Was ist ein diskreter Halbleiter?
Diskrete Halbleiter sind eine Art von Halbleiterprodukten. Sie sind Halbleiter mit einer einzigen Funktion, die auf einem einzigen Chip implementiert ist.
Es gibt viele verschiedene Arten von diskreten Halbleitern, darunter Dioden, Transistoren und Thyristoren. Auch Module, die mehrere diskrete Chips in einem einzigen Gehäuse vereinen, werden als diskrete Halbleiter bezeichnet.
Im Gegensatz zu diskreten Bauelementen mit nur einer Funktion werden Halbleiterprodukte, bei denen mehrere Halbleiterelemente auf einem einzigen Chip untergebracht sind und mehrere Funktionen wie z. B. Berechnungen und Speicher implementiert werden, als integrierte Schaltungen (IC) bezeichnet.
Anwendungen von diskreten Halbleitern
Es gibt verschiedene Arten von diskreten Halbleitern, die jeweils in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt werden.
Lichtemittierende Elemente wie Leuchtdioden werden in der Beleuchtung, in Displays, in der Hintergrundbeleuchtung von elektronischen Geräten, in Fernbedienungen usw. eingesetzt, während lichtempfangende Elemente wie Fotodioden und Fototransistoren in optischen Kommunikationssystemen, Spektrometern, automatischen Türen und Sensoren verwendet werden.
Leistungshalbleiter wie Dioden, Transistoren und Thyristoren sorgen für die Strom- und Leistungsregelung und werden in Stromversorgungen für Kommunikations- und Büroautomationsgeräte, für die Leistungsregelung in Kommunikationsbasisstationen und Datenzentren, für Leistungsregler in Kraftwerken, für Antriebssysteme und Fahrzeugsteuerungssysteme in Eisenbahnen, für Bordstromversorgungen und Ladegeräte für Elektrofahrzeuge usw. verwendet.
Funktionsweise der diskreten Halbleiter
Die Funktionsweise der wichtigsten diskreten Halbleiter ist wie folgt:
- Diode: Eine Diode ist ein Element, das den Strom nur in eine Richtung fließen lässt.
Häufig werden PN-Dioden verwendet, die aus einem N- und einem P-Halbleiterübergang bestehen: Wenn eine positive Vorwärtsspannung an die P-Seite und eine negative Vorwärtsspannung an die N-Seite angelegt wird, wandern die überschüssigen freien Elektronen von der N-Seite zur P-Seite und die Löcher von der P-Seite zur N-Seite, wo sie sich verbinden und an der Übergangsfläche verschwinden.
An diesem Punkt werden der N-Seite Elektronen von der Stromversorgung zugeführt, Elektronen fließen aus der P-Seite heraus und Strom fließt von der P-Seite zur N-Seite. Wird an die P-Seite eine negative Sperrspannung und an die N-Seite eine positive Spannung angelegt, so bewegen sich weder freie Elektronen noch Löcher auf die der Verbindungsebene gegenüberliegende Seite, so dass kein Strom fließt.
- Transistoren: Transistoren sind Bauelemente mit einer Schaltfunktion und werden in zwei Typen unterschieden: NPN (N-Kanal) und PNP (P-Kanal).
Wenn beim N-Kanal-Typ zwischen der P-Schicht und dem Gate G, das über eine Isolierschicht mit der Source S verbunden ist, eine Spannung oberhalb der Schwellenspannung angelegt wird, schaltet die P-Schicht auf N um, wodurch sich die NPN-Struktur in eine NNN-Struktur verwandelt und Strom fließen kann.
- Thyristor: Der Thyristor ist ein Bauelement mit Gleichrichterfunktion und hat eine PNPN-Vierschichtstruktur.
Wenn ein Triggersignal am Gate anliegt und eine Vorwärtsspannung zwischen Anode und Kathode angelegt wird, schaltet sich der Thyristor ein. Sobald er eingeschaltet ist, fließt der Strom weiter, auch wenn das Gate-Signal verloren geht. Wenn eine Sperrspannung zwischen Anode und Kathode angelegt wird, schaltet der Thyristor aus.
Dieses Prinzip wird genutzt, um einen Betrieb zu realisieren, bei dem zwischen Anode und Kathode ein Wechselstrom fließt, der nur während der Hälfte des Wechselstromzyklus Strom liefert.