Реферат: Электроника
Название: Электроника Раздел: Рефераты по радиоэлектронике Тип: реферат | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
п / п приборы п / п -материал ,удельная проводимость которого сильно зависит от внешних факторов –кол-ва примесей, температуры, внешнего эл.поля, излучения, свет, деформация Достоинства: выс. надежность, большой срок службы, экономичность, дешевизна. Недостатки : зависимость от температуры, чувствительность к ионизирован излучению. Основы зонной теории проводимости Согласно квантовой теории строения вещества энергия электрона может принимать только дискретные значения энергии. Он движется строго по опред орбите вокруг ядра. Не в возбужденном состоянии при Т=0К , электроны движутся по ближаишей к ядру орбите. В твердом теле атомы ближе друг к другуÞ электронное облако перекрываетсяÞ смещение энергетических уровнейÞ образуются целые зоны уровней. Е Разрешенная Запрещенная зона d 1)Разрешенная зона кт при Т=0К заполненная электронами наз – заполненной. 2)верхняя заполненная зона наз – валентной. 3)разрешенная зона при Т=0К где нет электронов наз – свободной. 4)свободная зона где могут находиться возмущенные электроны наз зоной эквивалентности. Проводимость зависит от ширины запрещенной зоны между валентной зоной и зоной проводимости. êЕ=Епр-Ев Ширина запрещенной зоны в пределах 0,1~3,0 эВ (электрон вольт) характерна для п/п Наибольшее распространение имеют П/П Кремний, Германий, Селен и др. Рассмотрим кристалл «Ge» При Т=0К При Т>0К электроны (заряд -q)отрываются образуют свободные заряды Þ на его месте образуется дырка (заряд +q) это называется процессом термогенерации Обратный процесс наз – рекомбинацией n – электронная проводимость p – дырочная проводимость t - время жизни носителя заряда (е). Вывод : таким образом nроводимость в чистом П/П обоснована свободными электронами или дырками. d=dn+dp=qmnrn+qmprp где: r-концентрация m-подвижность =u/Е Собственная проводимость сильно зависит от t° П/П приборы на основе собственной проводимости. Зависимость собственной проводимости от внешних факторов широко исполь-ся в целом ряде полезных П/П приборов. 1)Терморезисторы (R зависит от t° ) Температурный коэффициент: ТКС>0 у П/П ТКС<0 у проводников Применяют в устройствах авт-ки в качестве измерительного преобразователя t° (датчики) 2)Варисторы (R зависит от внешнего эл. Поля) ВАХ I=f(u) Прим-ют для защиты терристоров от перенапряжения 3)Фотосопротивление – R зависит от светового потока применяют в сигнализации, фотоаппаратуре 4)Тензорезисторы – R зависит от механич деформаций применяют для измерения деформаций различных конструкций (датчики давления – сильфоны) Примесная проводимость п/п. Это проводимость обусловленна примесями: -внедрения -замещения Роль примесей могут играть нарушения кристалической решетки. -Если внедрить в кристал Ge элемент I группы сурьму Sb, тогда один из 5 валентных электронов Sb окажется свободным, тогда образуется эл. проводимость, а примесь называется донорной. -Если внедрить элемент III группы индий I тогда 1 ковалентная связь останется останется свободной => Образуется легко перемещаемая дырка (дырочная проводимость), примесь называют акцепторной. Основным носителем заряда наз. Те кт в п/п > П/п с дырочной проводимостью наз. п/п –p типа, а с электоронной проводимостью – n типа. Движения носителей заряда т.е. ток обуславливается 2 причинами: 1) внешнее поле – ток наз. дрейфовым. 