| 1η διάλεξη: Μαζί θα κάνουμε το μάθημα της θεωρίας της ηλεκτρονικής. Ηλεκτρονικής 1 για αυτό το εξάμινο, 2-3 τη λεπικοινωνική ηλεκτρονική και σχεδία συγκλωμάτων VLSI στα επόμενα εξάμινα. Λέγομαι Άλκης Χατζούνι. Άλκης Χατζούνι. Άλκης Χατζούνι. Λέγομαι Άλκης Χατζούνι. Και το γραφείο μου είναι στο Μπέμπτον Όροφο. Οι καλύτεροι μέθοδες επικοινωνίας είναι το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο. Αν θέλετε κάτι να ρωτήσετε. Και επίσης η επικοινωνία μας τα γίνεται μέσω του e-TIMI. Φαντάζουμε το γνωρίζετε ήδη από άλλα μαθήματα. Όλες οι ανακοινώσεις και ό,τι χρειάζεται σχετικά με το μάθημα υπάρχει εκεί. Όπως για παράδειγμα αυτές οι διαφάνειες τις οποίες θα χρησιμοποιώ εγώ. Μπορείτε να τις βρείτε στο e-TIMI. Δεν είναι όλο το σύνολο αυτή τη στιγμή. Αλλά πολύ σύντομα θα είναι ολόκληρο το πακέτο. Και επομένως θα ξέρετε το υλικό που έχουμε. Για πρακτικά θέματα τώρα λίγο να ξεκινήσουμε. Είστε αρκετοί όπως διαπιστώνετε. Και δυστυχώς η αίθουσα δεν είναι η καλύτερη. Θα παρακαλούσα λοιπόν πάρα πολύ να μην υπάρχει θόρυβος. Δηλαδή να μην υπάρχει ο ψήθειρος. Είναι ιδιαίτερα ενοχλητικό αν όλοι μιλάνε από λίγο. Τα πράγματα είναι αρκετά δύσκολα. Δυστυχώς η αίθουσα έχει αντίλαλο και δεν είναι τόσο εύκολο να ακούνε οι τελευταίοι αν τυχόν κάποιοι απλώς μουρμουρίζουν. Υπάρχει ένας επιπλέον λόγος που θα ήθελα να σας παρακαλέσω ιδιαίτερα για το θέμα της ησυχίας. Τα μαθήματα αυτά θα βιντεοσκοπούνται για να περιληφθούν στην πλατφόρμα των ανοιχτών μαθημάτων του Αριστοτελίου Πανεπιστημίου. Έτσι λοιπόν δεν θα είναι ιδιαίτερα ευχάριστο κάποιον που θα βλέπει αργότερα τα μαθήματα να βλέπει να ακούει θόρυβο ή να βλέπει συνακού η συνέχεια, ησυχάστε κλπ. Άρα θα ήθελα να σας παρακαλέσω και γι' αυτόν τον λόγο όσο μπορείτε να μην μιλάτε καθόλου στη διάρκεια του μαθήματος. Επίσης θα ήταν ενδιαφέρον και πάλι και εξαιτίας αυτού του γεγονότος της βιντεοσκόπησης των μαθημάτων να γίνεται κάποιος διάλογος. Έτσι κι αλλιώς η ύπαρξη των μαθημάτων αυτό το στόχο έχει. Θα μπορούσατε όλοι να διαβάζετε στο σπίτι και να έρσετε να έρθετε εξετάσεις. Καλώς κακώς αρκετοί από εσάς αυτό κάνετε. Αλλά εφόσον αποφασίζετε να ξυπνήσετε πρωί για να αρθείτε να παρακολουθήσετε το μάθημα θα σας παρακαλούσα και τον πρώτο θέμα να είστε εντάξει, να μην υπάρχει ψήθειρος και να αν μπορείτε ρίχνετε μια ματιά. Συνήθως τα μαθήματα είναι της τάξης των 25-30 διαφάνειών. Δηλαδή σε κάθε μάθημα θα παρουσιάζω 25-30 διαφάνειες. Μπορείτε να ρίχνετε μια ματιά στις διαφάνειες και αν υπάρχουν ερωτήσεις θα ήταν πάρα πολύ θετικό να υπάρχουν αυτές οι ερωτήσεις και η συζήτηση στην ώρα του μαθήματος. Επαναλαμβάνω, ο λόγος που γίνονται τα μαθήματα γενικά είναι αυτός. Για να υπάρχει συζήτηση πάνω στη θεωρία. Επομένως θα ήθελα και σε αυτό τη συμμετοχή σας όσοι ενδιαφέρονται να ρίχνουν μια ματιά και πιθανόντατα να υπάρχουν κάποιες ερωτήσεις. Η ύλη του μαθήματος... Πρέπει να κάνω την γενική περιγραφή. Το μάθημα έχει ένα κομμάτι θεωρίας στο οποίο θα το συζητάμε μαζί. Έχει ασκήσεις τις οποίες θα κάνει η κυρία Καδή. Και στη συνέχεια έχει άλλα δύο εργαστηριακά μέρη. Ένα πρακτικό εργαστήριο στο οποίο υπάρχει ήδη ανακοίνωση στο ΙΤΜΗ. Θα πρέπει να μπείτε να δηλώσετε. Είναι συγκεκριμένες εργαστηριακές ασκήσεις τις οποίες πρέπει να παρακολουθείστε. Και υπάρχει και η εξάσκηση στο πρόγραμμα SPICE. Πλέον, όταν κάνουμε δοκιμές για τα κυκλώματά μας για να δούμε αν λειτουργούν ή όχι, δεν καθόμαστε να συναρμολογίσουμε το κύκλωμα για να δούμε αν θα λειτουργήσει, κάνουμε προσωμίωση. Έχουμε εργαλεία, έχουμε προγράμματα τα οποία προσωμιώνουν τη λειτουργία των κυκλωμάτων, των όποιων κυκλωμάτων, ηλεκτρικών, ηλεκτρονικών κλπ. Και με αυτόν τον τρόπο ξέρουμε από πριν αν θα λειτουργήσει σωστά ή όχι. Επομένως, είναι καλό να γνωρίζει κανείς. Είναι πρακτικό, μάλλον, να γνωρίζει κανείς τέτοια προγράμματα. Το πιο δημοφιλές, το πιο γνωστό στην περιοχή των κυκλωμάτων της ηλεκτρονικής, είναι αυτό το πρόγραμμα SPICE, το οποίο μπορείτε να το βρείτε είτε στο e-TME, είτε να το κατεβάσετε, υπάρχει δωρεάν εκπαιδευτική έκδοση. Και ουσιαστικά θα πούμε κάποια πράγματα τώρα που θα αναφερθούν και τα μοντέλα. Θα δούμε κάποια πράγματα για το πώς ακριβώς αξιοποιείται. Θα γίνουν λοιπόν κάποιες παρουσιάσεις για το πρόγραμμα SPICE. Προτείνω να τις παρακολουθήσετε, δεν είναι υποχρεωτικές. Η συμμετοχή σας στις παρουσιάσεις του SPICE δεν είναι υποχρεωτική. Υποχρεωτική είναι η παρουσία σας στο πρακτικό εργαστήριο. Η πρακτική άσκηση στο εργαστήριο είναι υποχρεωτική. Το αν θα παρακολουθήσετε τις διαλέξεις του SPICE δεν είναι υποχρεωτικό, αλλά είναι υποχρεωτική, όπως λέει, η εξέταση στο τέλος του εξαμήνου. Άρα λοιπόν πρέπει να πάρετε έναν βαθμό από το εργαστήριο, το πρακτικό, έναν βαθμό από το SPICE, και αφού πάρετε αυτούς τους βαθμούς να αρθείτε να δώσετε τις γραφτές εξετάσεις του μαθήματος. Βλέπετε το κάθε κομμάτι εργαστηριακό παίρνει 10%, το μάθημα είναι το 80%, η τελική γραπτή εξέταση. Και παρακαλώ να υπογραμμίσουμε και πάλι ότι πρώτα θα περάσετε το SPICE και το εργαστήριο και μετά θα αρθείτε στις γραφτές εξετάσεις. Μην έρθετε στις γραπτές εξετάσεις χωρίς να έχετε περάσει τα δύο προηγούμενα. Δηλαδή όλη η βαθμολογία βγαίνει στο ητήμη. Αυτό αφορά κυρίως τους παλαιότερους. Εφόσον έχετε βαθμό λοιπόν σε αυτά τα δύο, τότε έρχεσαι στις εξετάσεις. Αν έρθετε χωρίς να έχετε βαθμό, απλώς θα πρέπει να ξανάρθετε. Δεν υπάρχει η διαδικασία του να κρατηθεί βαθμός. Το πλήθος σας είναι τεράστιο πλέον και με δεδομένο ότι έχω να διαχειριστώ όλα τα μαθήματα, τα πέντε μαθήματα, είναι αδύνατον πλέον να γίνει οποιαδήποτε υποσημείωση για μεμονωμένα άτομα, ότι ξέρεις έδωσα τον Σεπτέμβριο του 2013 ή τον Φεβρουάριο του 2013. Άρα λοιπόν δεν υφίσταται η έννοια κρατήματος βαθμού. Και επομένως φροντίστε να αρθείτε στις εξετάσεις, να οργανώσετε τέλος πάντων την μελέτη του μαθήματος, έτσι ώστε θα αρθείτε στις εξετάσεις εφόσον έχετε περάσει το εργαστήριο, έχετε προειβάσιμο βαθμό δηλαδή στο εργαστήριο και στην εξέταση του προγράμματος SPICE. Αυτά όσον αφορά και για τους παλαιότερους βέβαια, εάν υπάρχουν παλαιότεροι φοιτητές τώρα εδώ πιθανόν όχι, γενικά για τους παλαιότερους ισχύει το ίδιο, πρέπει να έχουν βαθμό και στο εργαστήριο και στο SPICE. Αυτά λοιπόν όσον αφορά την οργάνωση του μαθήματος και τα διαδικαστικά από τη δική σας πλευρά. Υπάρχουν ερωτήσεις ως προς τα διαδικαστικά. Ορίστε. Υπάρχει σαφές πρόγραμμα, μπείτε στο e-TIMI, υπάρχει πρόγραμμα, προφανώς είστε πολλοί και επομένως υπάρχουν πολλά τμήματα, θα γίνεται νομίζω το εργαστήριο για καθέναν από εσάς από 15 μέρες, δηλαδή μια εβδομάδα θα κάνουν 5 group, την άλλη εβδομάδα άλλα 5. Είστε πολλοί και επομένως επαναλαμβάνετε το εργαστήριο. Μπείτε σας παρακαλώ στο e-TIMI, δείτε ο κύριος Γιαννούλας, ο Νίκος ο Γιαννούλας είναι υπεύθυνος για τα εργαστήρια, με αυτόν θα συζητάτε ό,τι θέμα υπάρχει σχετικό με τα εργαστήρια. Μπείτε στο e-TIMI, έχει οδηγίες, έχει ανακοίνωση και ακολουθήστε για να μπορέσετε να εγγραφείτε και να παρακολουθήσετε τα εργαστήρια αυτά. Υπάρχει άλλη ερώτηση, είναι πολλά τα εργαστήρια, είναι πολλές οι ώρες, αλλά νομίζω ότι υπάρχει ένα συγκεκριμένος αλγόριθμος, με