Similar presentations:
лекция1
1. Электроника – наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и о методах создания электронных приборов и
ЭЛЕКТРОНИКАЭлектроника – наука о взаимодействии электронов с электромагнитными
полями и о методах создания электронных приборов и устройств, в которых
это взаимодействие используется для преобразования электромагнитной
энергии, в основном для передачи, обработки и хранения информации.
Схемотехника – научно-техническое направление, охватывающее проблемы
проектирования и исследования схем электронных устройств радиотехники
и связи, вычислительной техники, автоматики и др. областей техники.
Основная задача схемотехники – синтез (определение структуры)
электронных схем, обеспечивающих выполнение определённых функций, и
расчёт
параметров
входящих
в
них
элементов.
Таким образом, электроника – это, во-первых, область физики, в которой
изучаются процессы, происходящие с заряженными частицами в вакууме,
газах, жидкостях и твердых телах. Вместе с тем электроника – область
техники, где создаются приборы и устройства, использующие такие
процессы.
1
2.
РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОНИКИВ 1904 году англичанин Д. Фленинг создал первую лампу
вакуумный диод, которая длительное время использовалась в
качестве выпрямляющего устройства и детектора.
2
3.
В 1907 году американец Форест создал вакуумный триод.3
4.
В 1924 году была выпущена 4-х электродная(тетрод).
лампа
4
5.
В 1931 году была создана 5-и электродная лампа (пентод).5
6.
Первый полупроводниковый (германиевый) триод (транзистор),пригодный для усиления и генерирования электрических
сигналов, был создан в США в 1948 году американцем русского
происхождения Бардиным и Браттейн.
6
7.
– уровень интеграции электронных схем по количествуэлементов в одном см3
1 Первый этап развития электроники до 1950 года
соответствует = (0,001 – 0,003) эл./см3.
2 Второй этап развития электроники относится к 1950 – 1960 гг.,
появились полупроводниковые приборы, печатный монтаж
( 0,5 эл./см3).
3 Третий этап 1960 – 1980 гг., появились интегральные схемы и
микросборки, что привело к уменьшению габаритов и массы
электронных схем, а также к уменьшению энергопотребления и
увеличению надежности ( < 50 эл./см3).
4 Четвертый этап начинается с 1980 г. и продолжается по
настоящее время. С появлением БИС и СБИС резко возросло
и составляет 103 – 105.
7
8.
КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХУСТРОЙСТВ
1 Аналоговые электронные устройства (АЭУ).
2 Дискретные электронные устройства (ДЭУ):
- импульсные электронные устройства (ИЭУ),
- релейные электронные устройства (РЭУ),
- цифровые электронные устройства (ЦЭУ).
8
9.
Аналоговые электронные устройства (АЭУ) предназначеныдля обработки электрических сигналов, которые являются
непрерывной функцией времени y = f(t) или другой
физической величины.
Преимущества АЭУ:
- простота схем,
- высокое быстродействие.
Недостатки:
-низкая помехоустойчивость,
-зависимость от внешних воздействий,
-трудность хранения аналоговой информации,
-низкая энергетическая эффективность.
9
10.
Дискретные электронные устройства (ДЭУ) предназначеныдля обработки электрических сигналов импульсной формы,
которые могут быть получены путем квантования аналогового
сигнала по амплитуде и дискретизации по времени.
Квантованием называется процесс замены непрерывного
(аналогового) сигнала его значениями в определенные
моменты времени.
Преимущества ДЭУ:
- использование ключевого режима работы схемы,
- высокая импульсная мощность,
- более высокая по сравнению с аналоговой системой
обработки стабильность и помехоустойчивость.
Недостаток:
- частичная потеря информации.
10
11.
Импульсные электронные устройства (ИЭУ) используютквантование сигнала в виде функции времени в импульсную
последовательность, как правило, неизменной частоты.