2) разнасть концентраций – ток наз. диффузионным. В п/п имеется 4 составляющие тока: i=(in )Д +(ip )Д +(in )Е +(ip )E Д-диффузионный Е-дрейфовый Электрические переходы. Называют граничный слой между 2-ми областями тела физические св-ва кт. различны. Различают: p-n, p-p+ , n-n+ , м-п/п, q-м, q-п/п переходы прим. В п/п приборах (м-метал прим. в термопарах) Электронно-дырочный p-n переход. Работа всех диодов, биполярных транзисторов основана на p-n переходе Рассмотрим слой 2х Ge с различными типами проводимости. р n Обычно переходы изготавливают несемметричными pp >> << nn Если pp >> nn то p-область эмитерная, n- область- база В первый момент после соединения кристаллов из-за градиента концентрации возникает диффузионный ток соновных носителей. На границе основных носителей начнут рекомбинировать, тем самым обнажаться неподвижные ионы примесей. Граничный слой. Будет обеднятся носителями заряда => возникнет внутреннее U. Это U будет препятствовать диффузионному току и он будет падать. С другой стороны наличие внутреннего поля обусловит появление дрейфого тока неосновных носителей. В конце концов диффузионный ток станет = дрейфовому току и суммарный ток через переход будет = 0 U контакта ≈ jт ln((Pp0 )/(np0 )) jт ≈25мB температурный потенциал при 300 К Uк =0,6-0,7В Si;0,3-0,4В Ge. Различают 3 режима работы p-n перехода: 1) Равновесный (внешнее поле отсутствует) 2) Прямосмещенный p-n переход. В результате Uвн падает =>возникает диф. ток электорнов I=I0 eU/m j т m ≈ 1 Ge 2 Si I0 тепловой ток. I обусловлен основными носителями зарядов. Кроме него ток неосновных носителей будет направлен встречно.: I= I 0 (e U/m j т -1) 3)Обратно смещенный p-n переход I- обусловлен токами неосновных носителей I=- I0 ВАХ p-n перехода
Емкости p-n переходов. Различают: -барьерную, -диффузионную. Барьерная имеет место при обратном смещении p-n перехода. Запирающий слой выступает как диэлектрик =>конденсатор e=f(U) Эта емкость использована в варикапах. C ≈1/√U Диффузионный ток имеет место при прямом смещении p-n перехода C д = dQ изб /dU Реальные ВАХ p-n переходов. Отличаются от идеальных след. образом:1)Температурная зависимость
2) Ограничения тока за счет внутреннего R базы
3)Пробой p-n перехода :1-лавинный, 2- туннельный, 3- тепловой ( 1,2- обратимые;3-необратимый) I 0 ≈ 10 I 0
П/п диоды. Прибор с 1м p-n переходом и 2мя выходами Квалифицируют по технологии, - по конструкции, - по функциональному назначению: -выпрямительные, А + К -ВЧ диоды, стабилитроны, -варикапы, -светодиды, -фотодиоды, -тунельные, -обращенный Маркировка по справочнику 1)Выпрямит. диоды – предназначены для выпрямления ~ I в = Основные параметры Iср.пр- средний прямой,Uпр,Uобр.,P-мощность, Iпр.имп. 2)Вч диоды выполняются обычно по точечной технологии Cд-емкость, Iпр.имп, Uпр.ср, t установления, t востановления, 3)Диод Шотки – диод на основе перехода металл ->п/п, быстродействующий. Uпр.=0,5В, ВАХ не отличается от экспоненты в диапазоне токов до 1010 4)Стабилитрон – это параметрический стабилизатор напряжения, стабилизирует напряжение от единицы до сотен вольт.Uст – обратная ветвь ВАХ; пробой лавинный ВАХ r=∆U/∆I чем < тем лучше Д814Д => U=12 В Rбал. =(E-Uст.)/(Iст.+Iн.) Кст.=(∆Е/Е)/(∆U/Uн) ТКН – температупный коэффициент U=(∆U/U)/ ∆t≈0,0001% 5)Стабистор – предназначен для получения малых стабильных напряжений в них исп. прямая ветвь ВАХ КС07А U=0,7B 6 ) Варикап –параметрическая емкость, вкл. в обратном смещении. Примечание :- в системах авто –подстройки частоты в телерадио и т.