τον οποίο μπένετε γράφεστε και ούτω καθεξής. Υπάρχει άλλη ερώτηση, ωραία. Άρα λοιπόν θα μπορούσαμε να μπούμε στο μάθημα, να ξεκινήσουμε. Να σας δείξω όμως λίγα πράγματα για το πού, με τι ασχολούμαστε συνολικά και ποιος είναι ο τελετουργικός στόχος. Εδώ λοιπόν έχω μια παρουσία στο YouTube, η οποία αναφέρεται στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Σήμερα τα περισσότερα βεβαίως κυκλώματα έχουν τη μορφή του ολοκληρωμένου κυκλώματος. Σε πιο εξειδικευμένες εφαρμογές κατασκευάζουμε με μονομένα εξαρτήματα. Εδώ λοιπόν αυτό το ωραίο βίντακι μας δείχνει, πολύ σύντομα, για να πάρουμε μια εικόνα για το συνολικό αντικείμενο της μικροελεκτρονικής σήμερα, μας δείχνει πώς κατασκευάζονται solid state σκληροί δίσκοι. Δηλαδή σκληροί δίσκοι, οι οποίοι δεν είναι δίσκοι πλέον, δεν έχουν μέσα μηχανικά μέρη περιστρεφόμενα ή οτιδήποτε άλλο, είναι με την μορφή που είχε ο παραδοσιακός σκληρός δίσκος για λόγους συμβατότητας χώρου, αλλά μέσα ουσιαστικά είναι αποκλειστικά ολοκληρωμένα κυκλώματα μνήμης. Παρόμοια με αυτά που έχετε όλοι φαντάζομαι, αυτά τα φλάς, τα στικάκια της μνήμης, η ίδια τεχνολογία είναι. Είναι μνήμη δηλαδή, είναι ολοκληρωμένο κύκλωμα το οποίο αποθηκεύει την πληροφορία, χωρίς να χρειάζεται τροφοδοσία για να διατηρήσει την πληροφορία αυτή. Θα τα δείτε όλα αυτά στα ψηφιακά βέβαια. Βλέπουμε λοιπόν γρήγορα τα ολοκληρωμένα κυκλώματα, βλέπουμε πώς σχεδιάζονται η διαδικασία δηλαδή ελέγχου, σχεδίασης, αυτό είναι το πρόγραμμα το οποίο σχεδιάζει το ολοκληρωμένο. Υπάρχουν ειδικά προγράμματα, όπως σας είπα για το SPICE, υπάρχουν ειδικά προγράμματα που σχεδιάζουν τα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Και είδατε εκεί μια σκηνή από τη σχεδίαση των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Εδώ αυτό που βλέπετε είναι διαδικασίες κατασκευής των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Βεβαίως για λόγους οργάνωσης του μαθήματος, αυτήν όλη την ανάλυση των βημάτων κατασκευής θα τελειώσει. Αυτήν όλη την ανάλυση των βημάτων κατασκευής θα την κάνουμε στην τελευταία διάλεξη. Επομένως, απλώς εδώ βλέπετε μια εικόνα, μπορείτε να το βρείτε αυτό το βίντεο για να το δείτε ξανά, για τις διαδικασίες κατασκευής των ολοκληρωμένων. Αυτό είναι ένα εργοστάσιο κατασκευής. Είναι καθαρός χώρος, όπως λέμε, έχει σημασία η έννοια. Βλέπετε αυτό το clean room, το οποίο βλέπετε 100 φορές καθαρότερο από θάλαμο νοσοκομείου εντατικής. Εδώ βλέπετε τον τρόπο με τον οποίο ελέγχονται τα κυκλώματα. Τα κυκλώματα είναι, βλέπετε εδώ φωτογραφίες από το εσωτερικό του ολοκληρωμένου κυκλώματος. Θα τα δούμε αυτά και λίγο περισσότερο στην διαδικασία. Εδώ είχε μια ενδιαφέρουσα σκηνή. Αυτό είναι το πρόγραμμα της σχεδίασης. Αυτό θα το δούμε, είπαμε, στο σχεδίαση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων VLSI στο πέμπτο έτος. Αυτά είναι τα λεγόμενα δισκοί απειρητείου τα wafers πάνω στα οποία φτιάχνουν τα κυκλώματα. Θα σας δείξω αρκετά πράγματα από αυτά στο μάθημα στο τελευταίο για την κατασκευή των ολοκληρωμένων. Και αυτό που έχει ενδιαφέρον εδώ είναι η συναρμολόγηση στη συνέχεια πώς επικοινωνούν τα ολοκληρωμένα κυκλώματα με το περιβάλλον. Αυτό που κάνουμε δηλαδή εμείς είναι να το σχεδιάσουμε και στη συνέχεια. Είναι πάρα πολύ γρήγορη η εικόνα. Ουσιαστικά το ολοκληρωμένο έχει έναν τρόπο να επικοινωνεί με το περιβάλλον. Θα τα δούμε λίγο, θα σας φέρω ολοκληρωμένα να τα δείτε στο τελευταίο μάθημα. Εν πάση περίπτωση αυτή είναι η όλη διαδικασία. Εδώ πάνω σε κάθε τέτοιο δίσκο βλέπετε το φυσικό του μέγεθος περίπου. Μπορούμε να κατασκευάσουμε προφανώς εκατοντάδες ή χιλιάδες όμια ολοκληρωμένα κυκλώματα. Εδώ είναι η διαδικασία με την οποία γίνεται η σύνδεση. Αυτό είναι νήμα χρυσού με το οποίο γίνεται η σύνδεση του ολοκληρωμένου εσωτερικά. Θα τα δείτε όλα αυτά, θα σας δώσω δείγματα να τα δείτε. Και βεβαίως στη συνέχεια η διαδικασία με την οποία συναρμολογείται το πλαστικό περίβλημα. Το ενεργό ολοκληρωμένο είναι ένα πολύ μικρό ποσοστό αυτού του όλου πλαστικού περιβλήματος. Το πλαστικό περίβλημα είναι για να το κάνει το ολοκληρωμένο χειροπιαστό. Θα τα πούμε όλα αυτά λεπτομερός. Γίνεται ο έλεγχος, βλέπετε εδώ τις διαδικασίες φυσικά τα πάντα αυτοματοποιημένα. Γίνεται η εγγραφή του τύπου του ολοκληρωμένου και στη συνέχεια μπαίνουν αυτά τα ολοκληρωμένα πάνω σε πλακέτες. Κολλιούνται και βλέπετε την ταχύτητα με την οποία δουλεύουν οι μηχανές. Αυτή είναι πραγματική ταχύτητα με την οποία δουλεύουν για να συναρμολογίσουν αυτά τα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Και βεβαίως το αποτέλεσμα είναι το να έχετε εσείς στο χέρι σας ένα motherboard ή να έχετε έναν δίσκο ο οποίος είναι solid state, είναι στερεάς κατάστασης. Βλέπετε πάνω σε κάθε δίσκο μέσα μάλλον υπάρχει ένα πλήθος ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μέσα στα οποία αποθηκεύονται οι πληροφορίες. Αυτή λοιπόν είναι μια ολόκληρη διαδικασία. Φυσικά για να φτάσει κανείς να σχεδιάσει ένα τέτοιο κύκλωμα πρέπει να περάσει από όλα τα προηγούμενα βήματα. Δηλαδή θα πρέπει να ξέρει το τι θέλει, ποια θα είναι η λειτουργικότητα του κυκλώματος, να ξέρει με ποια εργαλεία και σε τι τεχνολογία θα κατασκευάσει το κύκλωμα. Γιατί βλέπετε μιλάμε για κατασκευή, μιλάμε για χειροπιαστά πράγματα, άρα πρέπει να ξέρεις από πριν σε τι υλικό θα το φτιάξεις το συγκεκριμένο κύκλωμα. Και επομένως μέχρι να φτάσεις εκεί χρειάζεται να περάσεις από πολλά στάδια γνώσης, εμπειρίας, χρήσης εργαλείων. Το κόστος κατασκευής, θα σας πω αμέσως, το κόστος κατασκευής είναι άμεση συνάρτηση, το κόστος κατασκευής είναι άμεση συνάρτηση, το κόστος κατασκευής είναι συνάρτηση της τεχνολογίας. Δηλαδή για να σας δώσω ένα αριθμητικό παράδειγμα, εάν κάποιος από εσάς κάνει μια διπλωματική εργασία για τη σχεδίαση κάποιου ολοκληρωμένου κυκλώματος και διαπιστώσουμε ότι έφτασε μέχρι το τέλος και το κύκλωμα είναι λειτουργικό και θα μπορούσε να κατασκευαστεί, θα μπορούσαμε να το κατασκευάσουμε, δηλαδή στα πλαίσια μιας διπλωματικής εργασίας σας, έτσι στο τέλος των ετών φήτησης, θα μπορούσατε να σχεδιάσετε και να κατασκευαστεί αυτό. Δηλαδή το κόστος για να κατασκευάσουμε σε επίπεδο μιας διπλωματικής εργασίας μπορεί να είναι της τάξης των 300 ευρώ. Για να κατασκευάσουμε 20 κομμάτια από αυτό το ολοκληρωμένο. Θα σας πω αναλυτικά στο μάθημα της σχεδίας της ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, την διαδικασία με την οποίαν το κάνουμε. Βεβαίως, εάν πας να κάνεις ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα το οποίο είναι ιδιαίτερα υψηλών απαιτήσεων και χρειάζεται να πληρώσεις μια ιδιαίτερα τελευταία τεχνολογία, ακούτε περί νανομέτρων, ακούτε ας πούμε ιδιαίτερα για τους επεξαργαστές, ότι είναι σε 45 νανόμετρα, ότι είναι σε 32 νανόμετρα, ότι είναι σε 22 νανόμετρα τεχνολογία, αν τολμήσεις να πας σε τέτοιες τεχνολογίες βεβαίως, το κόστος θα φτάσει στα 100 χιλιάρικα για να κάνεις το κύκλωμα. Αυτό το δείγμα, τα 20 δείγματα στα οποία αναφέρομαι. Άρα καταλαβαίνετε ότι η διαφορά είναι τεράστια. Δηλαδή, το τι κύκλωμα θα κάνεις, δηλαδή τι απαιτήσεις θα έχει το κύκλωμα και επομένως τι αντίστοιχη τεχνολογία θα επιλέξεις, διαφοροποιεί το κόστος τρελά. Άρα μπορεί