Modul 2

GKomponenter

Länkar

Sammanfattning del 2?

MOS-transistorn

Vi behöver en komponent som kan förstärka en signal, en dålig nolla ska bli en bra etta och en dålig etta en bra nolla. Vi vill även att hoppet till ett eller 0 ska bli mer brant än den ingående strömmen. Transistorer är olinjära, superposition fungerar inte på transistorer, de är dock ofta linjära i vissa områden. Tekniken bakom transistorer ligger i kvantfysiken.

Varför behövs förstärkning?

En fördel är att en transistor kan driva väldigt många andra då den exakta spänningen inte spelar så stor roll. Används i spänningsmätare där man måste kunna mäta spänning utan att belasta en krets, då behöver man förstärkning. I en spänningsmätare kollar man på en förstärkt version av inspänningen, den maximala spänningen man kan få ut är spänningen in i transistorn.

Digitala kretsar

Det finns en gräns för när en spänning ska räknas som en nolla eller etta. är det mindre än ex 2V räknar man det som en nolla. Det finns två gränser där det varken blir en nolla eller etta, där det enbart blir en förstärkning. Man måste hålla sig utanför de gränserna för att få en riktig digital spänning.

Komponent som förstärker

Man kan göra en komponent som väljer genom att en gate spänning till en transistor väljer vilken av nivåerna som det skall förstärkas till.

Radiorör är den första elektriska komponenter som kunde förstärka och uppfanns 1904. De drar mycket ström ungefär 2w för att göra samma sak som en MOS-transistor som är mycket mindre. De håller inte heller så länge, ca 5-10 tusen timmar. Med radiorör hade mikroprocessorer självklart varit omöjliga.

Mos-transistorer

De är gjorda av Kisel eftersom att det är relativt lätt att massproducera transistorer av kisel. Vissa andra ämnen har fördelar om man ska upp i höga frekvenser eller strömmar med dessa kan inte tillverkas lika effektivt som de av kisel.

Det börjar med att man utvinner kisel och rensar det från alla föroreningar, tillslut får man en kristall i form av en korv med ca 3dm i diameter. Sedan sågas tunna skivor ungefär 200 mikrometer och detta kallas wafer. Man får ut många chip från en wafer vilket gör att man får ut väldigt många transistorer. Det kallas för die tills man sätter in det i en kapsel och då blir det ett chip.

Halvledare leder hyfsat bra och man kan byta ut några kiselatomer mot andra atomer för att påverka dess ledningsförmåga, när man dopar gör man det med väldigt få atomer. Ungefär 1/10 000 är tillsatta atomer.

Man har ett område med överskott på elektroner och ett annat område med underskott av elektroner. När man har denna uppdelning så blir det en komponent som kallas diod och enbart leder ström åt ena hållet. Om en spänning över en diod är negativ kommer ingen ström gå igenom men när det är litet men positivt kommer mycket ström kunna passera, det är en exponentialkurva.

Man kan tänka det som att man har en sida där elektronerna kan springa runt medans andra sidan har fria platser där det borde finnas elektroner. Man får ett område i mitten där det inte finns något sätt för strömmen att gå, det är först när vi som sagt lägger på en spänning som strömmen kan gå igenom dioden. Det finns elektroner i båda sidor och med en spänning tycks de typ ihop vilket gör att strömmen kan passera.

En vanlig kiseldiod behöver cirka 0.7 V för att börja leda ström.

n-kanal MOSFET

I ett p-dopat område lägger man små n-dopade områden med ett avstånd mellan varandra där det o mellan dom sitter ett styre och ena sidan är source S andra drain D och styre kallas G. Man kan tänka det som att det är två dioder som sitter på motsatt håll mot varandra (kommer ju inte kunna leda ström alls dummy). På G ligger det positiva laddningar och det kommer då hamna negativa laddningar på området mellan de två n-dopade delarna. Alltså kommer man få ett överskott på elektroner hela vägen under G. Utan några som helst rörliga delar och utan att ha kontakt mellan G och kroppen kommer man att kunna få de två n-dopade delarna i kontakt med varandra. Referensnoden är kroppen B. Storleken på den kanal (sträckan mellan de två skilda n-dopade områdena) är längden på transistorn, bredden är bredden på transistorn. Idag är vi nere på under 10nm som sträckan mellan n-dopade områdena.