1.42M
Category: electronicselectronics

Электроника. Элементная база электроники

1.

ЭЛЕКТРОНИКА

2.

Электроника это наука,
изучающая:
• Явления, происходящие в веществе под
действием внешних факторов
• Элементы, работающие на использовании
этих явлений
• Электронные
устройства,
схемы,
составленные с использованием элементов
электроники

3.

Элементная база электроники
делится на:
Электровакуумные приборы - работают на явлении термоэлектронной
эмиссии.
Газоразрядные приборы - работают на явлении электрического
разряда в газах.
Полупроводниковые приборы - работают на явлении проводимости
полупроводников.
Фотоэлектронные приборы - работают на явлениях внешнего и
внутреннего фотоэффекта.
Микросхемы

4.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
ПРИБОРЫ

5.

Проводимость
полупроводников
Полупроводниками называют вещества,
проводящие
электрический
ток
при
определенных
условиях.
К
полупроводникам
относятся
все
элементы 4-й группы таблицы Менделеева

6.

Собственная проводимость
-
Si
-
-
-
-
Si
+Si
-
-
-
-
-
Si
+-
-
--
-
Si
Si
-
-
-
-
-Si
-
-
Si
-
-
-
-
Si
--
-
-
-

7.

При добавлении 3-х валентной примеси (In) p-тип
-
Si
-
-
-
-
Si
Si
-
-
-
-
-
Si
-
--
--
-
Si
-+
+
In
Si
-
-
-
-
-
-
-
Si
-
-
Si
--
-
-
-

8.

При добавлении 5-валентной примеси (n-тип)
-
-
-
-
--
- - Si
Si
Si
Si
As
Si
Si
Si
Si

9.

Образование p-n перехода
+

валентная
примесь
+
+
+
+
+
_
+
+
+
+
Si
_
_
_
_
_
_
_
_
5ти
валентная
примесь

10.

Евнутр
p
+
+
+
_
+
+
+
+
+
+
+
+
_
+
_
+
_
+
_
+
_
+
n
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_

11.

Евнутр
p
+
+
+
_
+
+
+
+
+
+
_
+
_
+
_
+
_
+
_
+
_
+
n
_
_
_
_
_
_
_
_
_
+

12.

Полупроводниковые диоды

13.

• Диод - 2-электродный полупроводниковый
прибор
с
односторонней
проводимостью
электрического тока: он хорошо пропускает
через себя ток в одном направлении и очень
плохо — в другом.
Это основное свойство диода используется, в
частности, для преобразования переменного
тока электросети в постоянный ток.

14.

Схематическое устройство диода
Конструктивно
диод
представляет
собой
небольшую пластинку германия или кремния,
одна
область
электропроводимостью
которой
p-типа,
обладает
то
есть
«дырочной», другая — электропроводимостью
n-типа, то есть электронной .

15.

А
К
А
:
Область p-типа – анод (А)
Область n-типа – катод(К)
К

16.

А
К А
К

17.

18.

Кремниевый стабилитрон

19.

Условное
обозначение
Стабилитрон представляет собой
прибор с одним p-n переходом (т.е.
диод).
Основным материалом является
кремний

20.

Особенностьповышенная
концентрация носителей зарядов в
полупроводниках
обеспечивает
пробой
p-n
перехода
при
напряжениях от 1 до 10В. При
таком пробое не происходит
разрушения кристалла, т.е. он
является
обратимым.
Такой
пробой
называют
электронным.

21.

Рабочая часть вольт-амперной характеристики
находится в области обратного включения.
Uстаб3
Uстаб2 Uстаб1

22.

Схема простейшего стабилизатора
+
Uвход
-
Uвых

23.

Тиристоры

24.

Тиристор – мощный полупроводниковый
прибор с двумя устойчивыми состояниями,
имеющий три (и более) n-p-перехода, который
может переключаться из закрытого состояния в
открытое и наоборот.

25.

Тиристор

26.

Основным свойством четырехслойной
структуры является способность находиться в
двух состояниях устойчивого равновесия:
максимально открытом (с большой
проводимостью) и минимально закрытом (с
малой проводимостью)

27.

