Шпаргалка по "Радиоэлектронике"

1) Классификация  и условные обозначения полупроводниковых  диодов. Полупроводниковым диодом называется устройство, состоящее из кристалла полупроводника, содержащее обычно один p-n переход и имеющее два вывода.

Классификация диодов производится по следующим признакам:

1] По конструкции: плоскостные диоды; точечные диоды ;микросплавные диоды.

2] По мощности: маломощные; средней мощности; мощные.

3] По частоте: низкочастотные; высокочастотные; СВЧ.

4] По функциональному назначению: выпрямительные диоды; импульсные диоды; стабилитроны; варикапы; светодиоды; тоннельные диоды

Условное обозначение  диодов подразделяется на два вида:

- маркировка  диодов; - условное графическое обозначение  (УГО) – обозначение на принципиальных  электрических схемах.

По старому  ГОСТу все диоды обозначались буквой Д и цифрой, которая указывала на электрические параметры, находящиеся в справочнике.

Новый ГОСТ на маркировку диодов состоит из 4 обозначений: К С -156 А    Г Д -507 Б   I II III IV

I – показывает материал полупроводника: Г (1) – германий; К (2) – кремний; А (3) – арсенид галлия. II – тип полупроводникового диода: Д – выпрямительные, ВЧ и импульсные диоды; А – диоды СВЧ; C – стабилитроны; В – варикапы; И – туннельные диоды;  Ф – фотодиоды; Л – светодиоды; Ц – выпрямительные столбы и блоки. III – три цифры – группа диодов по своим электрическим параметрам: 101-399 импульсные 401-499 ВЧдиоды 501-599выпрямительные

IV – модификация диодов в данной (третьей) группе.

 

Образование электронно-дырочного  перехода. Ввиду неравномерной концентрации на границе раздела p и n полупроводника возникает диффузионный ток, за счёт которого электроны из n-области переходят в p-область, а на их месте остаются некомпенсированные заряды положительных ионов донорной примеси. Электроны, приходящие в p область, рекомбинируют с дырками, и возникают некомпенсированные заряды отрицательных ионов акцепторной примеси. Ширина p-n перехода – десятые доли микрона. На границе раздела возникает внутреннее электрическое поле p-n перехода, которое будет тормозящим для основных носителей заряда и будет их отбрасывать от границы раздела. Для неосновных носителей заряда поле будет ускоряющим и будет переносить их в область, где они будут основными. Максимум напряжённости электрического поля – на границе раздела. Разность потенциалов на p-n переходе называется контактной разностью потенциалов или потенциальным барьером. Для того, чтобы основной носитель заряда смог преодолеть p-n переход, его энергия должна быть достаточной для преодоления потенциального барьера.

 

2) Выпрямительным диодом называется полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный в силовых цепях, то есть в источниках питания. Выпрямительные диоды всегда плоскостные, они могут быть германиевые или кремниевые. Германиевые диоды лучше кремниевых тем, что имеют меньшее прямое падение напряжения. Кремниевые диоды превосходят германиевые по диапазону рабочих температур, по максимально допустимому обратному напряжению, а также имеют меньший обратный ток .Если выпрямленный ток больше максимально допустимого прямого тока диода, то в этом случае допускается параллельное включение диодов. Добавочные сопротивления Rд величиной от единиц до десятков Ом включаются с целью выравнивания токов в каждой из ветвей. Если напряжение в цепи превосходит максимально допустимое обратное напряжение диода, то в этом случае допускается последовательное включение диодов. Шунтирующие сопротивления величиной несколько сот кОм включают для выравнивания падения напряжения на каждом из диодов. Диоды в схемах выпрямителей включаются по одно- и двухполупериодной схемам. Если взять один диод, то ток в нагрузке будет протекать за одну половину периода, поэтому такой выпрямитель называется однополупериодным. Его недостаток – малый КПД.

3) Фотодиодом называется фотогальванический приёмник излучения, светочувствительный элемент которого представляют собой структуру полупроводникового диода без внутреннего усиления. Принцип действия. При облучении полупроводника световым потоком Ф возрастает фотогенерация собственных носителей зарядов, что приводит к увеличению количества как основных, так и неосновных носителей зарядов. Однако фотогенерация в значительной степени будет влиять на обратный ток, так как не основных носителей зарядов значительно меньше, чем основных. Темновой ток – ток через фотодиод при отсутствии светового потока и при заданном рабочем напряжении. Интегральная чувствительность – это отношение фототока к световому потоку S =Iф Iф . Рабочее напряжение – это обратное напряжение, подаваемое на фотодиод, при котором все параметры фотодиода будут оптимальными.