д.;-получение угловой модуляции(угловой или фазовой) 7)Тунельный диод ВАХ имеет участок «-» R Примечание: Для получения высокочастотных колебаний (генератор); пороговые утройсва – тригеры Шмита 8) Обращенный диод – это разновидность тунельного - в нем нет «-» R, - в работе используют обратную ветвь ВАХ Биполярные транзисторы П/п прибор с 2-мя и более переходами и с 3-мя и более выводами Различают транзисторы проводимости: n-p-n, p-n-p Режимы работы БТ 1.)Отсечка – оба перехода закрыты, обратно смещены 2.)Насыщения – оба перехода смещены прямо 3.)Активный режим – эммитеры прямо, колектор обратно 4)Активно инверсный – эммитеры обратно, колектор прямо Активный режим. Физика работы. Iк= a Iэ+ Iко Iко-обратный ток колектора, a-коэффициент передачи тока эмитера Схемы включения транзисторов. 1) Схема с общей базой Iвх-Iэ Iвых-Iк Uвх-Uэб Uвых-Uкб 2) Схема с общим эмитером 3) Схема с общим колектором Каждая схема характеризуется семействами входных и выходных статических ВАХ Iвх=f(Uвх) | Uвых-const Iвых=f(Uвых) | Iвх-const
ВАХ транзисторов 1)ОЭ Iк=bIб +(Uкэ/r*к)+I*к0 b-коэффициент передачи Iб b=a/1-a 2)ОБ Iк=aIэ+I к0 +(Uкб/rк) r*к=( rк/1+b) I*к0 =I к0 (1+b) Малосигнальная эквивалентная схема замещения транзистора 1)ОЭ r к≈100 Ом r э=dUбэ/dIб | Uк- const r э=2jt/Iэ0 =(Si)≈50мВ/ Iэ0 r* к=dUкэ/dIк | Iб- const ≈100кОм Ск*=Ск(1+b) ≈ 5-15мкФ 2)ОБ r э=dUбэ/dIэ | Uк- const r* к=dUкб/dIк | Iэ- const Частотные свойства транзистора Зависят от емкостей транзистора, межэлектородных емкостей, и от коэффициентов a и b fср=fсрa/b – для b h – параметры транзистора ΔU1 =h11 ΔI1 +h12 ΔU2 ΔI2 =h21 ΔI1 +h22 ΔU2 h11 = ΔU1 / ΔI1 │ΔU2 =0 – входной сигнал h12 = ΔU1 / ΔU2 │=μ=0 – коэф. обр. отриц. внутр.связи │ΔI1 =0 h21 = ΔI2 / ΔI1 │ ΔU2 =0 – коэф усиления I h22 = ΔI2 / ΔU2 │=1/rк выходная проводимость │ΔI1 =0 Связь h-параметров с собственными параметрами транзистора
Полевые транзисторы (ПТ) В ПТ используется носитель заряда одного типа. Работа ПТ основана на управлении R канала ПТ поперечным электрическим полем. ПТ с: p-n переходом МДМ или МОП «+»- очень простые, высокая технологичность, большое Rвх., малая стоимость. «-»-малая крутизна ПТ с p-n переходом
Структура и работа. ВАХ: выходная rc=ΔUcч/ΔIc Uзи=const(отсечки) ≈10-100кОм Стокозатворная характеристика крутизна: S=(dIc/dUзи) Uc=const ( МДП )-транзисторы-МОП МОП: -с встроенным -с индуцируемым Структура и работа. Работа основана на явлении изменения проводимости при поверхностном слое полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием электрического поля. ВАХ: стокзатворная изолированный канал Встроенный канал cтокзатворная rк =1/s “+”высокое Rвх 1012…14 Ом, высокие допустимые напряжения Применение:цифровая схемотехника, аналоговые ключи, входные-выходные каскады усилителей мощности, управляемые R. Терристор П/п прибор с 3-мя и более p-n переходами, применяется для переключения токов. Различают 2-х электродные – динистор и 3-х электродные – тринистор. Динистор: структура и работа
Если преложить «+» к аноду то П1-П3 смещаются прямо ->их R мало, П2 смещается обратно. По мере возрастания Uлк ширина П2 увеличивается ->и с Uак создается U пробоя ->динистор открывается. После пробоя П2 его R резко падает и внешнее Uак перераспределяется на П1и П3 ->резко возрастает напряжение, ->I тоже растет ->возникает «+» обратная связь. Чем больше открывается П2, тем больше отпирается П1 и П3,тем больше I. Ток через динистор, когда он открыт, ограничивается внешними элементами ВАХ Если U на динисторе =0 тогда ток определяется отношением E/Rн Применение: можно построить генератор.
