prezentaciyaypisasyp_lekcii

1. УПИСАСУП

2. Этапы развития электроники

Можно выделить четыре основных этапа развития радиоэлектроники:
• 1904-1950 – электровакуумные приборы;
• 1950-1960 – полупроводники;
• 1960-1980 – микросборки и СБИСы;
• 1980-2000 и далее – SoC.
В зависимости от применяемой элементной базы можно выделить четыре основных
этапа развития электроники:
• первое поколение (1904 — 1950) характеризуется тем, что основу элементной базы
электронных устройств составляли электровакуумные и газоразрядные приборы. К ним
относятся электронные лампы, электронно-вакуумные трубки, газоразрядные индикаторы и др.;
• второе поколение (1950 — начало 1960-х гг.) характеризуется применением дискретных
полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов, тиристоров и т.д.);
• третье поколение (1960 — 1980) связано с бурным развитием микроэлектроники и
созданием интегральных схем различной степени интеграции, а также микросборок. На
этом этапе электронные устройства характеризуются резким увеличением надежности,
уменьшением габаритных размеров, массы, энергопотребления;
• четвертое поколение (с 1980-х гг. по настоящее время) характеризуется дальнейшей
микроминиатюризацией электронных устройств с использованием больших и
сверхбольших интегральных схем, а также систем на кристалле (СНК).

3. Классификация электронных устройств

Все электронные устройства можно разделить на две основные группы:
Аналоговые устройства (АУ);
Цифровые (дискретные) устройства (ЦУ).
Электронные устройства (ЭУ) по способу формирования и передачи сигналов управления подразделяются на два класса: аналоговые и дискретные.
Аналоговые ЭУ предназначены для приема, преобразования и передачи сигналов, которые изменяются по закону непрерывной
(аналоговой) функции. Аналоговые ЭУ отличаются простотой, быстродействием, однако имеют низкую помехоустойчивость и
нестабильность параметров при воздействии внешних дестабилизирующих факторов, например температуры, влажности, времени и
т.д.
К аналоговым ЭУ относятся электронные и операционные усилители, коммутаторы, компараторы, стабилизаторы напряжения и т.д.
Дискретные ЭУ предназначены для приема, преобразования и передачи электрических сигналов, представленных в дискретной
форме. Такие устройства отличаются высокой помехоустойчивостью, небольшой потребляемой мощностью и стоимостью. Различают
импульсные и цифровые ЭУ. В цифровых ЭУ происходит кодирование сигнала, т. е. преобразование его в определенную
последовательность однотипных импульсов. Цифровые ЭУ в настоящее время получили очень широкое распространение благодаря
высокой надежности, помехоустойчивости, возможности длительного хранения информации без ее потери; энергетической
совместимости и интегральной технологичности элементной базы.
К цифровым ЭУ относятся логические элементы, триггеры, регистры, счетчики, дешифраторы, шифраторы, мультиплексоры,
демультиплексоры, сумматоры и т.д.
Импульсные ЭУ формируют импульсную последовательность сигналов. Процесс преобразования аналоговой информации в
последовательность импульсов носит название импульсной модуляции. На практике широко используются амплитудная, широтноимпульсная и фазово-импульсная модуляции.
К импульсным ЭУ относятся мультивибраторы, одновибраторы, триггеры, блокинг-генераторы, генераторы пилообразного
напряжения и т. д.

4. Классификация ЭРИ

Интегральные схемы включают в себя следующие компоненты:
• Пассивные (резисторы, конденсаторы, трансформаторы, диоды…);
• Активные (электронные лампы, транзисторы, ОУ…);
• Смешанные (микросхемы, SoC).
Компоненты интегральных схем условно можно подразделить на две
группы: активные и пассивные:
К активным относятся электровакуумные приборы, полупроводниковые
приборы и другие, которые усиливают, преобразуют, генерируют
электрические сигналы.
К пассивным компонентам относятся резисторы, конденсаторы,
индуктивности, трансформаторы, дроссели, переключатели и другие,
которые обеспечивают заданные режимы работы электронных схем.
Отдельную группу электронных компонентов составляют интегральные
схемы, в состав которых входят как активные, так и пассивные
компоненты.