4) Светодиодом называется полупроводниковый прибор, в котором происходит непосредственное преобразование электрической энергии в энергию светового излучения. Принцип действия. При прямом включении основные носители заряда переходят через p-n переход и там рекомбинируют. Рекомбинация связана с выделением энергии. Длябольшинства полупроводниковых материалов это энергия тепловая. Только для некоторых типов на основе арсенида галлия ширина запрещённой зоны ΔW достаточно велика, и длина волны лежит в видимой части спектра. При обратном включении через p-n переход переходят неосновные носители заряда в область, где они становятся основными. Рекомбинация и свечение светодиода отсутствуют. Основные характеристики: а) Яркостная характеристика – это мощностная зависимость излучения от прямого тока Pu=f(Iпр). б) Спектральная характеристика – это зависимость мощности излучения от длины волны Pu=f(λ). Основные параметры: яркость свечения при максимальном прямом токе; полная мощность излучения Pu.max.

5) Стабилитроном называется полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации уровня постоянного напряжения. Стабилизация – поддержание какого-то уровня неизменным. По конструкции стабилитроны всегда плоскостные и кремниевые. Принцип действия стабилитрона основан на том, что на его вольтамперной характеристике имеется участок, на котором напряжение практически не зависит от величины протекающего тока. Таким участком является участок электрического пробоя, а за счёт легирующих добавок в полупроводник ток электрического пробоя может изменяться в широком диапазоне, не переходя в тепловой пробой. Так как участок электрического пробоя – это обратное напряжение, то стабилитрон включает-ся обратным включением. Принцип действия. При уменьшении входного напряжения ток через стабилитрон и падение напряжения на Ro может уменьшаться, а напряжения на стабилитроне и на нагрузке останутся постоянными, исходя из вольтамперной характеристики. При увеличении входного напряжения ток через стабилитрон и URo увеличивается, а напряжение на нагрузке всё равно остаётся постоянным и равным напряжению стабилизации. Вывод: стабилитрон поддерживает постоянство напряжения при изменении тока через него от Iст.min до Iст.max. Основные параметры стабилитронов: Напряжение стабилизации Uст. Минимальное, максимальное и номинальное значение тока стабилизации Iст.min, Iст.-max, Iст.ном. Стабилитроны, предназначенные для стабилизации малых напряжений, называются стабисторами. Стабисторы – для стабилизации напряжения менее 3В, и у них используется прямая ветвь ВАХ.

 

6) Транзистором называется полупроводниковый преобразовательный прибор, имеющий не менее трёх выводов и способный усиливать мощность. Классификация транзисторов производится по следующим признакам: · По материалу полупроводника – обычно германиевые или кремниевые; · По типу проводимости областей (только биполярные транзисторы): с прямой проводимостью (p-n-p - структура) или с обратной проводимостью (n-p-n - структура); · По принципу действия транзисторы подразделяются на биполярные и полевые (униполярные); · По частотным свойствам; НЧ (<3 МГц); СрЧ (3.30 МГц); ВЧ и СВЧ (>30 МГц); По мощности. Маломощные транзисторы ММ (<0,3 Вт), средней мощности СрМ (0,3.3 Вт), мощные (>3 Вт). I – материал полупроводника: Г – германий, К – кремний. II – тип транзистора по принципу действия: Т – биполярные, П – полевые. III – три или четыре цифры – группа транзисторов по электрическим параметрам. Первая цифра показывает частотные свойства и мощность транзистора; IV – модификация транзистора в 3-й группе.