κανείς, ανάλογα με τις απαιτήσεις, να κατασκευάσει ολοκληρωμένο κύκλωμα. Είμαστε μέλη ενός ευρωπαϊκού οργανισμού, σαν πανεπιστήμιο εννοώ, είμαστε μέλη ενός οργανισμού που μας βοηθάει στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και έχουμε τη δυνατότητα, εάν κάποιος είτε στα πλαίσια μιας διπλωματικής, είτε στα πλαίσια μιας διδακτορικής διατριβής, σχεδιάσει ένα κύκλωμα, να στείλουμε τα σχέδια, θα τα πούμε όλα αυτά, είπαμε επαναλαμβάνω στο τελευταίο μάθημα αναλυτικά, να στείλουμε τα σχέδια, να υλοποιηθεί το ολοκληρωμένο και σε διάστημα τριών μηνών τυπικά, να μας έρθουν πίσω 20 κομμάτια από αυτό το ολοκληρωμένο που σχεδιάσαμε. Βεβαίως, 20 κομμάτια είναι το μήνυμο που μας στέλνουν. Επειδή είδατε ότι ένα πλακίδι ως το οποίο κατασκευάζονται είναι ιδιαίτερα μεγάλο και επομένως τα δικά μας τα κυκλώματα θα είναι της τάξεως των 2-3 τετραγωνικών χιλιωστών, γενικά υπάρχει ευχαία μπορεί να μας στείλουν 200. Από τη στιγμή που υπάρχει ελεύθερη επιφάνεια, απλώς θα κάνουν copy-paste το κύκλωμα μας και θα μας στείλουν κομμάτια έτσι για δείγματα. Δεν έχουν κανένα λόγο να μην το κάνουν, έτσι κι αλλιώς για αυτούς το κόστος του wafer είναι ενιαίο, θα διαχειριστεί από τα μηχανήματα όπως είδατε σαν ενιαίο wafer, τα μηχανήματα δεν δουλεύουν με ένα ένα κύκλωμα, δουλεύουν με ολόκληρο το πλακίδι αυτό το τεράστιο το κυκλικό και επομένως αν έχουν χώρο, πρακτικά αυτό είναι, αν έχουν χώρο μας στείλουν πολλά δείγματα, που συνήθως έχουν δηλαδή. Αυτό είναι για ακαδημαϊκά εργαστήρια και ινστιτούτα ερευνητικά, δεν είναι για τη βιομηχανία, δεν έχει καμία σχέση αυτή η διαδικασία με τη βιομηχανία, αυτές οι τιμές που σας είπα είναι τιμές για ερευνητικό ινστιτούτο. Η βιομηχανία αν θέλει μια εταιρεία να κατασκευάσει ένα εκατομμύριο ολοκληρωμένα κυκλώματα δικιάς της κατασκευής, δικού της σχεδιασμού, θα το κάνει και θα διαπραγματευθεί κατευθείαν με την κατασκευάστερη εταιρεία. Για την τιμή εννοώ. Λοιπόν, όσον αφορά τα μαθήματα συνολικά των ηλεκτρονικών, θα φτάσουμε, επαναλαμβάνω, μέχρι το μάθημα της σχεδίας των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, όπου εκεί θα δούμε όλα αυτά που θα μάθουμε στην ηλεκτρονική 1, ηλεκτρονική 2, ηλεκτρονική 3 και τηλεπικοινωνιακή ηλεκτρονική, πώς μπορούμε να τα κατασκευάσουμε, να τα υλοποιήσουμε σε μορφή ολοκληρωμένων κυκλώματων. Αυτό είναι τις περισσότερες φορές το ζητούμενο σήμερα. Στο μάθημα, λοιπόν, της ηλεκτρονικής 1, σε αυτό το εξάμινο, θα καλύψουμε αυτά εδώ τα αντικείμενα που βλέπετε. Δηλαδή, την βασική δίοδο, το βασικό εξάρτημα, το οποίο βασίζεται στην επαφή μεταξύ ημιαγωγού τύπου 1 και ημιαγωγού τύπου π, αυτό που ονομάζουμε ένωση π1 ή επαφή π1. Θα δούμε λίγο τη θεωρία, τη βασική θεωρία για να κατανοήσουμε πώς, ποια είναι η αρχή λειτουργίας όρων αυτών των εξαρτημάτων. Θα δούμε ένα είδος τρανζίστορ τα οποία είναι τα FET και ιδιαίτερα θα δούμε τα MOS τρανζίστορ. Θα δούμε τα διπολικά τρανζίστορ, δηλαδή ένα κομμάτι είναι η δίοδος, ένα κομμάτι είναι τα τρανζίστορ τα μονοπολικά, ένα κομμάτι είναι τα διπολικά τρανζίστορ. Θα δούμε κάποιες λύσεις σχεδιαστικές για αυτά τα κυκλώματα τα οποία θα μελετάμε για να τα φτιάξουμε με διακριτά εξαρτήματα. Πώς διαφοροποιείται η σχεδίαση αν πάμε να τα φτιάξουμε για ολοκληρωμένα κυκλώματα. Και το τελευταίο μάθημα θα είναι η κατασκευή των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων όπως σας είπα, όπου θα σας φέρω να δείτε και χειροπιαστά τα δείγματα για όλα αυτά που είδατε στο βίντεο. Ξεκινάμε λοιπόν να καταλάβουμε λίγο τη βασική αρχή και το απλό εξάρτημα το οποίο λέγεται δίοδος. Να πούμε καταρχήν ότι εσείς έχετε δει τα κλασικά παθητικά εξαρτήματα, έτσι την αντίσταση, το μπικνοτή, φαντάζουμε κάνατε κάποια πράγματα στα κυκλώματα, αυτά όλα είναι εξαρτήματα στα οποία ισχύει ο νόμος του όμου. Είναι γραμμικά εξαρτήματα. Θα συζητήσουμε λοιπόν τώρα για αυτό το εξάρτημα το οποίο λέγεται δίοδος, το οποίο έχει τελικά πρακτικά την ιδιότητα να επιτρέπει την ροή του ρεύματος προς τη μία κατεύθυνση μόνο. Για να δούμε λοιπόν κάποια εισαγωγικά για αυτό το εξάρτημα. Καταρχήν να θυμηθούμε τις κατηγορίες των υλικών όσον αφορά κριτήριο την αγωγημότητα του ηλεκτρικού ρεύματος. Έχουμε αγωγούς οι οποίοι έχουν πάρα πολύ μικρή ειδική αντίσταση, το ρο είναι η ειδική αντίσταση, και επομένως άγουν το ρεύμα, τα μέταλα για παράδειγμα, υπάρχουν οι μονοτές, τα υλικά δηλαδή τα οποία έχουν πάρα πολύ μεγάλη ειδική αντίσταση, βλέπετε η διαφορά είναι τεράστια μεταξύ των δύο κατηγοριών και υπάρχουν και οι μυαγωγοί, υλικά δηλαδή στα οποία μπορούμε να ελέγξουμε την αγωγημότητα. Δηλαδή μπορούμε εμείς να ρυθμίσουμε το πόση αγωγημότητα θα έχουμε. Ανάλογα με τις προσμήξεις, δηλαδή χρησιμοποιούμε αυτά τα τυπικά βασικά υλικά, τους βάζουμε ειδικές προσμήξεις, θα πούμε τώρα στη συνέχεια και στο επόμενο μάθημα, και με αυτόν τον τρόπο καταφέρνουμε να ελέγχουμε τις ιδιότητές τους. Θα δούμε όμως, θα πούμε αναλυτικά για αυτό το θέμα, γιατί φυσικά είναι η αρχή της κατασκευής και της ύπαρξης όλης της μικροελεκτρονικής. Έτσι λοιπόν οι μυαγωγούς, η γνωστή μυαγωγή είναι το πυρίτιο και το γερμανιο, αυτοί που χρησιμοποιούνται τα υλικά. Βεβαίως το πυρίτιο έχει καταλάβει τον χώρο, δηλαδή το πυρίτιο είναι το υλικό το οποίο χρησιμοποιούμε. Γιατί είναι άφθονος στη φύση, είναι σταθερό υλικό, πάρα πολύ σταθερό υλικό, είναι φτεινή πρωτη ύλη, το 70% του πλανήτη είναι πυρίτιο. Επομένως έχουμε άφθονοι πρωτοί ύλη. Παρ' όλα αυτά βέβαια το πρώτο τρανζίστορ που κατασκευάστηκε, που θα πούμε στον διπολικό τρανζίστορ, το πρώτο που κατασκευάστηκε σαν εξάρτημα ήταν από γερμανιο. Έτσι ήταν πιο εύκολο, το γερμανιο είναι αρκετά πιο δύσκολο και πιο ακριγό υλικό. Πάση περίπτωση σήμερα το πυρίτιο είναι αυτό που έχει καταλάβει το χώρο. Βεβαίως προφανώς ακούτε για οργανικά ηλεκτρονικά, για γραφένιο, για γάλιο αρσενικό. Υπάρχουν πολλές κατευθύσεις που έχουν διερευνήθη και που διερευνώνται σήμερα, αλλά υλικά να χρησιμοποιήσουμε για την μικροελεκτρονική και την νανοτεχνολογία. Αλλά παρ' όλα αυτά το πυρίτιο επιμένει δυναμικά να παραμένει το πρώτο υλικό, γιατί, είπαμε, έχει κάποιες ιδιότητες που δύσκολα μπορούν να βρεθούν σε άλλα υλικά. Θα τα δούμε. Είπαμε χρόνο σε αυτά τα πέντε-εξαμηνιαία μαθήματα. Σιγά-σιγά θα δούμε και άλλα υλικά. Θα συζητήσουμε ιδιαίτερα στο τελευταίο μάθημα και για όλα τα καινούργια υλικά τα οποία υπάρχουν και τα οποία φαντάζουμε τα βλέπουμε πλέον, οργανικές οθόνες και λοιπά στα κινητά. Έχουν αναπτυχθεί κάποια υλικά σε πρακτικές εφαρμογές, παρ' όλα αυτά το πυρίτιο είναι εκεί. Η δύοδος είναι ένα εξάρτημα, λοιπόν, το οποίο το αντιμετωπίζουμε καταρχήν μακροσκοπικά. Δηλαδή έχουμε μπροστά μας το εξάρτημα και θα δούμε τις ιδιότητές του. Το πώς εξηγούνται αυτές οι ιδιότητες θα το δούμε την επόμενη Τετάρτη. Ας δούμε λίγο το εξάρτημα και τη λειτουργικότητά του. Να το δούμε δηλαδή από τη μεριά του χρήστη, χωρίς να αναλύσουμε ακριβώς την αιτιολογία πώς φτάσαμε να έχουμε αυτές τις ιδιότητες. Έχουμε λοιπόν, όπως γνωρίζετε την αντίσταση, τον πυγνωτή και τον ποινείο, έχουμε και ένα εξάρτημα το οποίο λέγεται δύοδος. Το βλέπετε εδώ συμβολισμένο, ένα τριγωνάκι το οποίο μπορεί να είναι