5. Резисторы

Резистор — устройство на основе проводника с нормированным постоянным или регулируемым активным
сопротивлением, используемое в электрических цепях для обеспечения требуемого распределения токов и
напряжений между отдельными участками цепи.
Общая классификация резисторов составлена по ряду признаков, присущих многим изделиям электронной
техники: назначению, способу защиты, характеру изменения сопротивления и т. п.
По назначению различают резисторы общего назначения и специальные (прецизионные, сверхпрецизионные,
высокочастотные, высоковольтные, высокомегаомные, терморезисторы и др.).
Резисторы общего назначения изготовляются с диапазоном номинальных сопротивлений от 0,47 Ома до 10
МОм на номинальные мощности 0,062... 100 Вт.
Прецизионные и сверхпрецизионные резисторы характеризуются высокой стабильностью параметров при
эксплуатации и большой точностью номинального значения при изготовлении (допуск в диапазоне от ±0,0005 до
0,5 %).
Они имеют высокую стоимость и применяются в основном в измерительных приборах, вычислительной технике
и системах автоматики.
Высокочастотные резисторы отличаются малой собственной индуктивностью и емкостью, предназначены для
работы в высокочастотных цепях, кабелях и волноводах. Непроволочные высокочастотные резисторы работают
до частот в сотни мегагерц и более, а проволочные — до сотен килогерц.
Высоковольтные резисторы рассчитаны на рабочие напряжения от единиц до десятков киловольт.
Высокомегаомные резисторы имеют диапазон номинальных сопротивлений от десятков мегаом до единиц
тераом и рассчитываются на небольшие рабочие напряжения. Мощности рассеивания таких резисторов
небольшие.
Терморезисторы, магниторезисторы, варисторы, фоторезисторы изменяют свои параметры при воздействии
внешних факторов, например под воздействием температуры, электрического или магнитного полей,
электромагнитного излучения.

6. Конденсаторы

Конденсаторы представляет собой две обкладки, между которыми находится диэлектрик.
Конденсаторы бывают постоянной и переменной емкости. В зависимости от типа диэлектрика
конденсаторы постоянной емкости бывают: керамические, слюдяные, стеклокерамические,
пленочные, бумажные, металлобумажные, фторопластовые, электролитические, вакуумные и т. п.
Конденсаторы с органическим диэлектриком изготовляются обычно намоткой тонких длинных
лент конденсаторной бумаги или пленок с металлизированными или фольговыми электродами.
Их можно подразделить на низкочастотные и высокочастотные.
К низкочастотным конденсаторам относятся бумажные, металлобумажные, лакопленочные,
поликарбонатные и др. Тангенс утла диэлектрических потерь таких конденсаторов имеет резко
выраженную зависимость от частоты. Они способны работать до частоты 104... 105 Гц.
К высокочастотным относятся полистирольные и фторопластовые конденсаторы, которые
допускают работу на частотах до 105... 107 Гц.
Высоковольтные конденсаторы можно подразделить на высоковольтные постоянного
напряжения и высоковольтные импульсные. В качестве диэлектрика у высоковольтных
конденсаторов постоянного напряжения используют бумагу, полистирол, фторопласт и сочетание
бумаги и синтетических пленок. Высоковольтные импульсные конденсаторы в большинстве
случаев делают на основе бумажного и комбинированного диэлектриков.
Помехоподавляющие конденсаторы предназначены для ослабления электромагнитных помех в
широком диапазоне. Они имеют малую собственную индуктивность и высокую электрическую
прочность изоляции. Помехоподавляющие конденсаторы бывают бумажные, комбинированные и
пленочные.

7. Диод и стабилитрон

8. Транзистор (биполярный)

9. Транзистор (биполярный)

Биполярные транзисторы классифицируются по двум параметрам: мощности и
частотным свойствам.
По мощности они подразделяются на маломощные (Рвых< 0,3 Вт), средней
мощности (0,3 Вт <Рвых< 1,5 Вт) и мощные (Рвых> 1,5 Вт); по частотным свойствам −
на низкочастотные (fа<0,3 МГц), средней частоты (0,3 МГц <fа<3 МГц), высокой
частоты (3 МГц <fа< 30 МГц) и сверхвысокой частоты (fа> 30 МГц).
Принцип действия биполярного транзистора основан на использовании
физических процессов, происходящих при переносе основных носителей
электрических зарядов из эмиттерной области в коллекторную через базу:
где Iэ, Iк, Iб − токи соответственно в цепи эмиттера, коллектора, базы.
Важнейшими параметрами, характеризующими качество транзистора, являются
дифференциальный коэффициент передачи тока из эмиттера в коллектор –α и
дифференциальный коэффициент передачи тока из базы в коллектор– β:
Современные транзисторы имеют α = 0,9...0,99 и β = 4...10 000.

10. Транзистор (биполярный)

В схеме с ОБ входной сигнал поступает на эмиттер, а выходной снимается с коллектора.
Входным сопротивлением схемы Rвх является
сопротивление открытого эмиттерного р-п
перехода, которое составляет десятки ом.
Выходное
сопротивление
определяется
обратным включенным коллекторным переходом. Поэтому Rвых>>Rвх.
Коэффициент усиления транзистора с ОБ по
току соответствует примерно коэффициенту
передачи α:
Коэффициент
усиления
транзистора
по
напряжению:
где: Rвх.б — входное сопротивление открытого
эмиттерного перехода.
Таким образом, схема включения транзистора с
ОБ не обеспечивает усиление по току, однако
усиливает входной сигнал по напряжению и
мощности.
I K
KI
0,95...0,99
I Э
KU
U вых I K RH
R
H
U вх I Э Rвх.б
Rвх.б