Тринистор: Одна из баз имеет внешний вывод- управляющий электрод. Подавая ток через базу можно увеличивать ток через переход П3 и создовать условия для раннего отпирания тринистора -> I управл.может управлять моментом отпирания
Применяют: управляемые выпрямители, преобразователи частоты, инверторы Пр. Симисторы. Элементы оптоэлектороники Световой луч играет роль эл. сигнала => «+» - нет влияния электромагнитных помех -полная эл. развязка -широкий диапозон частот -согласование цепей «-» нельзя свет преобразовать в механическое движения Основной элемент – оптрон -> пара с фотонной связью ИС - источник света, ФП – фотоприемник. В качестве ИС : лампы накаливания, лазеры. В качестве ФП :фото диоды, транзисторы, резисторы Светодиод П.П прибор с одним p-n переходом свечение которого вызывается рекомбинацией носителя заряда при прямом смещении В- яркость (канд/м2 ) «+» - Широкий линейный участок Фотодиод П.П прибор с одним p-n переходом ВАХ которого изменяется под действием светового потока. Освещение п/п увеличивает концентрацию неосновных носителей заряда,увеличивает обратный ток Различают 2 режима работы: а)генераторный б)фотодиодный Iф-фототок Iобщ=Iф-Iт (e-U/m j T -1) Фототранзистор. Могут работать с заданным смещением и с плавающей рабочей точкой Работа: свет попадает в базу, образуются электрончики которые уменьшают барьер эмитерного перехода и увеличивают диффузионный ток транзистора. ВАХ Электронные усилители Это наиболее распространенные устройства в электротехнике. В общем смысле усилитель есть преобразователь энергии источника питания в энергию сигнала нагрузки, под действием входного управляющего сигнала, у которого значительно меньше энергии. Материальной моделью усилителя является его дифференциальное уравнение. Усилитель-нелинейный элемент однако в линейных усилителях нелинейность мала и поэтому нелинейные дифференциальные уравнения линеаризируют =>получая комплексный коэффициент передачи усилителя: К(jω)=ΔUвх(jω)/ΔUвх(jω) АЧХ-│К(jω)│ ФЧХ-argК(jω) Модель усилителя: e=KххU1 1)Kхх-комплексное число усиления К0 модуль коэффициента усиления 2)Zвх- сопротивление U1 /I1 3)Zвых- сопротивление Uxх/Iкз Класификация. 1) По входному и выходному сигналу(I,U,P) 2) По роду сигнала:переменные, постоянные, импульсные 3) По принципу связи между каскадами:с емкостной, трансформаторной, оптической и др. Искажение усилительных устройств Важным показателем усилителей является точность вопроизведения на выходе входного сигнала. Всякое отклонение является искажением Uвых=kUвх Искажения бывают линейные нелинейные и переходные. Линейные возникают из-за частотной зависимости Кусил. Частотные Мн=К0 /Кн Мн(Дб)=20lg(К0 /Кн) Мв= К0 /Кв Фазовые искажения Появление дополнительного фазового сдвига между Uвх и Uвых Переходные искажения считают всякое отличие от переходной характеристики h(1) усилительного устройства от функции единичного скачка Нелинейные искажения объясняются наличием нелинейных элементов(все п/п элементы, катушки, конденсаторы) В результате спектр выходного сигнала обогащается высшими гармониками и получаются нелинейные искажения. Рассмотрим амплитудную характеристику усилителя 1)Коэфициент нелинейного искажения (КНИ)