Устройство биполярных транзисторов. Основой биполярного транзистора является кристалл полупроводника p-типа или n-типа проводимости, который также как и вывод от него называется базой. Диффузией примеси или сплавлением с двух сторон от базы образуются области с противоположным типом проводимости, нежели база. Область, имеющая бoльшую площадь p-n перехода, и вывод от неё называют коллектором. Область, имеющая меньшую площадь p-n перехода, и вывод от неё называют эмиттером. p-n переход между коллектором и базой называют коллекторным переходом, а между эмиттером и базой – эмиттерным переходом. Направление стрелки в транзисторе показывает направление протекающего тока. Основной особенностью устройства биполярных транзисторов является неравномерность концентрации основных носителей зарядов в эмиттере, базе и коллекторе. В эмиттере концентрация носителей заряда максимальная. В коллекторе – несколько меньше, чем в эмиттере. В базе – во много раз меньше, чем в эмиттере и коллекторе. При работе транзистора в усилительном режиме эмиттерный переход открыт, а коллекторный – закрыт. Это достигается соответствующим включением источников питания.  Так как эмиттерный переход открыт, то через него будет протекать ток эмиттера, вызванный переходом электронов из эмиттера в базу и переходом дырок из базы в эмиттер. Следовательно, ток эмиттера будет иметь две составляющие – электронную и дырочную. Инжекцией зарядов называется переход носителей зарядов из области, где они были основными в область, где они становятся неосновными. В базе электроны рекомбинируют, а их концентрация в базе пополняется от «+» источника Еэ, за счёт чего в цепи базы будет протекать очень малый ток. Оставшиеся электроны, не успевшие рекомбинировать в базе, под ускоряющим действием поля закрытого коллекторного перехода как неосновные носители будут переходить в коллектор, образуя ток коллектора. Переход носителей зарядов из области, где они были не основными, в область, где они становятся основными, называется экстракцией зарядов. Степень рекомбинации носителей зарядов в базе оценивается коэффициентом перехода носителей зарядов δ. Дырки из коллектора как неосновные носители зарядов будут переходить в базу, образуя обратный ток коллектора Iкбо. Из трёх выводов транзистора на один подаётся входной сигнал, со второго – снимается выходной сигнал, а третий вывод является общим для входной и выходной цепи. Напряжение в транзисторных схемах обозначается двумя индексами в зависимости от того, между какими выводами транзистора эти напряжения измеряются.

Схема включения с общей базой . Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:  - коэффициент усиления по току Iвых/Iвх (для схемы с общей базой Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1]) - входное сопротивление Rвхб=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ. Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и составляет десятки Ом, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора. Недостатки схемы с общей базой:· Схема не усиливает ток α<1 · Малое входное сопротивление · Два разных источника напряжения для питания. Достоинства – хорошие температурные и частотные свойства.

Схема включения с общим эмиттером. Эта схема является наиболее распространённой, так как она даёт наибольшее усиление по мощности. Коэффициент усиления по току такого каскада представляет собой отношение амплитуд (или действующих значений) выходного и входного переменного тока, то есть переменных состав-ляющих токов коллектора и базы. Поскольку ток коллектора в десятки раз больше тока базы, то коэффициент усиления по току составляет десятки единиц. Коэффициент усиления каскада по напряжению равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения. Входным является переменное напряжение база - эмиттер Uбэ, а выходным - переменное напряжение на резисторе нагрузки Rн или, что то же самое, между коллектором и эмиттером - Uкэ: Напряжение база - эмиттер не превышает десятых долей вольта, а выходное напряжение при достаточном сопротивлении резистора нагрузки и напряжении источника Ек достигает единиц, а в некоторых случаях и десятков вольт. Поэтому коэффициент усиления каскада по напряжению имеет значение от десятков до сотен. Отсюда следует, что коэффициент усиления каскада по мощности получается равны сотням, или тысячам, или даже десяткам тысяч. Этот коэффициент представляет собой отношение выходной мощности к входной. Каждая из этих мощностей определяется половиной произведения амплитуд соответствующих то-ков и напряжений. Входное сопротивление схемы с общим эмиттером мало (от 100 до 1000 Ом). Каскад по схеме ОЭ при усилении переворачивает фазу напряжения, т. е. между выходным и входным напряжением имеется фазовый сдвиг 180°. Достоинства схемы с общим эмиттером: · Большой коэффициент усиления по току · Бoльшее, чем у схемы с общей базой, входное сопротивление · Для питания схемы требуются два однополярных источника, что позволяет на практике обходиться одним источником питания. Недостатки: худшие, чем у схемы с общей базой, температурные и частотные свойства. Однако за счёт преимуществ схема с ОЭ применяется наиболее часто.