μαύρο ή να είναι σχέτο το τριγωνάκι χωρίς να έχει περιεχόμενο χρώμα. Και μια γραμμή. Έχει σημασία αυτή η γραμμή να είναι η γραμμή. Αν έχει κάτι άλλο είναι άλλο εξάρτημα. Είναι λοιπόν ένα εξάρτημα το οποίο έχει την ιδιότητα να επιτρέπει τη ροή του ρεύματος μόνο προς τη μία κατεύθυνση. Και μάλιστα από εδώ προς τα εδώ. Η ροή του ρεύματος λοιπόν είναι αυτή που δείχνει το τρίγωνο, πρακτικά. Η εφαρμογή, η πρώτη εφαρμογή είναι ως διακόπτης. Κάνουμε τη διαδικασία, αυτό που θα δούμε, τη διαδικασία της ανόρθωσης. Δηλαδή όπως όλοι ξέρετε στις μπρίζες μας έχουμε εναλλασσόμενο ρεύμα 220V ενεργού τιμής. Και θέλουμε να φορτίσουμε ένα σωρό συσκευές με 5V, με 3V, με 12V. Άρα λοιπόν ένας τρόπος είναι να χρησιμοποιήσουμε αυτό το εξάρτημα που λέγεται δίοδος. Αυτός είναι ο τρόπος που γίνεται πρακτικά. Έτσι ώστε να κάνουμε το ρεύμα να περνάει μόνο προς τη μία κατεύθυνση και στη συνέχεια να το σταθεροποιήσουμε με ένα μπιγκνοτή. Πρακτικά αυτή η γενική αρχή λειτουργίας. Να το σταθεροποιήσουμε και να πάρουμε μόνο συν 12V ή συν 5V. Από εκεί που έχουμε εναλλασσόμενο σήμα τάσης στην ίσοδο. Αυτή λοιπόν είναι η κύρια εφαρμογή. Και φυσικά ως ρυθμιστές ή σταθεροποιητές τάσεις, οι δικές κατηγορίες, οι δύο της Zener, τις οποίες θα δούμε αναλυτικότερα στην ηλεκτρονική 3. Θα δούμε όμως τη λειτουργία Zener στα πλαίσια αυτής της σειράς μαθημάτων. Για να δούμε λοιπόν τη χαρακτηριστική ρεύματος τάσης. Τα εξαρτήματα αυτά, επειδή ακριβώς η λειτουργία τους είναι μη γραμμική, θα τα δούμε και με εξισώσεις, αλλά έχει ενδιαφέρον και είναι πολύ πιο χρήσιμο να το έχουμε στο μυαλό μας με τη χαρακτηριστική λειτουργία. Δηλαδή να έχουμε μπροστά μας την εικόνα της σχέσης τάσης και ρεύματος μέσα από το εξάρτημα. Βλέπετε την χαρακτηριστική, ας πούμε, σε κανονική συσχέτηση. Δηλαδή, αν αυτό εδώ πούμε ότι είναι 0,7 V, καταλαβαίνετε ότι αυτό μπορεί να είναι 4-5 V αρνητικά. Θα μπορούσε αυτό να είναι μίον 20 V αρνητικά. Αυτή λοιπόν είναι η γενική εικόνα της χαρακτηριστικής ρεύματος τάσης της διόδου. Θα δούμε αναλυτικά το κάθε κομμάτι, γιατί έχει ενδιαφέρον να κατανοήσουμε πώς με αυτόν τον τρόπο εξηγούμε τη λειτουργία του εξαρτήματος. Εδώ λοιπόν τι μας λέει, ότι το ρεύμα εδώ είναι 0. Για ποιο διάστημα, εάν στα άκρα της διόδου έχουμε θετική τάση μέχρι κάποια τιμή, η οποία για το πυρίτιο είναι χαρακτηριστική τιμή. Είναι μισό V περίπου. Πάνω από το μισό V περίπου η δίοδος αρχίζει να άγινε. Και εδώ βέβαια είναι μεταβλητή η τιμή η κλήση, αλλά από ένα σημείο και μετά διατηρεί σταθερή την τάση στα άκρα της, η οποία τιμή πάλι ενδεικτικά εδώ φαίνεται ως 0.7 V. Συνήθως θα τη δίνουμε αυτή τη τιμή από 0.6 έως 0.8. Σε ποια τιμή θα σταθεροποιηθεί η τάση στα άκρα εξαρτάται από την κατασκευή του εξαρτήματος. Δεν μας πολύ απασχολεί. Και αυτή είναι η λεγόμενη ορθή ή forward στην αγγλική ορολογία πόλωση της διόδου. Δηλαδή όταν η τάση στα άκρα το θετικό είναι εδώ και το αρνητικό είναι εδώ. Εδώ λοιπόν παρατηρούμε ότι το ρεύμα είναι άπειρο. Μπορεί να πάει στο άπειρο, φυσικά στην πράξη ποτέ δεν θα γίνει αυτό, θα καεί το εξάρτημα. Αλλά το εξάρτημα δεν ρυθμίζει την τάση, δεν υπάρχει νόμος του ΩΜ. Δεν μπορείς να ρυθμίσεις δηλαδή το ρεύμα που θα περάσει. Εφόσον του δώσεις τάση, τυπικά θα μπορούσε να τραβήξει άπειρο ρεύμα το εξάρτημα. Άρα βάζουμε μια τάση ορθή, μέχρι κάποια τιμή δεν γίνεται τίποτα. Και μετά ξαφνικά το ρεύμα θα καθοριστεί απ' το υπόλοιπο κύκλωμα πρακτικά. Η δίοδος όμως επιτρέπει άπειρο ρεύμα. Αυτή είναι η έννοια της λειτουργίας σαν διακόπτη. Όταν πάμε στα αρνητικά, εδώ βλέπετε σαν να υπάρχει ένα ρεύμα. Αυτό το ρεύμα είναι αμεληταίο, θα το θεωρούμε 0. Αυτό είναι ένα ρεύμα διαρροής της ανάστροφης πόλωσης. Εδώ μιλάμε τώρα όταν είναι ανάποδα, δηλαδή αν βάλουμε εδώ το sin και εδώ το πλήν. Αυτό λοιπόν το ρεύμα εδώ είναι αμεληταίο. Το δείχνει εδώ για να ξέρουμε ότι υπάρχει ένα τέτοιο ρεύμα. Δηλαδή σε κάποιες εξώσεις θα δούμε ότι μπαίνει αυτό το ρεύμα. Οπότε πρέπει να λαμβάνει την υπόψη ανάλογα με την ακρίβεια των αναλύσεων που θέλουμε να κάνουμε. Αλλά πρακτικά στις περισσότερες φορές αυτό το ρεύμα θα είναι 0. Εάν δεν θέλουμε να περνάει καθόλου, της βάζουμε οποιαδήποτε τάση μικρότερη από 0.5 V. Αυτό το ρεύμα για να καταλάβετε είναι της τάξης των νανοαμπέρ. Επομένως στα πυρητίου τα τρανζίστορ και τα εξαρτήματα θα το θεωρούμε 0. Απλώς για την ανάλυση στις εξισώσεις μπαίνει ένα τέτοιο ρεύμα. Εδώ αυτό που θέλω να παρατηρήσω είναι ότι αυτή εδώ η περιοχή μπορεί να είναι χρήσιμη ή καταστροφική. Σε μια απλή διόδο αυτή η περιοχή εδώ είναι καταστροφική. Δηλαδή εάν κάποιος βάλει μια μεγάλη ανάστροφη ανάποδη τάση σε ένα εξάρτημα διόδου που δεν είναι κατασκευασμένο για να λειτουργεί σε αυτή την περιοχή εδώ, τότε απλώς θα το καταστρέψει, θα το κάψει. Υπάρχουν διόδοι οι οποίες λέγονται zener, ήταν η αναφορά που υπήρχε κάποια στιγμή για τις ειδικές κατηγορίες προηγουμένως, όπου είναι κατασκευασμένες για να λειτουργούν εδώ. Άρα λοιπόν για αυτές τις διόδους είπαμε θα μιλήσουμε στην ηλεκτρονική τρία. Εμείς για αυτές τις διόδους που θα χρησιμοποιούμε τώρα σε αυτά τα κυκλώματα, σε αυτό το εξάμινο, θεωρούμε ότι η δίοδος έχει μόνο αυτό σαν χρήσιμη περιοχή, αυτό εδώ πλέον είναι καταστροφική λειτουργία. Δηλαδή αν δώσουμε μια μεγάλη αντίθετη τάση, η δίοδος κάποια στιγμή θα τραβήξει από το μορεύμα, θα εξηγήσουμε τους μηχανισμούς με τους οποίους γίνεται αυτό και θα καταστραφεί. Άρα λοιπόν για την δίοδο την οποία θα χρησιμοποιήσουμε σε αυτό το εξάμινο, εξετάζουμε μόνο σαν χρήσιμη περιοχή λειτουργίας μόνο αυτό το κομμάτι. Ο λόγος που έχουμε και αυτό το κομμάτι είναι γιατί σε ποιο σημείο μπορεί να συμβεί, μπορούμε να το ρυθμίσουμε από τον τρόπο κατασκευής του εξαρθήματος και μπορούμε να κάνουμε σταθεροποίηση. Αλλά είπαμε αυτό θα το δούμε λίγο αργότερα σε εφαρμογές. Ωραία, αυτή λοιπόν είναι η πραγματική χαρακτηριστική. Μετά θέλουμε εμείς όμως, αυτή είναι εκθετικός νόμος, αυτή εδώ είναι εκθετική περιγραφή, θα τη δούμε τώρα στη συνέχεια, είναι εκθετική εξίσωση, δεν μας βολεύει πολύ πολύ στις πρακτικές λύσεις των ασκήσεων ή γενικά στην κατανόηση των κυκλωμάτων, επομένως έχουμε προσεγγιστικές λύσεις. Δηλαδή, αντί για εκθετική να τη γράψουμε τετραγωνική, δεν χρησιμοποιείται πολύ πολύ αυτό. Αυτό που χρησιμοποιούμε εμείς είναι αυτό ή αυτό, δηλαδή ιδανική δύοδος. Μηδέν ρεύμα μέχρι κάποια τιμή τάσης, από τη στιγμή που θα πιάσουμε την τάση άπειρο ρεύμα. Άπειρο, δηλαδή, ρυθμίζεται από την αντίσταση που θα υπάρχει σε σειρά, υποχρεωτικά. Η διαφορά αυτής και αυτής είναι αυτά τα 0,6 V. Και η διαφορά το αν θα πάρουμε τη μία ή την άλλη περίπτωση, έχει να κάνει με τις τιμές τάσεων που λειτουργεί το συγκεκριμένο κύκλωμα. Δηλαδή, αν η όλη μας μελέτη είναι στην περιοχή του 1, 2, 3, 5, 10 V, τα 0,6 V έχουν κάτι να πούν. Αν η λειτουργία που μελετάμε είναι στα 220 V RMS, δηλαδή πλάτος 300, τα 0,6 V δεν έχουν να πούν τίποτα. Άρα, ουσιαστικά τη βλέπουμε έτσι τη χαρακτηριστική. Δηλαδή, η δίοδος είναι ένας διακόπτης, ο οποίος όταν άγει κρατάει στα άκρα του ή 0 V, ή αν θέλουμε να είμαστε ακριβέστεροι, 0,6 V. Αυτή έτσι περιγράφεται με δύο γραμμές η λειτουργία της διόδου. Είναι ένας διακόπτης που κρατάει