Шпаргалка по "Радиоэлектронике"

 

9) Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, в котором ток создаётся только основными носителями зарядов под действием продольного электрического поля, а управляющее этим током осуществляется поперечным электрическим полем, которое создаётся напряжением, приложенным к управляющему электроду.  Несколько определений: · Вывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, называется истоком. · Вывод полевого транзистора, к которому стекают основные носители зарядов, называется стоком. · Вывод полевого транзистора, к которому прикладывается управляющее напряжение, создающее поперечное электрическое поле называется затвором. · Участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов, между pn переходом, называется каналом полевого транзистора. Поэтому полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналом p-типа или n-типа.

На затвор всегда подаётся такое напряжение, чтобы  переходы закрывались. Напряжение между стоком и истоком создаёт продольное электрическое поле, за счёт которого через канал движутся основные носители зарядов, создавая ток стока. 1) При отсутствии напряжения на затворе p-n переходы закрыты собственным внутренним полем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна и ток стока будет максимальным. 2) При увеличении запирающего напряжения на затворе ширина p-n переходов увеличивается, а ширина канала и ток стока уменьшаются. 3) При достаточно больших напряжениях на затворе ширина p-n переходов может увеличиться настолько, что они сольются, ток стока станет равным нулю. Напряжение на затворе, при котором ток стока равен нулю, называется напряжением отсечки. Вывод: полевой транзистор представляет собой управляемый полупроводниковый прибор, так как, изменяя напряжение на затворе, можно уменьшать ток стока и поэтому принято говорить, что полевые транзисторы с управляющими p-n переходами работают только в режиме обеднения канала. Характеристики и параметры полевых транзисторов. К основным характеристикам относятся: · Стокозатворная характеристика – это зависимость тока стока (Ic) от напряжения на затворе (Uси) для транзисторов с каналом n-типа. · Стоковая характеристика – это зависимость Ic от Uси при постоянном напряжении на затворе (смотрите Рис. 100). Ic = f (Uси) при Uзи = Const Основные параметры: 1) Напряжение отсечки. 2) Крутизна стокозатворной характеристики. Она показывает, на сколько миллиампер изменится ток стока при изменении напряжения на затворе на 1В. 3) Внутреннее сопротивление (или выходное) полевого транзистора. 4) Входное сопротивление. Так как на затвор подаётся только запирающее напряжение, то ток затвора будет представлять собой обратный ток закрытого p-n перехода и будет очень мал. Величина входного сопротивления Rвх будет очень велика и может достигать 109 Ом.

 

10) Полевые транзисторы с изолированным затвором. Данные приборы имеют затвор в виде металлической плёнки, которая изолирована от полупроводника слоем диэлектрика, в виде которого применяется окись кремния. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором называют МОП и МДП. Аббревиатура МОП расшифровывается как металл, окись, полупроводник. МДП расшифровывается как металл, диэлектрик, полупроводник. МОП – транзисторы могут быть двух видов:· Транзисторы со встроенным каналом Основой такого транзистора является кристалл кремния p- или n-типа проводимости. Под действием электрического поля между стоком и истоком через канал будут протекать основные носители зарядов, т. е. будет существовать ток стока. При подаче на затвор положительного напряжения электроны как неосновные носители подложки будут притягиваться в канал. Канал обогатится носителями заряда, и ток стока увеличится. При подаче на затвор отрицательного напряжения электроны из канала будут уходить в подложку, канал обеднится носителями зарядов, и ток стока уменьшится. При достаточно больших напряжениях на затворе все носители заряда могут из канала уходить в подложку, и ток стока станет равным нулю. Вывод: МОП – транзисторы со встроенным каналом могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения зарядов.· Транзисторы с индуцированным каналом. При напряжениях на затворе, равных или меньше нуля, канал отсутствует, и ток стока будет равен нулю. При положительных напряжениях на затворе электроны, как не основные носители заряда подложки p-типа, будут притягиваться к затвору, а дырки будут уходить вглубь подложки. В результате в тонком слое под затвором концентрация электронов превысит концентрацию дырок, т. е. в этом слое полупроводник поменяет тип своей проводимости. Образуется (индуцируется) канал, и в цепи стока потечёт ток. Вывод: МОП – транзисторы с индуцированным каналом могут работать только в режиме обогащения. МОП – транзисторы обладают бόльшим входным сопротивлением, чем транзисторы с управляемым переходом. Rвх = (1013 . 1015) Ом.