Схема включения  с общим коллектором. Коэффициент усиления по току каскада с общим коллектором почти такой же, как и в схеме с ОЭ, т. е. равен нескольким десяткам. Однако, в отличие от каскада с ОЭ, коэффициент усиления по напряжению схемы с ОК близок к единице, причем всегда меньше её. Переменное напряжение, поданное на вход транзистора, усиливается в десятки раз (так же, как и в схеме ОЭ), но весь каскад не даёт усиления. Коэффициент усиления по мощности равен примерно нескольким десяткам. Входное сопротивление каскада по схеме ОК составляет десятки килоом, что является важным достоинством схемы. Выходное сопротивление схемы с ОК, наоборот, получается сравнительно небольшим, обычно единицы килоом или сотни ом. Эти достоинства схемы с ОК побуждают использовать её для согласования различных устройств по входному сопротивлению. Недостатком схемы является то, что она не усиливает напряжение – коэффициент усиления

чуть меньше 1.

7) Статические характеристики транзистора по схеме ОЭ Статическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором изменение входного тока или напряжения не вызывает изменение выходного напряжения. Статические характеристики транзисторов бывают двух видов: входные и выходные. 1) Входная характеристика. Iвх = f(Uвх) при Uвых = const Входные характеристики – это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении. 2) Выходная характеристика. Эта зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе.

8) Система h-параметров. h11 – это входное сопротивление транзистора при Um2 = 0 то есть при коротком замыкании в выходной цепи по переменному току (конденсатором).  h12 – представляет собой коэффициент обратной связи на холостом ходу во входной цепи по переменному току. Коэффициент обратной связи показывает степень влияния выходного напряжения на входное (катушкой индуктивности). h21 – коэффициент усиления по току транзистора или коэффициент передачи тока при коротком замыкании выходной цепи по переменному току. h22 – выходная проводимость на холостом ходу во входной цепи.  Определение h-параметров по статическим характеристикам. Так как статические характеристики транзисторов измеряются только на постоянном токе, то при определении амплитудных параметров токов и напряжений представим в виде приращения постоянных составляющих.

h11=∆u1/∆i1 при u2=const     h12=∆u1/∆u2 при i1=const    h21=∆i2/∆i1 при u2=const     h11=∆i2/∆u2 при i1=const     Величины h11 и h12 определяются по входным характеристикам транзистора. Параметры h21 и h22 определяются по выходным характеристикам.  

Y-параметры транзисторов. Параметры транзисторов являются величинами, характеризующими их свойства. С помощью параметров можно оценивать качество транзисторов, решать задачи, связанные с применением транзисторов в различных схемах, и рассчитывать эти схемы. Для транзисторов предложено несколько различных систем параметров, у каждой свои достоинства и недостатки. Все параметры делятся на собственные (или первичные) и вторичные. Собственные характеризуют свойства самого транзистора, независимо от схемы его включения, а вторичные параметры для различных схем включения различны. Основные первичные параметры: коэффициент усиления по току α, сопротивления rб, rэ, rк. Y-параметры относятся ко вторичным параметрам. Они имеют смысл проводимостей. Для низких частот они являются чисто активными и поэтому их иногда обозначают буквой g с соответствующими индексами. Все системы вторичных параметров основаны на том, что транзистор рассматривается как четырёхполюсник (2 входа и 2 выхода). Вторичные параметры связывают входные и выходные переменные токи и напряжения и справедливы только для малых амплитуд. Поэтому их ещё называют низкочастотными малосигнальными параметрами. Входная проводимость: y11 = ΔI1 / ΔU1, U2 = Const. Проводимость обратной связи: y12 = ΔI1 /ΔU2, U1 = Const. Параметр y12 показывает, какое изменение тока I1 получается за счёт обратной связи при изменении выходного напряжения U2 на 1В. Проводимость управления (крутизна): y21 = ΔI2 /ΔU1, U2 = Const. Величина y21 характеризует управляющее действие входного напряжения U1 на выходной ток I2 и показывает изменение I2 при изменении U1 на 1В. Выходная проводимость: y22 = ΔI2 / ΔU2, U1 = Const. В систему y-параметров иногда добавляют ещё статический коэффициент усиления по напряжению μ = - ΔU2 / ΔU1 при I2= Const. При этом μ = y21 / y22.