στα άκρα του όταν άγει 0, στην πολύ χοντρική προσέγγιση ή 0,6 V στην ακριβέστερη προσέγγιση όταν άγει θετικά. Στην αρνητική τάση στα άκρα της δεν άγει καθόλου. Εφόσον αντέχει αυτή την τάση. Τώρα, για να μπορέσουμε να αντιμετωπίσουμε τα κυκλώματα αυτά, όπως καταλαβαίνετε τα εξαρτήματα για τα οποία θα συζητήσουμε, η δίοδος και τα transistor, είναι ιδιαίτερα μη γραμμικά κυκλώματα. Άρα λοιπόν, για να τα χρησιμοποιήσουμε εμείς σε πρακτικές λύσεις, σε σχεδιάσεις, χρειαζόμαστε αυτό που λέμε ισοδύναμα κυκλώματα. Το πιο γενικό ισοδύναμο είναι αυτό που ονομάζεται γενικό ισοδύναμο, το οποίο μπορεί να μας περιγράψει τη λειτουργία του εξαρτήματος με ακρίβεια, με πλήθος εξισώσεων πιθανών, διαφορετικές εξισώσεις για κάθε περιοχή, για να είναι ακριβής η περιγράφη, αλλά αυτό βέβαια χρησιμοποιείται μόνο από τον υπολογιστή. Δηλαδή, τα προγράμματα που σας είπα, όπως το SPICE για παράδειγμα, χρησιμοποιούν κάποια γενικά ισοδύναμα, τα οποία είναι περίπλοκα, αλλά δίνουν ακριβή λύση. Εμείς, όταν πάμε να κάνουμε επίλυση ασκήσεων ή ουσιαστικά επίλυση κατανόηση της λειτουργίας του κυκλώματος, τι θα κάνει το κύκλωμα, όχι από την άποψη αν θα είναι εδώ 0,02V παραπάνω, αλλά τι θα κάνει, αν θα λειτουργεί, δεν θα λειτουργεί, αν θα καεί, δεν θα καεί. Τότε χρησιμοποιούμε κάποια ισοδύναμα, κυρίως χρήση γραμμικών ισοδυνάμων, γιατί είναι εύκολο να τα χειριστούμε, προσπαθούμε δηλαδή να κάνουμε γραμμικά ισοδύναμα, βεβαίως, αναγκαστικά σε κάποιες περιτώσεις δεν είναι ικανοποιητικά, θα πάμε σε μη γραμμικά. Αυτό που έχει σημασία όμως και θα θέλαμε να εντοπίσουμε τη διαφορά είναι αυτά τα συνεχούς και εναλλασσομένου ρεύματος. Δηλαδή, όταν θα μελετάμε στο συνεχές, θα χρησιμοποιούμε κάποιες εξισώσεις ή κάποια ισοδύναμα. Στη συνέχεια υπάρχουν ισοδύναμα τα οποία μας βοηθάνε στο να καταλάβουμε τι γίνεται όταν βάλουμε ένα σήμα στο κύκλωμα, εναλλασσόμενο. Άρα λοιπόν, θα μπορούσαμε να έχουμε και μάλιστα εδώ, για διάφορες περιοχές συχνοτήτων, η διαφοροποίηση των συχνοτήτων να έχει κάνει με τις χορητικότητες. Δηλαδή, όταν λέμε μέσω συχνοτήτων, εννοούμε ότι δεν λαμβάνουμε υπόψη μας χορητικότητες. Το ισοδύναμό μας δεν έχει χορητικότητες. Είναι στο εναλλασσόμενο μεν, αλλά χωρίς χορητικότητες. Άρα λοιπόν, σε αυτό το εξάμινο θα παραμείνουμε σε αυτά. Αυτά θα τα δούμε αναλυτικά στην ηλεκτρονική 2. Έτσι λοιπόν, για να αντιμετωπίσουμε τα κυκλώματα γενικά, χρησιμοποιούμε ισοδύναμα, αλλά πάντοτε όταν χρησιμοποιείτε ισοδύναμο, να θυμάστε τις συνθήκες με τις οποίες το χρησιμοποιείτε. Δηλαδή, δεν μπορείς να χρησιμοποιήσεις ένα ισοδύναμο που είναι για το εναλλασσόμενο για να κάνεις ανάλυση συνεχώς. Να πεις ότι το ρεύμα που μπαίνει εδώ είναι συνεχές. Προσοχή λοιπόν σε τέτοιου είδους λάθη τα οποία πολλές φορές μπορούν να μας βγάλουν σε λάθος αποτελέσματα και συμπεράσματα. Παράδειγμα, το μοντέλο της διόδου στο σπάις. Ένα από τα μοντέλα της διόδου στο σπάις. Βλέπετε ότι η δίοδος έχει κάποια αντίσταση, η οποία δίνεται από κάποιες εξισώσεις, έχει μια μεταβλητή χωρητικότητα, έχει μια εξαρτημένη πηγή. Βλέπετε, έχει εξησώσεις, έχει λογικό if, το ισοδύναμο δηλαδή ελέγχει αν η τάση είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη, τέλος πάντων, από κάποια πράγματα. Αυτό λοιπόν είναι ένα γενικό ισοδύναμο. Και μάλιστα εδώ είναι για τον DC current. Αυτό απλώς το έχω εδώ για να έχετε μια εικόνα τι σημαίνει γενικό ισοδύναμο. Δεν είναι δηλαδή αυτό που θα δούμε εμείς για τις ασκήσεις αντικαθιστούμε τη δίοδο με μια αντίσταση. Αυτό είναι ιδιαίτερη απλοποίηση. Μας δίνει την δυνατότητα να κατανοήσουμε λειτουργία, χωρίς όμως πρακτικά να μας δίνει μεγάλη ακρίβεια στη λύση. Παρ' όλα αυτά μας δίνει την ιδέα της λειτουργίας, πώς θα λειτουργήσει το κύκλωμα. Να έχετε υπόψη σας ότι όλη αυτή η ανάλυση που κάνουμε και αυτό που διαβάζετε σαν ανάλυση στα βιβλία για τα ηλεκτρονικά κυκλώματα, ο στόχος είναι να δουλέψει κάποιος να κατανοήσει λειτουργίες, να κατανοήσει ευαισθησίες, τι εξαρτάται από τι και να μπορέσει να κάνει το πρώτο σχέδιο. Από κει και πέρα, την λεπτομερή λειτουργία, τις τελικές ρυθμίσεις θα τις κάνει με τη χρήση του SPICE ή ενός άλλου προγράμματος. Κανείς δεν κάνει αναλυτική λύση με ακρίβεια με το χέρι. Άρα λοιπόν αυτό που πρέπει να μάθετε εσείς είναι ο τρόπος αντιμετώπισης των κυκλωμάτων γενικότερα, οι εξισώσεις οι οποίες σας δείχνουν την πληροφορία από τι εξαρτάται η συμπεριφορά για να μπορέσετε να ξεκινήσετε μια σχεδίαση ενός κυκλώματος με συγκεκριμένες απαιτήσεις. Και από εκεί πέρα την τελική ρύθμιση των παραμέντων θα την κάνετε με ένα πρόγραμμα. Εξίσως η οποία περιγράφει το ρεύμα της διόδου, εννοείται στην ορθή πόλωση. Το ρεύμα λοιπόν, το ρεύμα της διόδου είναι συνάρτηση της τάσης, αλλά βλέπετε εκθετική. Η σχέση ρεύματος τάσης στη διόδο είναι εκθετική. Οι παράμετροι που επισέρχονται είναι αυτό το ανάστροφο ρεύμα κόρου, το οποίο εξαρτάται από τη θερμοκρασία και διπλασιάζεται κάθε 10 βαθμούς. Και στη συνέχεια, η τάση της διόδου είναι αυτή, λάθος έδειξα προηγουμένως, είναι βεντέ. Αυτή εδώ η τάση είναι μια σταθερή ποσότητα για το συγκεκριμένο εξάρτημα, το πυρίτιο, έτσι φτιαγμένο από πυρίτιο. Είναι η λεγόμενη θερμική τάση και προκύπτει ότι αυτή η θερμική τάση είναι περίπου 25 με 26 μιλιβόλφ για θερμοκρασία δωματίου. 25 με 26 λέω γιατί εξαρτάται τι θα πούμε θερμοκρασία δωματίου αν είναι 295 βαθμίες ή 300 βαθμίες, έτσι καταλαβαίνετε μικρή διαφορά. Κ είναι η σταθερά του Boltzmann, τ είναι η θερμοκρασία σε απόλυτη κλίμακα, η απόλυτη θερμοκρασία, όχι κελσίου δηλαδή, και Q είναι το φορτίο του ηλεκτρονίου. Αυτό προκύπτει από την ανάλυση, το ξέρουμε ότι είναι η λεγόμενη θερμική τάση. Συμβολίζεται πάντοτε με αυτό το ΒΤ. Προσοχή ΒΤ. Εδώ υπάρχει μια παράμετρος N, η εξίσωση αυτή προφανώς, καταλαβαίνετε από πίσω, έχει αρκετή ανάλυση. Θα δούμε λίγο παρακάτω. Στην επόμενη σειρά διαφανίων δείχνεται πιο αναλυτικά η εξίσωση. Προκύπτει από την ανάλυση της φυσικής λειτουργίας του εξαρτήματος. Η συγκεκριμένη παράμετρος είναι μια σταθερή τάση, η οποία ουσιαστικά ρυθμίζεται από το υλικό της διόδου. Και σημαίνει την προκύπτει από την ενέργεια που χρειάζεται για να αλλάξουν κάποιες τιμές. Όχι, είναι μια σταθερή ποσότητα. Θα μπαίνει στις εξισώσεις μας συνέχεια. Είναι ιδιότητα του υλικού. Θα το δούμε λίγο καλύτερα την επόμενη φορά. Απλώς αυτό που μας λέει είναι ότι βλέπετε εδώ το Vendee, για να αρχίσει να λειτουργεί η δίοδος, είναι της τάξης 500-700 mV. Άρα, αν εδώ δείτε ότι αυτό είναι 50 mV, ας πούμε ότι αυτό είναι δύο, είναι 50 mV, 500 mV είναι ο αριθμητής, άρα αυτό είναι εις την δεκάτη. Καταλαβαίνετε ότι αυτό το ένα εδώ πολύ εύκολα το διώχνουμε. Άρα λοιπόν, έχουμε εδώ μια έκφραση που είναι περίπου εις την δεκάτη ή εις την εικοστή. Και εδώ το ανάστροφο ρεύμα κόρου, το οποίο είναι της τάξος των μικροαμπέρς συνήθως. Και επομένως βγάζουμε το ρεύμα της διόδου. Το ρεύμα της διόδου μπορεί να είναι σε κλίμακα μιλιαμπέρ, μπορεί να είναι σε κλίμακα αμπέρ ή μπορεί να είναι και σε εκατοντάδες αμπέρ. Εξαρτάται από το φυσικό μέγεθος της διόδου. Οι δίοδοι που θα δείτε στο εργαστήριο μπορεί να είναι φυσικού μεγέθους ενός δύο χιλιωστών ή μισού εκατοστού. Υπάρχουν δίοδοι οι