Принцип действия динистора
При прямом включении динистора источник питания
смещает р-n-переходы П1 и П3 в прямом направлении, а П2
– в обратном
Если к динистору приложено обратное напряжение, то
переход П2 открыт, а переходы П1 и П3 закрыты.

28.

При приближении
режима работы
динистора к участку
АБ происходит
переключение его из
одного состояния в
другое.
Динисторы относятся
к неуправляемым
коммутирующим
элементам.

29.

Принцип действия
тринистора
Тринисторы относятся к
разряду управляемых
коммутирующих
элементов.

30.

Биполярные транзисторы

31.

Биполярные транзисторы
• Биполярный
транзистор

это
полупроводниковый прибор с двумя p-n–
переходами, имеющий три вывода
(электрода).
• Действие
биполярного
транзистора
основано на использовании носителей
заряда обоих знаков (дырок и электронов),
а управление протекающим через него
током осуществляется с помощью
управляющего тока.

32.

33.

Устройство транзистора.
• Биполярный транзистор в своей основе содержит
три слоя полупроводника (p-n-p или n-p-n) и
соответственно два p-n –перехода. Каждый слой
полупроводника подсоединен к внешнему выводу.
Средний слой и соответствующий вывод
называют базой,
• один из крайних слоев и соответствующий вывод
называют эмиттером,
• а другой крайний слой и соответствующий вывод –
коллектором.

34.

n-p-n транзистор
p-n –p транзистор

35.

Принцип действия транзистора
1.UЭК>>UЭБ
2.База тонкая
3.База
слаболегиро
ванная

36.

Схемы включения биполярных
транзисторов

37.

Транзисторы включают по схеме с общим
электродом
Схема с общей
базой
Схема с общим
эмиттером
Схема с общим
коллектором

38.

KI = ∆Iвых / ∆Iвх
• -Коэффициент
усиления по току;
KU=∆Uвых/∆Uвх
• -Коэффициент
усиления по
напряжению;
KP=∆Pвых/∆Pвх
• -Коэффициент
усиления по
мощности.

39.

I э≈I к
I Б«I к (в 10-100 раз)
• Rэ очень мало
• Rк очень велико
• RБ очень велико

40.

Параметр
коэффициент
усиления по току
коэффициент
усиления по
напряжению
коэффициент
усиления по
мощности
Входное
сопротивление
Выходное
сопротивление
Схема ОЭ
β
Схема ОБ
α
Схема ОК
10-100
10-100
меньше единицы
(0,8-0,98)
10-100
10-100
меньше единицы
(0,8-0,98)
100-10000
10-100
10-100
100 Ом – 1 кОм
1-10 Ом
10-100 кОм
1-10Ом –1кОм
100 кОм –
1МОм
100 Ом –
1кОм

41.

α=β/(β+1)
β= α/(1-α)

42.

Полевой транзистор

43.

Полевой транзистор —
Протекание в полевом транзисторе рабочего тока
обусловлено носителями заряда только одного
знака (электронами или дырками)

44.


канал
-
З
С
+
Область,в которой создана
проводимость, называют каналом.
Электропроводность канала может быть
как n-, так и p-типа. Поэтому по
электропроводности канала различают
полевые транзисторы с n-каналом и рканалом.
Все полярности напряжений смещения, подаваемых на
электроды транзисторов с n- и с p-каналом,
противоположны.

45.

Электрод, из которого в канал входят
основные носители заряда, называют
истоком.
Электрод, через который из канала уходят
основные носители заряда, называют
стоком.
Электрод, служащий для регулирования
поперечного сечения канала, называют
затвором.

46.

Ic
U запирания
Uз= 0

47.

Схемы включения полевых
транзисторов
Полевой транзистор можно включать по одной из
трех основных схем:
с общим истоком (ОИ),
общим стоком(ОС).
общим затвором (ОЗ)

48.