11) Тиристором называется четырёхслойный полупроводниковый прибор, состоящий из последовательно чередующихся областей p- и n – типов проводимости. · Динисторы – это диодные тиристоры, или неуправляемые переключательные диоды. · Тринисторы – это управляемые переключательные диоды. · Симисторы – это симметричные тиристоры, т. е. тиристоры с симметричной ВАХ.

Напряжение включения (Uвкл) – это напряжение, при котором  ток через динистор начинает сильно возрастать.Ток включения (Iвкл) –  это ток, соответствующий напряжению включения. Ток выключения (Iвыкл) – это минимальный ток через тиристор, при котором он остаётся ещё во включённом состоянии. Остаточное напряжение (Uост) – это минимальное напряжение на тиристоре во включённом состоянии. Ток утечки (Io) – это ток через тиристор в выключенном состоянии при заданном напряжении на аноде. Максимально допустимое обратное напряжение (Uобр.max). Максимально допустимое прямое напряжение (Uпр.max). Время включения (tвкл) – это время, за которое напряжение на тиристоре уменьшится до 0,1 напряжения включения. Время включения (tвыкл) – это время, за которое тиристор переходит из включённого в выключенное состояние. Маркировка расшифровывается так: КН102Б – кремниевый динистор; КУ202А – кремниевый тринистор. Первая буква «К» обозначает материал кремний. Вторая – тип прибора – динистор или тринистор. Третья группа  трёхзначный цифровой код, и четвёртая группа, расшифровываются так же, как и все рассмотренные ранее полупроводниковые приборы.

 

Основные носители зарядов переходят из анода в  базу 1, а из катода – в базу 2, где  они становятся не основными и  в базах происходит интенсивная рекомбинация зарядов, в результате которой количество свободных носителей зарядов уменьшается. Эти носители заряда подходят к коллекторному переходу, поле которых для них будет ускоряющим, затем проходят базу и переходят через открытый эмиттерный переход, т. к. в базах они опять становятся основными. Пройдя эмиттерные переходы, электроны переходят в анод, а дырки – в катод, где они вторично становятся не основными и вторично происходит интенсивная рекомбинация. В результате количество зарядов, прошедших через динистор, будет очень мало и прямой ток также будет очень мал. При увеличении напряжения прямой ток незначительно возрастает, т. к. увеличивается скорость движения носителей, а интенсивность рекомбинации уменьшается. При увеличении напряжения до определённой величины происходит электрический пробой коллекторного перехода. Сопротивление динистора резко уменьшается, ток через него сильно увеличивается и падение напряжения на нём значительно уменьшается. Считается, что динистор перешёл из выключенного состояния во включённое.