Процесс преобразования аналогового сигнала в импульсную
последовательность называется импульсной модуляцией. На
практике наибольшее распространение получили следующие
виды модуляции: амплитудно-импульсная (АИМ); широтноимпульсная (ШИМ); фазо-импульсная (ФИМ).
11
12.
Преобразование сигнала в импульсную последовательность:а − аналоговый сигнал; б – АИМ; в – ШИМ; г – ФИМ; д – дискретизация
по времени и квантование по уровню; е – цифровое кодирование сигнала
12
13.
Релейные электронные устройства (РЭУ) обеспечиваютквантование исходного аналогового сигнала U(t) по уровню и
преобразуют его в ступенчатый сигнал.
Изменение уровня сигнала происходит в произвольные
моменты времени, определяемые ограничениями nh и
параметрами U(t). Амплитуды сигнала РЭУ и U(t) совпадают в
отдельные
моменты
времени.
РЭУ
используются
преимущественно в силовой преобразовательной технике и по
сравнению с импульсными устройствами обладают более
высоким быстро-действием.
13
14.
Цифровые электронные устройства (ЦЭУ) обеспечивают как дискретизациювходного сигнала U(t) по времени, так и квантование по амплитуде, поэтому в
дискретные моменты времени цифровые сигналы приближенно соответствуют
аналоговому U(t). Чем больше уровней дискретизации, тем точнее будут
соответствовать цифровые сигналы (ЦС) аналоговым.
Процесс преобразования дискретных уровней сигнала в числовые значения
называется кодированием, а последовательность полученных чисел кодом
сигнала. Таким образом, последовательность преобразования сигнала можно
заменить последовательностью обработки кодов сигнала. Устройства,
обеспечивающие преобразование, передачу и обработку кодов (кодированной
информации, которая определенным образом связана с аналоговым сигналом),
называются цифровыми устройствами.
Преимущества ЦЭУ:
– высокая помехоустойчивость;
– высокая надежность;
– возможность длительного хранения информации без ее потери;
– энергетическая эффективность;
– высокая технологичность и повторяемость устройств, практически не требующая
настройки.
Недостатки ЦЭУ:
– низкое быстродействие по сравнению с АЭУ;
– частичная потеря информации;
– работа, как правило, не в реальном времени.
14
15.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОДПолупроводниковым диодом называется прибор с одним электрическим
переходом и двумя выводами. Большинство диодов имеют несимметричный
p-n-переход. Вывод, к которому течет ток из внешней электрической цепи при
прямом включении диода, называется анодом (А). Вывод, от которого ток
направлен во внешнюю цепь, называется катодом (К).
В зависимости от свойств перехода и назначения полупроводниковые диоды
делятся на следующие виды:
1) выпрямительные, импульсные, стабилизирующие, емкостные и т. д.;
2) плоскостные и точечные (по размерам перехода);
3) сплавные, эпитаксиальные, планарные и т. д. (в зависимости от технологии
изготовления);
4) в зависимости от величины прямого тока различают диоды малой
(Iпр 0,3 А), средней (Iпр = 0,3 – 10 А) и большой (Iпр > 10 А) мощности.
15
16.
Система обозначений полупроводниковых диодов2
Д
2
04
В
Группа приборов
Порядковый номер разработки
Характерные (основные) функциональные
возможности приборов
Порядок (группа приборов)
Исходный полупроводниковый материал
Первый элемент обозначает исходный полупроводниковый материал, на основе которого
изготовлен прибор: Г или 1 – германий и его соединения; К или 2 – кремний и его соединения;
А или 3 – соединения галлия; И или 4 – соединения индия.
Второй элемент – буква, определяющая подкласс (или группу приборов): Д – диоды
выпрямительные, импульсные или излучающие); Ц – выпрямительный стабилитрон;
В – варикапы; И – туннельные диоды; А – СВЧ-диоды; С – стабилитроны; Г – генераторы
импульса; О – оптоэлектронные пары; Н – диодные тиристоры; У – триодные тиристоры.