οποίοι μπορεί να είναι 30 εκατοστά, ένα εξάρτημα. Από εκεί περνάνε περίπου 1.000 αμπέρ. Εξαρτάται λοιπόν, η εξίσωση δεν αλλάζει, αλλάζει αυτό. Το ανάστροφο ρεύμα κόρου. Όσο πιο μεγάλο είναι το εξάρτημα, τόσο πιο μεγάλο είναι αυτό το ανάστροφο ρεύμα κόρου. Και επομένως τόσο μεγαλύτερη είναι και η τιμή του ρεύματος. Τιμή του ρεύματος επίσης κρατάει μεγαλύτερη τάση. Οι μεγαλύτερες δίοδοι κρατάνε μεγαλύτερη τάση. Δηλαδή θα δείτε διόδους μεγάλες ισχύως που κρατάνε ένα volt αντί για μισό. Μπας περίπτωση. Εδώ επίσης να τονίσω αυτή την ιστορία με αυτόν τον συντελεστή εδώ. Αυτόν τον συντελεστή τον θέτουμε δύο για το Πυρήτιο λέει εδώ και ένα για το Γερμανιο. Παρ' όλα αυτά στα ολοκληρωμένα κυκλώματα μπορεί επίσης να το δείτε ένα και για το Πυρήτιο. Είναι ένα συντελεστής ο οποίος ουσιαστικά ρυθμίζει εδώ την τιμή. Και εξαρτάται από την τεχνολογία με έναν ιδιαίτερα περίπλοκο τρόπο. Άρα ξεκινάμε κατευθείαν από την τιμή που μας δίνει ο κατασκευαστής. Αυτό το VD βλέπετε εδώ όσο η τιμή του VD είναι μικρή αυτός ο όρος δεν δίνει σημαντικό ρεύμα. Μόλις η τιμή αυτή φτάσει κάποια τάξη 500 mV αρχίζει και δίνει κάποια τιμή και στη συνέχεια αυτός ο όρος ανεβαίνει απότομα. Δηλαδή είναι από το σχήμα δηλαδή ουσιαστικά έχουμε εδώ αυτή την μορφή βλέπετε. Δηλαδή εδώ πάει με κάποιο ρυθμό και μετά απότομα πετάγεται πάνω. Σταθεροποιείται η τάση ναι. Σταθεροποιείται η τάση δηλαδή η τάση στη δίοδο δεν μπορεί να ξεπεράσει κάποια τιμή. Βεβαίως εμείς εδώ στο ισοδύναμο βλέπετε θεωρούμε κατακόρυφο στην πραγματικότητα όπως άλλωστε λέει βλέπετε εδώ. Όπως λέει και η εξίσωση αν το πάρουμε αναλυτικά όσο μεγαλώνει αυτό μεγαλώνει θα μπορούσε να μεγαλώσει δηλαδή και άλλο η τάση. Στην πραγματικότητα αν αντέχει η δίοδος μπορεί η τάση να φτάσει και τα 0,8V και τα 0,9V. Η χαρακτηριστική δηλαδή έχει μια κλήση δεν είναι ακριβώς κατακόρυφη. Αλλά εμείς σε πρώτη προσέγγιση θεωρούμε ότι φεύγει κατακόρυφα. Δηλαδή σταθεροποιεί μια συγκεκριμένη τιμή. Κάνουμε κάποιες προσεγγίσεις κάθε φορά με στόχο να κατανοούμε τη λειτουργία. Επαναλαμβάνω ότι την ακριβή τιμή θα την πάρετε από ένα πρόγραμμα προσωμίωσης που είδατε ότι έχει μέσα πλήθος εξισόσων. Μετατόπιση με τη θερμοκρασία. Έχουμε μετατόπιση της χαρακτηριστικής αν αυξηθεί η θερμοκρασία ή η χαρακτηριστική μετατοπίζεται. Δηλαδή τι θυμόμαστε, αυξάνεται το ρεύμα κόρου, διπλασιάζεται κάθε 10 βαθμούς Κελβίν ή κάθε 6 βαθμούς στο πυρίτιο, διπλασιάζεται το ρεύμα, άρα λοιπόν όσο αυξάνεται η θερμοκρασία για την ίδια τιμή τάσης θα έχετε μεγαλύτερο ρεύμα. Άρα η χαρακτηριστική μετατοπίζεται προς τα αριστερά. Άρα λοιπόν αυτή είναι μια παρατήρηση, έχουμε εξάρτηση από τη θερμοκρασία. Και αυτός είναι ο μεγαλύτερος πωνοκέφαλος της σχεδίας των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Γιατί μην ξεχνάτε ότι ένα κύκλωμα θα ξεκινήσει να λειτουργεί όταν θα είναι στους 10-20 βαθμούς περιβάλλοντος, Κελσίου, και όταν θα ζεσταθεί θα φτάσει στους 70. Πρέπει να εξακολουθεί να λειτουργεί σωστά. Είναι ένας μεγάλος πωνοκέφαλος γιατί βλέπετε εδώ ότι υπάρχει μετατόπιση. Θα το δούμε, είναι συγκεκριμένη. Αλλάζει κατά 2 μιλιβόλτα ένα βαθμό Κελσίου. Για να δούμε την έννοια της πόλωσης. Για πρώτη φορά εδώ συναντάμε την έννοια της πόλωσης. Δηλαδή, η πόλωση σημαίνει μελέτη στο συνεχές. Δηλαδή, ποιο θα είναι το συνεχές το οποίο θα μετακινήσει τη δίοδο, θα την αναγκάσει, τη δίοδο θα την αναγκάσει να λειτουργεί σε συγκεκριμένο σημείο της χαρακτηριστικής της. Η πόλωση λοιπόν είναι το συνεχές ρεύμα που θα χρησιμοποιήσουμε για να θέσουμε το μη γραμμικό εξάρτημα, εδώ είναι η δίοδος, αργότερα θα είναι το transistor, να το θέσουμε σε συγκεκριμένο σημείο της χαρακτηριστικής της. Έστω λοιπόν, το απλό κύκλωμα πηγής συνεχούς, δίοδος, αντίσταση φορτίου. Πώς λύνουμε το κύκλωμα? Αυτό εδώ το εξάρτημα υπακούει στον νόμο του Ωμ. Αυτό το εξάρτημα υπακούει σε αυτόν τον νόμο. Η σχέση ρεύματος τάσης είναι αυτή. Μπορεί κανείς να λύσει αυτές τις δύο εξισώσεις και να βγάλει άκρη. Πράγμα το οποίο δεν είναι εύκολο με το χέρι. Άρα λοιπόν, πάμε να δούμε έναν τρόπο πρακτικό πώς μπορούμε να κάνουμε γρήγορα επίλυση αυτού του κύκλωματος. Δηλαδή τελικά ποιο θα είναι το ρεύμα και η τάση στα άκρα του φορτίου. Παρατηρούμε ότι το εξάρτημα υπακούει σε αυτόν τον νόμο. Ή για το γραμμικό μέρος, δηλαδή την αντίσταση και την πηγή ισχύει ότι, για όλο το κύκλωμα φυσικά, είναι η τάση στα άκρα της διόδου, συν το ρεύμα που περνάει μέσα από την αντίσταση. Άρα λοιπόν, το ρεύμα, λύνουμε ως προς το ρεύμα, το ρεύμα είναι αυτό. Αυτή λοιπόν η εξίσωση είναι η εξίσωση που περιγράφει το γραμμικό τμήμα του κυκλώματος. Αυτό που υπακούει στο νόμο του Ω. Αυτή λοιπόν η εξίσωση πρόκειται περί ευθείας, η σχέση ρεύματος-τάσης εδώ είναι μια ευθεία. Νόμος του Ω, επαναλαμβάνω. Ο συντελεστής είναι αρνητικός, αρνητική κλήση, και αυτό είναι το σταθερό σημείο. Αυτή λοιπόν η ευθεία λέγεται ευθεία φορτίου. Ουσιαστικά είναι η ευθεία που περιγράφει τη λειτουργία του γραμμικού μέρους του κυκλώματος. Έχουμε λοιπόν μια σχέση ΙΔΒΔ, έχουμε κι άλλη μια σχέση ΙΔΒΔ, αυτό το ΒΕΝΤΕ είναι η τάση της διόδου, έτσι. Με βάση λοιπόν το γραμμικό κύκλωμα, η σχέση ρεύματος-τάσης πρέπει να είναι αυτή, με βάση τη δίοδο πρέπει να είναι εκείνη, πρέπει να βρούμε την κοινή λύση των δύο εξώσων. Ο τρόπος λοιπόν για να βρούμε την κοινή λύση, εδώ μια παρατήρηση, αυτό το κύκλωμα είναι ιδιαίτερα απλό, αλλά είναι και ιδιαίτερα γενικό, γιατί σε αυτήν την μορφή μπορούμε να φέρουμε το οποιοδήποτε κύκλωμα. Κάτι θα έχετε ακούσει για το θεόριμα Θεοβενίν. Άρα λοιπόν το θεόριμα Θεοβενίν μας δίνει τη δυνατότητα, το οποιοδήποτε σύνθετο κύκλωμα γραμμικό, να το μεταφέρουμε στην μορφή μιας πηγής και μιας αντίστασης. Επομένως το κύκλωμα αυτό είναι απλό, αλλά στην πραγματικότητα μας λέει για τη συμπεριφορά των διώδων, πώς μπορούμε να τις αντιμετωπίσουμε σε γενικότερα κυκλώματα. Να λοιπόν η λύση. Η λύση είναι να χρησιμοποιήσουμε την αναπαράσταση της χαρακτηριστικής της διώδου. Βλέπετε εδώ είναι πιο ρεαλιστική η αναπαράσταση. Να χρησιμοποιήσουμε την ευθεία φορτίου και το σημείο το μης είναι η λύση των δύο εξώσων. Δηλαδή βάζουμε στο ίδιο διάγραμμα την εξίσωση της διώδου, βάζουμε την ευθεία φορτίου για το συγκεκριμένο κύκλωμα, δηλαδή αυτό το σημείο εδώ είναι το σημείο V1-DRL. Συγγνώμη αυτό το σημείο εδώ είναι το V1. Αυτό το σημείο εδώ είναι το V1-DRL. Προκύπτει αν βάλουμε τους μηδενισμούς. Για ρεύμα 0 προκύπτει ότι αυτό το σημείο εδώ είναι V1. Για τάση 0 προκύπτει ότι εκείνο το σημείο εδώ πάνω είναι V1-DRL. Άρα λοιπόν εύκολα τοποθετούμε την ευθεία φορτίου στο διάγραμμα μας και επομένως παίρνουμε τη λύση του συστήματος των δύο εξισώσεων. Για να δούμε λοιπόν τώρα πώς κάνουμε αυτό που λέμε ανάλυση μικρού σήματος. Καταρχήν να τονίσω την έννοια του μικρού σήματος. Δεν συζητάμε για συγκεκριμένη τιμή, η οποία βεβαίως θα πρέπει να είναι κάποια δεκάδες ή εκατοντάδες μιλιβόλτες έτσι κι αλλιώς, αλλά η έννοια του μικρού σήματος είναι ότι δεν αλλάζει το σημείο λειτουργίας σημαντικά. Δηλαδή για να κάνουμε ανάλυση μικρού σήματος πρέπει να δεχθούμε ότι αυτό το μικρό σήμα, δηλαδή έχουμε το συνεχές, την πόλωση και έχουμε μια μικρή μεταβολή έτσι