12) Устройство, предназначенное для усиления электрических сигналов, называется электронным усилителем. Основной классификацией усилителей является классификация по диапазону усиливаемых частот. 1. Усилители низкой частоты (УНЧ) – диапазон усиливаемых частот от 10Гц до 100кГц. 2. Усилители высокой частоты (УВЧ) – диапазон усиливаемых частот от 100кГц до 100МГц. 3. Усилители постоянного тока (УПТ). Они могут усиливать постоянный ток. Диапазон усиливаемых частот от 0Гц до 100кГц. 4. Импульсные усилители (ИУ) – широкополосные импульсные- и видеоусилители. Частотный диапазон усиливаемых частот от 1кГц до 100кГц. 5. Избирательные, или резонансные усилители – это усилители, работающие в узком диапазоне частот. 1. Коэффициент усиления. Kn=Uвых/Uвх Если коэффициент усиления недостаточен, применяются многокаскадные усилители. 2. Входное и выходное сопротивление. Задача передачи максимальной энергии от источника сигнала на вход усилителя, а также с выхода усилителя на нагрузку называется согласованием. Для оптимального согласования входное сопротивление усилителя должно быть как можно больше, т. е. значительно больше внутреннего сопротивления источника сигнала, а выходное сопротивление значительно меньше сопротивления нагрузки. Вопросы согласования возникают и в многокаскадных усилителях. Если два усилительных каскада не согласованы между собой по входному и выходному сопротивлению, то между ними ставится эмиттерный повторитель, имеющий очень большое входное и малое выходное сопротивление. 3. Выходная мощность и КПД усилителя. Выходная мощность может быть определена по формуле: Рвых=Uвых^2/Rн. Значительно увеличить выходную мощность усилителя нельзя, т. к. при большом выходном напряжении появляются искажения усиливаемого сигнала за счёт нелинейности характеристик усилительных элементов. Поэтому вносится понятие номинальной выходной мощности. Это наибольшая выходная мощность, при которой сигнал не искажается. 4. Уровень собственных шумов состоит из следующих составляющих: · Тепловые шумы при нагревании сопротивлений, ёмкостей. · Шумы усилительных элементов. · Шум за счёт пульсаций источника питания. 5. Диапазон усиливаемых частот (полоса пропускания усилителя). Это полоса частот, в которой выходное напряжение уменьшается не более чем до 0,7 своей максимальной величины. 6. Искажения усилителя возникают за счёт нелинейности характеристик транзисторов. Искажения происходят за счёт появления в спектре сигнала высших гармонических составляющих, и характеризуется коэффициентом нелинейных искажений (или коэффициент гармоник).

Характеристики  усилителей. 1. Амплитудная характеристика – это зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного сигнала Uвых = f (Uвх). 2. Динамический диапазон: Д=20lg(Uвх.max/Uвх.min) 3. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) представляет собой зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты при постоянной амплитуде входного сигнала. Uвх = f (F) при Uвх = Const. 4. Зависимость коэффициента усиления от частоты характеризуется коэффициентом частотных искажений6. Фазовая характеристика – это зависимость разности фаз между входными и выходными сигналами от частоты. φ = f (F).

14) Виды обратной  связи. Обратной связью в усилителе (в целом) или же в отдельно взятом каскаде называется такая связь между входом и выходом, при которой часть энергии усиленного сигнала с выхода передаётся на вход. По способу своего возникновения обратная связь может быть внутренней, паразитной и искусственной. Внутренняя ОС возникает за счёт внутренних свойств элементов схемы. Паразитная ОС возникает за счёт паразитных ёмкостей и индуктивностей. Стараются внутреннюю паразитную обратную связь возможно сильнее уменьшить. Искусственная ОС вводится специально для улучшения основных характеристик усилителя. По признаку петлевого усиления различают положительную ОС (ПОС) и ООС. При ПОС сигнал на вход усилителя через цепь ОС поступает в фазе со входным сигналом. При ООС сигнал, проходя цепь ОС, будет подаваться в противофазе с входным сигналом. В усилителях, в основном, применяется ООС; ПОС применяется в генераторах. В зависимости от того, каким образом цепь ОС подключается к выходу усилителя, различают ОС по току и по напряжению. В зависимости от того, каким образом цепь ОС подключается к выходу усилителя, различают параллельную и последовательную ОС усилителя. β – коэффициент передачи цепи ОС. β=U вых.oc/U вх.oc Поскольку в усилителях цепь ОС состоит, в основном, из пассивных элементов, то β обычно меньше 1. В зависимости от того, будет ли изменяться β от частоты, различают частотозависимую и частотонезависимую ОС. ООС уменьшает коэффициент усиления усилителя. все остальные технические показатели улучшаются. Увеличивается полоса пропускания, уменьшаются нелинейные и частотные искажения, несколько возрастает входное сопротивление.