Схемы включения полевых
транзисторов
На практике чаще всего применяется схема с ОИ,
аналогичная схеме на биполярном транзисторе с ОЭ.
Каскад с общим истоком дает очень большое
усиление тока и мощности.
Схема с ОЗ аналогична схеме с ОБ. Она не дает
усиления тока, и поэтому усиление мощности в ней
во много раз меньше, чем в схеме ОИ. Каскад ОЗ
обладает низким входным сопротивлением, в связи с
чем он имеет ограниченное практическое
применение.

49.

ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
ПРИБОРЫ

50.

Фоторезисторы
• Фоторезисторами
называют
полупроводниковые
приборы,
проводимость которых меняется под действием света.

51.

• Основным элементом фоторезистора является в
первом случае монокристалл, а во втором – тонкая
пленка полупроводникового материала.

52.

Изолированная подложка
I
Полупроводник
При освещении фоторезистора энергия фотонов
расходуется на перевод электронов в зону проводимости.
Количество
свободных
электронно-дырочных
пар
возрастает, сопротивление фоторезистора падает и через него
течет световой ток
Iс = E / (Rс + Rн).
Ф

(e+)
I

53.

• Если фоторезистор включен последовательно с источником
напряжения (рис. 3) и не освещен, то в его цепи будет протекать
темновой ток
Iт = E / (Rт + Rн),
(4)
где Е – э. д. с. источника питания; Rт – величина электрического
сопротивления фоторезистора в темноте, называемая темновым
сопротивлением; Rн – сопротивление нагрузки.

54.

Фотодиод
• Полупроводниковый фотодиод – это полупроводниковый диод,
обратный ток которого зависит от освещенности.
Обычно в качестве фотодиода используют полупроводниковые
диоды с p-n переходом, который смещен в обратном направлении
внешним источником питания.

55.

56.

При поглощении света в p-n переходе или в прилегающих к нему областях
образуются новые носители заряда.
Неосновные носители заряда, возникшие в областях, прилегающих к p-n
переходу- диффундируют в p-n переход и проходят через него под действием
электрического поля.
То есть обратный ток при освещении возрастает. Поглощение квантов
непосредственно в p-n переходе приводит к аналогичным результатам.
Величина, на которую возрастает обратный ток, называется фототоком

57.

Схемы включения фотодиодов
Рис 2. Схемы включения фотодиода в режиме фотогенератора (а) и фотопреобразователя
(б); его световая (в) и вольтамперная (г) характеристики
• Фотодиоды могут работать в двух режимах: без внешнего
источника электроэнергии (режим фотогенератора)
• и с внешним источником (режим фотопреобразователя).

58.

Фототранзистор
• Фототранзисторы
составляют
весьма
представительный
отряд
оптоэлектронных
фотоприемников, наиболее характерными чертами,
которого являются наличие механизмов встроенного
усиления (отсюда высокая фоточувствительность) и
схемотехническая гибкость, обусловленная наличием
третьего - управляющего - электрода.
• Они
изготавливаются
практически только на
кремнии.

59.

• Фототранзистор – фотоэлектронный прибор,
имеющий трехслойную структуру, как обычный
транзистор, в котором ток зависит от освещения
базы.
• Они имеют линейную световую характеристику, а
выходные ВАХ аналогичны ВАХ обычного
транзистора, включенного по схеме с общим
эмиттером, но в качестве параметра вместо тока
базы выступает световой поток. Чувствительность
фототранзисторов достигает 1 А/лм..

60.

ВЫПРЯМИТЕЛИ

61.

Выпрямители – это устройства,
которые служат для
преобразования переменного тока
в постоянный.
Выпрямители бывают:
однополупериодные и двухполупериодные
однофазные и многофазные
управляемые и неуправляемые

62.

Структурная схема выпрямителя
Трансформатор

служит
для
понижения питающего напряжения
Блок
вентилей

обеспечивает
преобразование переменного тока в
пульсирующий
Сглаживающий фильтр - служит для
преобразования выпрямленного тока в
ток, близкий по форме к постоянному.

63.

Основные характеристики
выпрямителей
Номинальное
постоянного тока
напряжение
U0- среднее
значение
выпрямленного
напряжения,
заданное
техническими требованиями.