Третий элемент – цифра – обозначает основные функциональные возмож-ности приборов.
Четвертый элемент – число – порядковый номер разработки.
Пятый элемент – буква, условно определяющая классификацию прибора, изготовленного по
16
единой технологии.
17.
E0а)
Ip др
n
б)
In диф
-
+
+
+
+
Омический
контакт
In др
Ip диф
p
X
W
n
Wд
Wб
W
Wа
Запрещенная зона
W
Wф
p
-0,6
0 -0,4 X, мкм
17
18.
Iпр,мА
Ge
Iпр,
мА
101 6
Iпр,
мА
N=101 7 см-3
Ge
T=200 С
Ge
Si
500 С
Uобр,В
Uобр,В
Uобр,В
0
T=200 С
Ge
Uпр,В
101 6
0
Uпр,В
Si
0
Uпр,В
Ge
500 С
Ge
N=101 7 см-3
Iобр,
мкА
а
Iобр,
мкА
б
Iобр,
мкА
в
ВАХ р-n-перехода в совмещенной системе координат:
а – при изменении температуры; б – при изменении степени
легирования;
в – при изменении полупроводникового материала
18
19.
Различаютдифференциальное
сопротивление р-n-перехода:
(сопротивление
переменному
току)
ΔU
rдиф
ΔI
и сопротивление постоянному току
U
r0
I
Дифференциальное сопротивление р-n-перехода определяется при прямом
включении и составляет 1 500 Ом
rдиф пр
ΔU пр
ΔIпр
при обратном и составляет 105 – 108 Ом.
rдиф обр
ΔU обр
ΔI обр
19
20.
Параметры выпрямительного диода:Uобр max – максимально допустимое обратное напряжение;
Iпр max – максимально допустимый прямой ток, определяемый условиями
нагрева прибора, этот ток ограничивается максимальной мощностью Pmax;
Uпр – постоянное прямое напряжение диода при заданном постоянном
прямом токе Iпр;
Iобр – постоянный обратный ток, протекающий через диод в обратном
направлении, при заданном обратном напряжении Uобр;
Iпр имп – максимально допустимый импульсный прямой ток диода. При
кратковременном импульсном воздействии тока значение его может быть
увеличено при заданной максимальной длительности импульса;
Рmax – максимально допустимая постоянная или средняя за период
мощность, рассеиваемая диодом, при которой он может длительно
работать, не изменяя своих параметров.
20
21.
Пробоем называют резкое изменение режима работыперехода, находящегося под обратным напряжением.
Характерной особенностью этого изменения является
резкое уменьшение дифференциального сопротивления
перехода.
Существует три вида пробоя р-n-перехода:
- туннельный,
- лавинный,
- тепловой.
21
22.
СТАБИЛИТРОНВАХ кремниевого стабилитрона
22
23.
Параметры стабилитрона:Uст. ном – номинальное напряжение стабилизации;
Iст. ном – номинальный ток стабилизации, т. е. значение тока, при котором
определяются параметры стабилитрона;
Iст. min – минимальный ток стабилизации;
Iст. max – максимальный допустимый ток стабилизации;
rдиф
U
I
R ст
U ст
Iст
– дифференциальное сопротивление стабилитрона при заданном
токе стабилизации, чем меньше rдиф, тем выше качество
стабилизации;
– статическое сопротивление (сопротивление постоянному току)
при заданном токе стабилизации (точка Б);
ст – температурный коэффициент стабилизации, %/°С, характеризующий
влияние температуры на Uст.
23
24.
Однополупериодный выпрямительVD
Uвх
Iн
Uвх
Rн
Uн
Uн
t
t
24
25.
Двухполупериодный выпрямительVD1
Uвх
VD3
Rн
Uн
VD2
VD4
t
t
25
26.
Стабилизатор напряженияСхема включения (а) и нагрузочная характеристика
стабилизатора (б)
26