 

21) Операционным усилителем называется устройство, предназначенное для выполнения математических операций с аналоговыми сигналами, имеющее исключительно высокий коэффициент усиления, очень большое входное и малое выходное сопротивление и выполненное в микроэлектронном исполнении. Операционный усилитель включает в свой состав один или несколько дифференциальных каскадов УПТ, генератор стабильного тока для питания этих каскадов и выходные эмиттерные повторители для увеличения входного и уменьшения выходного сопротивления. Пример маркировки ОУ: К553УД2. Вход A – инвертирующий вход. Вход B – неинвертирующий вход. Входы C – для подключения двуполярного ИП. Входы D – выводы для подключения цепей коррекции. ОУ подразделяются по следующим признакам: ОУ общего применения Мощные ОУ ОУ с управляемыми параметрами Быстродействующие ОУ К основным параметрам ОУ относятся следующие: Напряжение ИП Коэффициент усиления Входное сопротивление Потребляемый от ИП ток или потребляемая мощность Коэффициент ослабления синфазного сигнала [дБ] Скорость нарастания выходного напряжения. Она показывает быстродействие ОУ. Так как ОУ имеет очень большой коэффициент усиления и достаточно сложную схему, то при работе на определённых частотах возможно появление нежелательных фазовых сдвигов, при водящих к образованию положительных ОС и, как следствие, к самовозбуждению усилителя. Для устранения этих возможностей применяются цепи коррекции, представляющие различные RC-цепочки. Цепи коррекции могут быть как внешними, то есть при помощи навесных элементов, так и внутренними, то есть внутри корпуса микросхемы. Причём цепи коррекции разрабатываются на этапе проектирования ОУ и являются индивидуальными для каждого конкретного типа ОУ.

22) Схемы включения ОУ. Поскольку на входе ОУ стоит дифференциальный каскад усиления, имеющий инвертирующий и неинвертирующий входы, то различают два основных вида включения – инвертирующее и не инвертирующее. Кроме этого ОУ за счёт высокого коэффициента усиления должен быть охвачен глубокой ООС для обеспечения устойчивости его работы. Инвертирующая схема включения ОУ K=Rooc+R1/R1; Roc>>R1; K~~Roc/R1

 

23) Не инвертирующая  схема включения ОУ K~~Roc/R1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24)  Так как ОУ предназначены для проведения математических операций с аналоговыми сигнала-

ми, то различают суммирующее, интегрирующее и дифференцирующее включение ОУ. Схема суммирующего включения ОУ Uвых + К(Uвх1+Uвх2++Uвх3))

 

 

 

 

 

 

 

25) Схема интегрирующего  включения ОУ Uвых=KSUвх(t)dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема дифференцирующего включения  Uвых=K*dUвх/dt  Поскольку ОУ с управляемыми параметрами имеют очень малую номенклатуру, то применяют управление таким параметром как коэффициент усиления при помощи различных внешних цепей, причём коэффициент усиления может управляться как аналоговым сигналом, так и цифровым кодом. Широкое применение ОУ нашли в активных фильтрах.

 

 

 

 

 

 

 

13) Виды межкаскадных связей. Для увеличения коэффициента усиления могут применяться многокаскадные усилители. В этом случае между каскадами, а также между входом усилителя и источником сигнала или же между выходом усилителя и нагрузкой могут существовать следующие виды межкаскадных связей. 1) Резисторно-ёмкостная связь является наиболее широко распространённой в усилителях переменного напряжения.2) Трансформаторная связь позволяет осуществить оптимальное согласование между каскадами путём подбора коэффициента трансформации трансформатора. Недостатки: · Сравнительно большие габариты и вес трансформаторов. · Большие частотные искажения, так как сопротивления обмоток трансформатора зависят от частоты XL = ω ∙ L, поэтому трансформаторная связь применяется на низких частотах и в

узком диапазоне. 3) Гальваническая (непосредственная) связь Гальваническая связь применяется в УПТ.

 

 

15)