:گیت D: درین S : سورس
Gate Drain Source
• ترانزیستور اثر میدان NFET نوع منفی
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/87.jpg
تمامی ترانزیستورها را با حروف Q یا TR و در پایان با حرف V روی نقشه مشخص می کنند و به صورت عدد زیر نویس بخش و شماره آن مشخص می شود .
ترانزیستورها در الکترونیک عمومی همانطور که از شماتیک آن پیداست عنصری سه پایه است و به اشکال زیر دیده می شود :
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/88.jpg
اما در مدارهای گوشی تلفن همراه ، ترانزیستور به شکل های سه پایه و چهارپایه دیده می شوند که نوع چهار پایه آن یک پایه برای دفع گرمای ترانزیستور یا هیت سینک دارد که از پایه های دیگر پهن تر و بزرگ تر است وبا حرف H نشان میدهند.
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/90.jpghttp://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/89.jpg
اما ترانزیستورها نیز مانند دیودها در الکترونیک عمومی شماره فنی و شناسایی دارند که در زیر به برخی از آن ها اشاره خواهیم کرد :
• استاندارد نوع اروپایی که با حروف AC یا BC شروع می شوند . مثل BC107 یا AC128
• استاندارد نوع ژاپنی که با 2S شروع می شود و گاهی نیز 2S را حذف می کنند .
2SA733 یا A733
مثال )
ترانزیستور نوع مثبت فرکانس بالا( 2S ) A
ترانزیستور نوع مثبت فرکانس پایین B ( 2S )
ترانزیستور نوع منفی فرکانس بالا C (2S )
ترانزیستور نوع منفی فرکانس پایین D ( 2S )
استاندارد امریکایی که با 2N شروع می شود مثل 2NC55 یا 2N2220 .
در قسمت های بعد راجع به ترکیباتی از ترانزیستور که در مدارها دیده می شود و نقش آن ها در مدار توضیح بیشتر و کاملتری خواهیم داد .
3) مدارهای مجتمع یا IC ها (Integrated Circuits ) :
مدارهای الکترونیکی شامل طبقه های مختلفی هستند . اغلب این مدارها شامل طبقه های تقویت کننده ، *****ها ، اگر دیجیتال باشند گیت ها ، اگر مخابراتی باشند شامل مدولاسیون و دمدولاسیون و ... می باشند . گاهی اوقات اگر بخواهیم یک طبقه مثلا شمارنده دیجیتال ، مانند آنچه در چراغ های راهنمایی و رانندگی می بینیم ، با المان های معمولی مثل دیود ، ترانزیستور و مقاومت و خازن و ... بسازیم ، حجم بسیار زیادی می گیرد و از طرف دیگر این مدار پر کاربرد است که در چندین دستگاه دیگر استفاده می شود . به همین علت تعداد زیادی از این مدارها را به شکل مدارهای مجتمع یا آی سی ها ساخته اند تا حجم کمتری گرفته و کار کردن با آنها راحت تر باشد ، در توضیح کمتر شدن حجم مدارها بوسیله آی سی ها همین بس که تخمین زده اند که اگر CPU کامپیوتر را که یک آی سی با حجم کمی است بخواهند با المان های معمولی درست کنند وسعتی به اندازه یک شهر خواهد داشت .
آی سی ها خود بر دو نوع تقسیم می شوند :
1- آنالوگ 2- دیجیتال
که از نظر شکل ظاهری به اشکال زیر تقسیم می شوند :
• آی سی های SMD: - دو طرفه : که از دو طرف پایه دارند .
- چهار طرفه : که از چهار طرف پایه دارند .
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/91.jpghttp://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/92.jpg
آی سی SMD دو طرفه
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/93.jpg
آی سی SMD چهار طرفه
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/94.jpg
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/96.jpg
نحوه شماره گذاری پایه های آی سی SMD
• آی سی BGA که از زیر پایه دارند و امروزه کاربرد بیشتری نسبت به آی سی های SMD دارند . نحوه شماره گذاری پایه ها هم به صورت ماتریسی مثل شکل مقابل است .
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/97.jpg
http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/1/2/Images/98.jpg
از جمله آی سی های BGA در گوشی های موبایل می توان به آی سی های شارژ و تغذیه در گوشی ها اشاره کرد .
البته شایان ذکر است که در نامگذاری ستون های آی سی های BGA حروف ( Z , Y , S , Q , O , I ) استفاده نمی شوند . بعد از حروف Y از حروف AC, AB , AA و ... استفاده می شود .
• آی سی های Micro BGA : از نظر شکل و شماره گذاری پایه ها شبیه به BGA اما تعداد پایه های آن خیلی بیشتربوده و به هم نزدیکتر است . مثل آی سی های Flash , CPU و ... آی سی ها را در نقشه ها با U یا N یا S مشخص می کنند و از روی آی سی ها بخش ها مشخص می شوند و المان هایی که به آی سی ها متصل اند عدد اولشان با شماره آی سی یکی خواهد بود . آی سی ها نیز مانند دیگر قطعات نیمه هادی دارای شماره فنی هستند که توسط کمپانی سازنده مشخص می شود و تنها راه استفاده آن ها به جای یکدیگر شماره فنی مشابه است . مثلا NE555 . اما بعضی از آی سی ها علاوه بر شماره فنی دارای اسم نیز هستند . مثلا آی سی تغذیه سری BB5 نوکیا با نام " RETU " یا آی سی شارژ نوکیا با اسم " TAHVO " .
اکنون که با المان های نیمه هادی آشنایی پیدا کردیم می توانیم ترکیبات متداول قرار گیری المان ها در مدارهای الکترونیکی را ببینیم و با نحوه عملکرد و خرابی آن ها بیشتر آشنا شویم .
منبع مقاله
(http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Section.aspx?section=2)