ώστε η δύοδος να παραμείνει εκεί που άγει. Διότι αν με το σήμα η δύοδος περνάει σε περιοχή που δεν άγει, δεν μπορούμε να αφαρμόσουμε αυτή την ανάλυση. Η ανάλυση λοιπόν μικρού σήματος ισχύει όταν η δύοδος παραμένει στην περιοχή αγωγημότητας, εκεί που επιτρέπει τη διέλευση του ρεύματος. Για να δούμε τι κάνουμε. Έχουμε την ευθεία φορτίου και το σημείο ηρεμίας ή λειτουργίας, όπως λέγεται το σημείο Q. Επίσης αυτό είναι χαρακτηριστικό γράμμα. Το σημείο αυτό ονομάζεται Q, όπου υπάρχει η ένδειξη Q στις τιμές εννοείται του ρεύματος ηρεμίας ή του σημείου λειτουργίας του ρεύματος λειτουργίας. Τι σημαίνει μικρό σήμα? Σημαίνει ένα σήμα το οποίο το βλέπετε εδώ όταν έχουμε ζωγραφίσει έναν άξονο, αυτός ο άξονος προς τον χρόνο εδώ. Έστω λοιπόν ότι αυτό είναι το συνεχές και εδώ πάνω προσθέτουμε και ένα εναλλασσόμενο. Αρκετά μικρό σε πλάτος έτσι ώστε το σημείο λειτουργίας να παραμείνει στην περιοχή που Άγι βίωνος. Επομένως φανταζόμαστε την ευθεία φορτίου να μετατοπίζεται και να κινείται με αυτόν τον τρόπο. Άρα το σημείο λειτουργίας με την επίδραση αυτού του σήματος μετατοπίζεται από εδώ μέχρι εδώ. Και επομένως το ρεύμα της διόδου έχει αυτή τη μορφή. Αυτό αν αυτό εδώ είναι η μύτωνο, θα είναι και αυτό σχεδόν η μύτωνο. Το σχεδόν έχει να κάνει με το πόσο ευθύγραμμο ή καμπύλο είναι αυτό το τμήμα. Δηλαδή αν θεωρήσουμε ότι αυτό προσεγγιστικά είναι ευθύγραμμο, τότε αυτό είναι η μύτωνο. Αν αυτό είναι η μύτωνο. Αλλιώς υπάρχει παραμόρφωση. Αυτή λοιπόν είναι η αντιμετώπιση μικρού σήματος. Δηλαδή ότι το σήμα αυτό επηρεάζει το σημείο λειτουργίας αλλά λίγο. Έτσι ώστε αυτό εδώ το κομμάτι να μπορούμε να το θεωρήσουμε ότι παραμένει στην αγωγημότητα η δίοδος και ότι μπορεί να είναι και ευθύγραμμο. Για να δούμε λοιπόν σε αυτή την περίπτωση πώς κάνουμε την ανάλυση. Έχουμε την εξίσωση που περιγράψαμε για τη δίοδο. Για να δούμε αν κάνουμε την παραγώγηση να πάρουμε δηλαδή την αγωγημότητα της διόδου σε κάποιο σημείο. Η παραγώγηση αυτή θα μας δώσει αυτή την μορφή. Έτσι είναι απλή παραγώγηση. Και ουσιαστικά αν θεωρήσουμε ότι αυτό εδώ είναι περίπου ίσο με το Ι αντί. Γιατί είπαμε ότι το 1 μπροστά στο ί στην 10η ή στην 20η είναι αμεληταία ποσότητα. Και επομένως η αγωγημότητα είναι αυτή. Σε ένα σημείο, σε συγκεκριμένο σημείο, οι παράγωγους. Άρα λοιπόν η δυναμική αντίσταση ορίζεται με αυτόν τον τρόπο, το αντίστροφο. Άρα η δυναμική αντίσταση της διόδου σε ένα συγκεκριμένο σημείο όπου άγει ένα ρεύμα ΙΔ είναι 26 έως 52 μιλιβόλτ προς το ρεύμα. Λέω 26 έως 52 γιατί στην πραγματικότητα το ί είπαμε παίρνει τιμές από 1 έως 2. Τυπικά εδώ λέει 2 για το Πυρήτιο, 1 για το Γερμανιο. Αλλά παραλαμβάνω θα βλέπουμε τιμές για το Πυρήτιο στα ολοκληρωμένα και την τιμή 1. Μπας περιτώσει θα δίνεται η τιμή για το Ν. Αν είναι για διακριτά εξαρτήματα συνήθως είναι 2, για τα ολοκληρωμένα είναι 1. Άρα λοιπόν για ένα εξάρτημα με μονομένο διόδου αυτό είναι 2. Επί 26 κάνει 52. Αν αυτό εδώ είναι 1 μιλιαμπέρ μας δίνει μια δυναμική αντίσταση 52 Ω. Αυτή είναι η ενδεικτική να έχετε μια ένδειξη του μεγέθους έτσι της δυναμικής αντίστασης. Είναι 52 Ω για ένα μιλιαμπέρ ρεύμα. Υπήρχε μια ερώτηση, ναι. Ναι, ουσιαστικά θέλουμε να κάνουμε την προσέγγιση που προηγουμένως είπα. Δηλαδή να δούμε την κλήση για να μπορέσουμε να κάνουμε την μεταφράση, την μετατροπή της τάσης στο ρεύμα. Και για να μπορέσουμε να προσεγγίσουμε το κύκλωμα γραμμικά. Θα κάνουμε γραμμική προσέγγιση. Α, εδώ έχει μια άλλη αναπαράσταση επίσης. Βλέπετε αυτό που είπαμε ότι θεωρούμε ότι η μεταβολή εδώ μπορεί να θεωρηθεί ευθεία. Η κλήση στο σημείο Q είναι 1 προσάρτε. Και επομένως αν εδώ έχουμε ένα τριγωνικό σήμα και εδώ θα έχουμε ένα ευθύγραμο τριγωνικό σήμα. Καταλαβαίνετε ότι όσο πιο μεγάλη είναι αυτή η μεταβολή, όσο πιο μεγάλο πλάτος έχουμε εδώ, τόσο περισσότερη παραμόρφωση θα πάρουμε στην έξοδο. Εντάξει, γραμμική μετατροπή θα έχουμε μόνον όσο το σήμα αυτό εδώ είναι πάρα πολύ μικρό. Έτσι ώστε, βλέπετε εδώ είναι τα 0.7 V, ας πούμε ότι είναι κάποια 10 ή 20 mV. Από εκεί και πέρα, όσο μεγαλώνει το σήμα μετατροπή θα είναι 10 ή 20 mV. Από εκεί και πέρα, όσο μεγαλώνει το σήμα μεγαλώνει και η παραμόρφωση τελικά της σκηματομορφής που θα πάρουμε στην έξοδο. Με δεδομένο ότι ο πραγματικός νόμος είναι εκθετικός. Αν έχουμε και κομμάτι που έχει πυκνοτεί, τότε υπάρχει και διαφοροποίηση μεταξύ συνεχούς και εναλλασσόμενου. Δηλαδή αυτό που είπαμε για ευθεία φορτίου, εδώ να το δούμε σαν έννοια, θα μας απασχολήσει ιδιαίτερα στα transistor, ας το δούμε εδώ σαν έννοια, υπάρχει η ευθεία φορτίου στο συνεχές και η ευθεία φορτίου στο εναλλασσόμενο. Εδώ ξανά να πω ότι σε όλη αυτή η διάρκεια αυτού του εξαμίνου θα συζητάμε για μέσες συχνότητες. Δηλαδή οι χωρητικότητες θα είναι ανοιχτό κύκλο μας στο συνεχές, βραχικύκλο μας στο εναλλασσόμενο. Δεν θα χρησιμοποιήσουμε τη μη χωρητικότητας, ισοδύναμης μη καδικής αντίστασης. Αυτό θα το δούμε στο επόμενο, στην ηλεκτρονική 2, που θα δούμε πράγματι την επίδραση των χωρητικοτήτων. Εδώ λοιπόν η χωρητικότητα είναι ανοιχτό κύκλο μας στο συνεχές, βραχικύκλο μας στο εναλλασσόμενο και επομένως η αντίσταση στο εναλλασσόμενο είναι ο παράλληλος συνδυασμός. Προσπαθούμε να απλοποιήσουμε την προσέγγιση έτσι ώστε να κατανοήσουμε καταρχήν τα πράγματα. Τι θα γίνει αν είναι μεγάλο το σήμα. Θα έχουμε το αποτέλεσμα της ανόρθωσης, δηλαδή του να έχουμε μόνο προς τη μία κατεύθυνση. Δείτε για παράδειγμα εδώ, έχουμε πάλι το σημείο λειτουργίας και το σήμα είναι αυτό. Εδώ είναι το 1V ας πούμε, έστω ότι έχετε ένα σήμα το οποίο είναι 5V πλάτος. Τι θα κάνει η δύοδος, η χαρακτηριστική μετατοπίζεται, το ρεύμα κάποια στιγμή ψαλιδίζεται, κόβεται, σταματάει. Άρα η δύοδος επιτρέπει μόνο το θετικό να περάσει. Επιτρέπει δηλαδή μόνο αυτό. Αυτό εδώ θα κοπεί. Αυτή είναι η διαδικασία που αναρχικά είπα για την ανόρθωση τα 220V του δικτύου. Ορίστε. Το σημείο λειτουργίας μετατοπίζεται προς τα δώ, καθώς πάει η θάση να κατέβει και επομένως κάποια στιγμή το ρεύμα μηδενείς. Να παρακολουθούμε το σημείο λειτουργίας, κάποια στιγμή θα μηδενήσει. Άρα δεν υπάρχει δυνατότητα να περάσει αρνητικό ρεύμα. Δηλαδή, αυτό που σας είπα με μια κουβέντα, κόβει τα αρνητικά, το βλέπουμε εδώ να εξηγείται μέσω της χαρακτηριστικής και της μετακίνησης της ευθείας φορτίου. Είναι η εξήγηση για το πώς λειτουργεί η δύοδος, πώς κόβει το αρνητικό κομμάτι της σχηματομορφής. Πήρε κάποια άλλη ερώτηση, ναι. Η τοποθέτηση του σημείου λειτουργίας, δηλαδή αυτή είναι η χαρακτηριστική του εξαρτήματος. Το σε ποιο σημείο τελικά, ποιος θα είναι ο συνδυασμός τάσης και ρεύματος, όταν έχουμε μόνο το συνεχές, μόνο συνεχές, είναι αυτό που λέμε υπόλωση. Που θα πάει το σημείο λειτουργίας. Εάν δεν βάλετε συνεχές, καθόλου τίποτα, τότε θα μπορούσε αυτό να είναι εδώ. Βάζουμε ένα συνεχές, ώστε να επιβάλλουμε το σημείο λειτουργίας να πάει στην περιοχή που μας ενδιαφέρει. Έτσι ώστε να μπορούμε, αν θέλουμε, να κάνουμε μικρό σήμα. Φυσικά, όταν έχουμε μεγάλο σήμα, είναι προφανές ότι δεν η φύστα τη είναι της πόλωσης. Δεν χρειαζόμαστε πόλωση. Όταν στη δύοδο θα βάλουμε 280 V, τι να την κάνουμε την πόλωση. Η πόλωση θα μας χρειαστεί φυσικά, και εδώ χρειάζεται για κάποιες περιπτώσεις, αλλά