2)Коэффициент гармонических искажений
Кг=Um3 /Um1 3)Шумы усилителя, дрейф нуля.(шумы тепловые, дротовые, фригерные) Обратная связь усилительных устройств . Современные усилители обладают значительными разбросами параметров, нелинейностью, температурной нестабильностью.Наиболее эффективный способ уменьшения этих факторов есть введение глубокой отрицательной обратной связи (входное напряжение формируется как результат вычитания входного напряжения и части выходного сигнала, причем так чтоб свести отличия к минимуму). Тем самым компесируется влияние всех факторов приводящих к отличию от входного сигнала: частотные искажения и нестабильность параметров усиления Различают обратные связи по постояному и переменному току, положительные и отрицательные. Разновидности ОС ОС различают по способу получения сигнала: 1)ОС по напряжению 2)ОС по току 3)Комбинированные По способу введения сигнала ОС1)Последовательная ОС 2)Паралельная ОС 3) Комбинированные Влияние ОС на характеристики усилителей γ=U1 /ec ½U2=0 b=U1 /U2 ½ ec =0 U2 =KU1 Koc=U2 / ec =KU1 / ec U1 = ec γ +bU2 = ec γ +bKU1 U1 =( ec γ /1-Kb) Koc=(K γ /1-K b )=K γ /F=K γ /(1-T) F- глубина ОС (½F½<1 - ПОС, ½F½>1 - OОС) T- петлевое усиление (по петле ОС) ООС усилителя уменьшает К в F(глубину) раз ООС усилителя уменьшает нестабильность параметров усилителя в F(глубину) раз ООС усилителя уменьшает частотные и фазовые искажения в F(глубину) раз Кос=(-γК/1+Kb)= -γ/((1/k)+b)»-γ/b (так как на входе «-») γ=R2 /(R1 +R2 ) b= R1 /(R1 +R2 ) Kос= -(R2 /R1 ) Нелинейные искажения усилителя уменьшаются в F(глубину) раз Кгn.оос=Кгn/Fn Влияние ООС на входное сопротивление усилителя . Если ООС последовательная,то Rвхос=Rвх(1+Кххb)+Rb »RвхF Rвх увеличивается в глубину раз. Если ООС параллельная то Rвхос»Rвх||(Rb /F)» Rb /F Rвх уменьшается в глубину раз. Влияние ООС на выходное сопротивление Если ООС по напряжению то Rвыхос =Rвых/F Если ООС по току Rвыхос =Rвых+RосF Основные функционыльные элементы УУ 1)Элементы задания режима покоя . Педназначены для задания рабочей точки. Рабочая точка характеризуется: рабочими токами и напряжениями. Iб, Uбэ, Uкэ, Iко В качестве элементов обычно используются резисторы, реже диоды, стабилитроны, ИП 2)Элементы стабилизации режима покоя Введение последовательной ООС по току Uвх=Uбэ+Uэ Uбэ= Uвх-Uэ Uэ=Uос Введение параллельной ООС по напряжению 3)Элементы связи УУ -Гальваническая –Емкостная -Индуктивная -Оптическая Выбор режима работы транзистора в УУ и его работа С1-разделительный R1 R2-базовый делитель(для задания U на базе) Uэ-Uос (для термостабилизации) Сэ-для устранения ОС по ~ I Rк-для снятия вых U Характеристики RC цепей Дифференцирующая цепь Интегрируюшая цепь К(jω)=U2(jω)/U1(jω) АЧХ=½К(jω)½ ½Z½=Ö(a2 +b2 ) ФЧХ=argК(jω) argZ=arctg(b/a) Xc=1/ jωc K(jω)=Z2 /(Z1 +Z2 )=R/(R+(1/ jωc))=RjωC/(Rjωc+1)= +=ωt/jωt+1=½ К(jω)½= ωt/Ö1+( ωt)2 argК(jω)=arctg∞= arctg(jω)= π/2- arctg(ωt) АЧХ 1 1 ФЧХ -p/2 p/2 Интегрирующая К(jω)=Z2 /(Z1 +Z2 )=(1/jωc)/(R+1/(jωc)=1/(Rjωc+1)= =1/(jω t+1) К(jω)=1/√(1+( ω t)2 ) arctg K(jω)=arctg0-arctg ω t= - arctg ω t |
| |||||
| |||||
|
Работы, похожие на Реферат: Электроника