64.

Номинальный выпрямленный ток I0 –
среднее значение выпрямленного
тока,
т.е.
его
постоянная
составляющая,
заданная
техническими требованиями

65.

переменная
составляющая напряжения или
тока на выходе выпрямителя.
Характеризуется коэффициентом
пульсаций
Пульсация

66.

Коэффициент
пульсаций
kп

отношение амплитуды наиболее
резко выраженной гармонической
составляющей напряжения или
тока на выходе выпрямителя к
среднему значению напряжения
или тока.

67.

1. Однофазный однополупериодный
выпрямитель
VD
I 2 m 0,318
I0
I 2m
Iср д=I0
Uобр.m =3,14U0.
kп=1,57

68.

2. Схема со средней точкой
u2
iVD1
iVD2
I0
I ср.д 2
Uобр.m =3,14U0

I 0,636 I
0
kп=0,67
2m

69.

3. Мостовая схема
I 0,636 I
0
2m
u2
I0
I ср.д 2
iVD2 ,VD3
iVD1 ,VD4
Uобр.m =1,57U0

kп=0,67

70.

3.1 Трехфазный однополупериодный выпрямитель
I 0,827 I
0
I0
I ср.д 3
m
Uобр.m=2,09 U0
kп=0,25

71.

3.2 Трехфазный двухполупериодный выпрямитель
I 0 0,925 I m
I0
I ср.д 3
kп=0,057
Uобр =1,05 U0

72.

УСИЛИТЕЛИ

73.

Линейные
усилители
УПТ
УЗЧ
УВЧ
ШПУ
УПУ

74.

УПТ - Усилители постоянного тока
УЗЧ - Усилители звуковых частот
УВЧ – Усилители высокой частоты
ШПУ – широкополосные усилители
УПУ – узкополосные усилители

75.

• Каскады предварительного усиления
– предназначены для согласования с
источником усиливаемого сигнала и
усиления сигнала по напряжению

76.

• Выходные каскады –
предназначены для получения
требуемых тока или мощности
сигнала в нагрузке

77.

Основными элементами каскада являются
• Усилительный элемент УЭ
(биполярный или полевой
транзистор)
• Сопротивление R
• Источник питания Е

78.

Принцип усиления основывается на
преобразовании
энергии
источника
постоянного напряжения Е в энергию
переменного напряжения в выходной цепи
за счет свойств УЭ по закону, задаваемому
входным
сигналом

79.


i
R
УЭ
Uвх
Uвых

80.

Iкп
R1
Ср1
Ср2
VT
Сф
Uбэп
iвх

ег
Iбп



R2
Uэп
Iэп
+ Eк
Сэ
Усилитель переменног о тока

81.

Основные элементы
•Источник питания Ек
•Управляемый элемент транзисторVT
•Резистор Rк
Эти элементы образуют главную цепь усилительного каскада.
Остальные элементы выполняют вспомогательную роль.

82.

Вспомогательные элементы
Ср1, Ср2 – отсекают постоянную составляющую тока от входного и
выходного сигнала
R1,R2- обеспечивают устойчивый режим работы
Rэ- обепечивает температурную стабилизацию
Сэ – ослабляет влияние отрицательной обратной связи

83.

Многокаскадные усилители
U вых1 U вх2


1
U вых2 U вхN
2
U выхN
ku

U выхN
N

84.

Двухтактные усилители
мощности

85.

86.

Колебания звуковой частоты с предпоследнего
каскада подаются на базы обоих транзисторов
так, что напряжения на них изменяются в любой
момент
времени
в
противоположных
направлениях, т.е. в противофазе.
При этом транзисторы работают поочередно, на
два такта за каждый период подводимого к ним
напряжения.

87.

Когда, например, на базе транзистора V1
отрицательная полуволна, он открывается и через
секцию

первичной
обмотки
выходного
трансформатора идет ток только этого транзистора
(график б). В это время транзистор V2 закрыт

88.