κυρίως το transistor, που θέλουμε να μετακινήσουμε το σημείο ηρεμίας, όταν δεν έχουμε σήμα, σε συγκεκριμένο σημείο των χαρακτηριστικών, πέρα από το σημείο 0. Αυτό κάνει η πόλωση. Με συνεχή τροφοδοσία, μετακινούμε το σημείο λειτουργίας πάνω στη χαρακτηριστική. Για να το πάμε εκεί που θέλουμε, ώστε το σήμα να βρει το εξάρτημα εδώ, και όχι εδώ. Για να επιτρέπει συγκεκριμένη συμπεριφορά, για να επιτρέπει τη γραμμικοποίηση. Υπάρχει άλλη ερώτηση. Αυτή λοιπόν η εικόνα εξηγεί τη λειτουργία του μεγάλου σήματος και βεβαίως το κύκλωμα της απλής ανόρθωσης. Δεν υπάρχει συνεχές, δεν υπάρχει πόλωση εδώ, δεν την χρειαζόμασταν. Αυτό εδώ είναι ένα μεγάλο σήμα, παραλαμβάνω 300 V πλάτους. Τι να την κάνουμε την πόλωση. Αυτό είναι το σήμα εισόδου και φυσικά αυτό που θα βλέπουμε είναι το σήμα εξόδου. Αν θεωρήσουμε την ιδανική δίοδο που κρατάει 0 στα άκρα της οτανάγη, αυτό εδώ είναι στο 0. Αν τυχόν θέλετε να βάλετε 0,7, τότε αυτό εδώ θα υπάρχει μια διαφοροποίηση, θα το δούμε αυτό σαν άσκηση, θα υπάρχει μια διαφοροποίηση. Αν θέλετε να βάλετε εκεί 0,7, αυτό εδώ θα είναι 0,7 κάτω από αυτό. Τα φωτοριθμικά χρησιμοποιούν, ναι, χρησιμοποιούν το σήμα, αλλά εκεί πάλι είναι ύλη της ηλεκτρονικής τρία. Τα ηλεκτρονικά ισχύως είναι μια ειδική κατηγορία, δηλαδή είναι κυκλώματα ολοκληρωμένα ή εξαρτήματα εν πάση περιτώση τα οποία παίρνουν ένα σήμα. Και μπορούν να ελέγξουν ένα μεγάλο ρεύμα. Παίρνουν ένα σήμα το οποίο μπορεί να είναι κάτι μιλιβόλτ και μπορούν να ελέγξουν ένα ρεύμα το οποίο μπορεί να είναι αμπέρ. Αλλά είναι πιο ειδικά κυκλώματα. Θα τα δούμε στην ηλεκτρονική τρία. Πολλοί λίγα πράγματα από ηλεκτρονικά ισχύως θα κάνουμε στην ηλεκτρονική τρία μαζί. Όποιος ενδιαφέρεται για ησχύως υπάρχουν δύο εξαμηνιαία μαθήματα για ηλεκτρονικά ισχύως. Καταλαβαίνετε ότι το θέμα δεν είναι μοναδικό, δεν είναι μοναδικό. Υπάρχουν δύο εξαμηνιαία μαθήματα για ηλεκτρονικά ισχύως. Καταλαβαίνετε ότι το θέμα δεν είναι λίγο. Μης θα κάνουμε μια μυρωδιά στα ηλεκτρονικά. Τα βασικά. Εδώ έχουμε κάποια παραδείγματα. Νομίζω μπορείτε να τα δείτε και μόνοι σας τα παραδείγματα για το πώς λειτουργούν οι δίοδοι. Μπορούμε να κάνουμε κλασική διαδικασία δοκιμής και λάθους. Ορίστε. Το ρεύμα επιβάλλεται στο κύκλωμα από την αντίσταση. Η κατασκευή της διόδου πρέπει να είναι τέτοια ώστε να αντέχει αυτό το ρεύμα. Όταν πάτε να αγοράσετε μια δίοδο, αυτό που σας δίνει ο κατασκευαστής είναι η ισχύς της. Από την ισχύ που σας λέει, πολύ απλά, θεωρώντας ότι όταν ανάγκη έχει 0.7V μπορείτε να βρείτε το μέγιστο ρεύμα. Και το λέω αυτό γιατί το ζητάω ορκετές φορές στις εξετάσεις. Δηλαδή, αν σας δοθεί μια τιμή ισχύος που αντέχει η δίοδος, να μου πείτε μέχρι ποια τάση αυτό το κύκλωμα δεν θα βγάλει καπνό. Ναι, φυσικά, ξέρεις ότι η ισχύς είναι το γινόμενο τάσης επί ρεύμα, επομένως ξέρεις ότι η τάση όταν ανάγκη είναι 0.7V βγάζεις το μέγιστο ρεύμα, βλέπεις τι τιμές αντίστασης έχεις και λογαριάζεις αν θα την κάψεις ή όχι. Άρα το ρεύμα, επειδή είπαμε η δίοδος δεν περιορίζει ρεύμα όταν άγι, το ρεύμα περιορίζεται μόνο από την αντίσταση που υπάρχει στη σειρά. Θα πρέπει να είναι τέτοιο όμως ώστε να μην καεί η δίοδος. Εδώ λοιπόν υπάρχουν κάποια παραδείγματα τα οποία βλέπετε κάνουμε την υπόθεση ότι άγουν οι δίοδοι, βγάζουμε συμβατά ρεύματα, άρα η υπόθεση είναι σωστή. Εδώ διαφορετικές τάσεις και λοιπά, έστω ότι οι δίοδοι άγουν καταλήγουμε σε άτοπο αποτέλεσμα και επομένως η αρχική υπόθεση ήταν λάθος για το ποια δίοδος άγει και ποια δίοδος δεν άγει. Αυτή είναι μια τυπική διαδικασία για να λύσετε τέτοιου τύπου ασκήσεις. Δηλαδή υποθέτεται ότι άγουν, κρατάνε μηδέν στα άκρα τους, κάνετε το λογαριασμό, εάν καταλήξετε σε, ας πούμε εδώ βλέπετε το ρεύμα Ι είναι μίον ένα. Δεν μπορεί να είναι μίον ένα το ρεύμα, έτσι, η δίοδος άγει προς τη μία κατεύθυνση μόνο. Άρα εφόσον βγάζετε κάτι τέτοιο, η αρχική σας υπόθεση ήταν λάθος. Και επομένως η ΔΕΕΝΑ είναι ανάστροφα απολωμένη, το ρεύμα εδώ δεν υπάρχει. Εντάξει, αυτή είναι μια μεθοδολογία πολύ απλή, πολύ απλή σαν διαδικασία, απλώς είναι μια τυπική μέθοδος για να εξηγήσουμε να αναλύσουμε τα κυκλώματα με διόδους, να δούμε δηλαδή ποιο θα είναι τελικά το ρεύμα και οι τάσεις τους διάφορους κλάδους κυκλώματος. Εγώ θα ήθελα λίγο να επιμείνω σε αυτή την άσκηση. Πάλι είναι μια πρακτική εφαρμογή για να σταθεροποιήσουμε την έξοδο, είναι τυπική εφαρμογή. Θέλουμε να έχουμε είσοδο η οποία παίζει μεταξύ κάποιων ορίων και στην έξοδο θέλουμε να έχουμε συγκεκριμένη έξοδο. Να περιορίζεται σταθερά από μια μέχρι μια άλλη τιμή. Άρα λοιπόν, ας δούμε εδώ το κύκλωμα αυτό πώς λειτουργεί, εδώ θα κάνουμε την ανάλυση, αλλά μπορεί να ζητηθεί και η σχεδίαση. Δηλαδή, αν σας δώσω τα ζητούμενα να μου βρείτε τι αντιστάσεις και λοιπά, πώς πρέπει να σχεδιαστεί το κύκλωμα. Εδώ κάνουμε την ανάλυση. Έστω λοιπόν ότι έχουμε 2,1 V εδώ και εδώ, ανάποδα η μία από την άλλη πηγή, οι δίοδοι κρατάνε 0,7, να βρούμε για είσοδο από μίον 10 έως 10 V, ποια θα είναι η σχέση της εξόδου με την είσοδο. Όπως και στο προηγούμενο παράδειγμα, να δούμε πότε άγουν και πότε δεν άγουν οι δίοδοι. Αυτό είναι το σημαντικό σημείο. Για να δούμε λοιπόν, δύο κλάδους έχουμε. Πότε άγουν οι δίοδοι, ποιες συνθήκες τάσεις. Εδώ έχουμε 2,1 V. Τι τιμή πρέπει να έχουμε εδώ για να αρχίσει να άγει η δίοδος, εφόσον δεχόμαστε αυτή τη χαρακτηριστική. 2,8 V. Άρα λοιπόν εδώ θα πρέπει να έχουμε πάνω από 2,8 V, 2,8 V θα το σταθεροποιήσει εκεί. Πρέπει να φτάσει μέχρι 2,8 V και θα μείνει εκεί, δεν θα πάει παραπάνω. Δηλαδή από μειών άπειρο, αν έχουμε τιμές εισόδου από μειών, μεγάλες τιμές. Φτάνει μέχρι 2,8, ανεβαίνω. Από εκεί και πέρα θα μείνει εκεί. Δηλαδή όσο και ανανέβει η τάση εισόδου έτσι ώστε εδώ να έχουμε 2,8, από εκεί και πέρα η έξοδος θα μείνει στα 2,8. Είναι κατανοητό αυτό από όλους, δεν μπορεί η έξοδος να πάει πάνω από συν 2,8 V. Δεν μπορεί, κρατάει η δίοδος εδώ 0,7 και 2,1. Κατανοητό λοιπόν το κομμάτι της συνάρτησης αυτής για πάνω από 2,8. Σταθερά. Αντίστοιχα εδώ, μειών 2,8. Είναι συμμετρικά για να μην καθόμαστε να αλλάζουμε νούμερα. Μειών 2,8, κάτω από μειών 2,8 αν πάει να επιβάλλει αυτή η έξοδος, η έξοδος μένει στα μειών 2,8. Άρα βγάλαμε το συμπέρασμά μας ότι από κάποιες στιγμές και πάνω ή κάτω η έξοδος μένει υποχρεωτικά στα 2,8 V. Στο ενδιάμεσο διάστημα δεν άγει ούτε αυτή, ούτε αυτή. Άρα, στο ενδιάμεσο διάστημα, να πούμε λίγο για την είσοδο. Για να έχουμε εδώ 2,8, εδώ αυτή η αντίσταση και αυτή η αντίσταση είναι και οι δυο ίσες. 10 κιλόμου. 10 κιλόμου. Άρα, εάν αυτά εδώ δεν άγουν, αυτός είναι ένας απλός διαιρέτης τάσεις. Άρα, όταν εδώ θέλουμε 2,8, πόσο θέλουμε εδώ στην είσοδο? Διαιρέτης τάσεις δια 2 είναι. Αν εδώ θέλουμε 2,8, εδώ πόσο θέλουμε? 5,6. Άρα, αυτό που είπαμε για την είσοδο σαν τιμές πλέον στην είσοδο, η τιμή που ψάχναμε είναι το 5,6. Άρα, για τιμές εισόδου πάνω από 5,6 ή κάτω από μίον 5,6, η έξοδος είναι σταθερή 2,8 ή μίον 2,8. Στο ενδιάμεσο, τι έχετε, δεν άγουν, ούτε αυτή άγι, ούτε αυτή άγι. Επομένως, έχουμε έναν απλό διαιρέτη τάσεις. Άρα, η σχέση είναι γραμμική. Άρα, λοιπόν, να το αποτέλεσμα. Η συνάρτηση εισόδου-εξόδου, 5,6 μίον 5,6 και φυσικά, αν συνεχίζαμε, θα συνέχιζε. Κατανοητή ανάλυση. |