В следующий полупериод, наоборот, положительная
полуволна будет на базе транзистора V1, а
отрицательная - на базе транзистора V2. Теперь
открывается транзистор V2 и через секцию Iб
первичной обмотки выходного трансформатора идет
ток его коллектора (график в), а транзистор V1,
закрываясь, «отдыхает».

89.

В обмотке трансформатора коллекторные токи
обоих транзисторов суммируются (график г), в
результате на выходе усилителя получаются
более мощные электрические колебания
звуковой частоты, чем в обычном однотактном
усилителе.

90.

Генераторы импульсов

91.

Мультивибраторы
Под мультивибратором понимают генератор
импульсов, который представляет собой
двухкаскадный электронный усилитель с
резисторно-емкостной связью. Этот тип
генератора отличается от других тем, что он
одновременно генерирует множество
синусоидальных колебаний. С этим связано и
его название от латинских слов, multum —
много, vibro — колеблю.

92.

Мультивибратор в автоколебательном режиме

93.

Мультивибратор дает сигнал очень сложной формы, обычно
похожий на прямоугольник.
Частота колебаний мультивибратора зависит от величин емкостей
конденсаторов и сопротивлений резисторов, входящих в цепи
обратной связи.

94.

Из-за наличия конденсаторов
мультивибратор не имеет устойчивых
состояний и обеспечивает генерирование
импульсов, имеющих форму, близкую к
прямоугольной

95.

Графики, поясняющие работу мультивибратора автоколебательном режиме

96.

Триггер
• Триггер (триггерная система) — класс электронных
устройств, обладающих способностью длительно
находиться в одном из двух устойчивых состояний и
чередовать их под воздействием внешних сигналов.
• По характеру действия триггеры относятся к импульсным
устройствам — их активные элементы (транзисторы,
лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний
длится очень короткое время.

97.

98.

• Отличительной особенностью триггера как
функционального устройства является свойство
запоминания двоичной информации.
• Под памятью триггера подразумевают способность
оставаться в одном из двух состояний и после
прекращения действия переключающего сигнала.
Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно
считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа,
записанного в двоичном коде.

99.

Генераторы колебаний

100.

LC – Автогенераторы

101.

Трёхточечные схемы автогенераторов

102.

LC - Автогенератор
• LC-генератор так называется, потому что в нём используется LC-контур.

103.

Условие незатухания
колебаний
1. Баланс фаз
2. Баланс амплитуд

104.

Элементы
R1,
R2,
R3C3
обеспечивают
необходимый режим по постоянному току
усилительного элемента и его термостабилизации.
Элементы L2C2 образуют параллельный
колебательный контур.

105.

В момент включения питания в
коллекторной цепи транзистора VT
появляется
коллекторный
ток,
заряжающий емкость С2 контура
L2C2.
В следующий момент времени заряженный
конденсатор
разряжается
на
катушку
индуктивности. В контуре возникают свободные
затухающие колебания частотой f0 = 1 / 2π√L2C2.

106.

• Переменный ток контура, проходя через катушку L2
создает вокруг неё переменное магнитное поле, а это
поле в свою очередь наводит в катушке L1 переменное
напряжение, которое вызывает пульсации тока
коллектора транзистора VT. Переменная
составляющая коллекторного тока восполняет потери
энергии в контуре, создавая на нём усиленное
переменное напряжение.

107.

108.

Схема с трехфазной фазирующей цепочкой или
схема с реактивными элементами одного знака.
• Из схемы видно, что
усилитель, между выходом и
входом которого включена
цепь, которая переворачивает
фазу сигнала на 180º.
• Эта цепь называется
фазовращающей.
Фазовращающая цепочка
состоит из элементов С1R1,
C2R2, C3R3.

109.

• С помощью одной цепочки из резистора и
конденсатора можно получить сдвиг фаз не более чем
на 90º. Реально же сдвиг получается близким к 60º.
Поэтому для получения сдвига фазы на 180º
приходится ставить три цепочки. С выхода последней
RC-цепи сигнал подается на базу транзистора.

110.

Частота колебаний определяется по
формуле:
При этом должно соблюдаться условие:
R1=R2=R3=R
C1=C2=C3=C
English     Русский Rules