11. Транзистор (биполярный)

В схеме с ОЭ входной сигнал поступает на входы
база−эмиттер, а выходной снимается с коллектора.
Входное сопротивление Rвх э схемы значительно больше,
чем в схеме с ОБ (полагаем ∆Iэ = ∆Iк):
(Входное сопротивление Rвх.э составляет 1...3 кОм)
Выходное сопротивление схемы с ОЭ определяется
обратным включенным коллекторным переходом и
составляет сотни килоом, поэтому Rвых>>Rвх.
Коэффициент усиления схемы по току:
Коэффициент усиления схемы по напряжению:
Коэффициент усиления схемы по мощности равен
произведению коэффициентов КI и КU:
Схема с ОЭ обеспечивает усиление входного сигнала по
току, напряжению и мощности, используется в
усилителях, генераторах, формирователях и является
самой распространенной.
Rв х.э
U э б
I э Rв х.б
Rв х.б
I б
I б
KI
KU
I K
1
I б
U в ых
I K RH
R
H 1
U в х
I б Rв х.э
Rв х.э
K P K I KU 2
RH
1
Rв х. э

12. Транзистор (биполярный)

В схеме с ОК входной сигнал подается на входы базаколлектор, а выходной сигнал снимается с эмиттера.
Коэффициент усиления схемы с ОК по току
Коэффициент усиления схемы с ОК по напряжению
Коэффициент усиления схемы с ОК по мощности
Входное сопротивление схемы с ОК велико и примерно равно Rвх≈ (β·Rн), а выходное Rвых составляет десятки Ом:
Rвх>>Rвых.
Схему с ОЭ часто называют эмиттерным повторителем, так
как нагрузка включена в цепь эмиттера. Схема обеспечивает
усиление по току, мощности, имеет коэффициент усиления
по напряжению меньше единицы (Ки ~ 0,9...0,99), отличается
большим входным сопротивлением и малым выходным
Rвх>>Rвых и широко используется в качестве согласующего
каскада.
Эмиттерный повторитель широко применяется в качестве
входных или выходных каскадов в усилителях, в частности
при работе на емкостную нагрузку или линию связи.
KI
I Э
Iэ
1
1
1
I б
I э I к 1
KU
U в ых U в х U б э
1
U в х
Uвх
K P K I KU K I 1

13. Транзистор (полевой)

Транзистор с управляющим р-п
переходом
представляет
собой
пластину из полупроводникового
материала,
имеющего
электропроводность определенного
типа, на концах которой сделаны два
вывода – исток и сток.
Вдоль пластины сделан р-nпереход,
от которого идет третий вывод –
затвор.
Если к электродам подключить
напряжение питания, то между
стоком и истоком будет протекать
ток.
Сопротивление
канала,
а
следовательно, и ток, проходящий
через канал, зависят от напряжения
на затворе. Напряжение на затворе,
при котором ток истока минимален,
называется напряжением отсечки
Uзи отс.
Если на затвор подать переменный
сигнал, то ток стока Iс также будет
изменяться по тому же закону.

14. Транзистор (полевой)

Транзисторы с изолированным затвором
(МДП-транзисторы) в отличие от рассмотренных
ранее имеют затвор, изолированный от канала
слоем диэлектрика. В связи с этим МДПтранзисторы имеют очень большое входное
сопротивление – до 1012...1014 Ом.
Принцип действия МДП-транзисторов основан на
эффекте
изменения
проводимости
приповерхностного слоя полупроводника на
границе с диэлектриком под воздействием
электрического поля.
МДП-транзисторы
подразделяются
на
транзисторы с встроенным каналом и на
транзисторы с индуцированным каналом.
Транзисторы
имеют
четвертый
электрод,
называемый подложкой, который выполняет
вспомогательную роль. МДП-транзисторы могут
быть с каналами п- или p-типа.
На рисунке приведена конструкция МДПтранзистора со встроенным каналом. В таких
транзисторах токопроводящий канал создается
технологическим путем в виде тонкого слаболегированного полупроводникового слоя.
Поэтому при Uзи= 0 канал существует.

15. Транзистор (полевой)

МДП-транзисторы с индуцированным
каналом отличаются от других тем, что
проводящий канал здесь не создается, а
образуется
(индуцируется)
благодаря
притоку электронов из полупроводниковой
пластины при приложении к затвору
напряжения
положительной
(отрицательной) полярности относительно
истока.
За
счет
притока
электронов
в
приповерхностном
слое
возникает
токопроводящий канал, соединяющий
области стока и истока. При изменении
напряжения на затворе изменяется
сопротивление
канала.
На
рисунке
приведена конструкция и статические
характеристики
МДП-транзистора
с
индуцированным каналом.
Особенностью этого транзистора является
то, что управляющий сигнал Uзи совпадает
по полярности с напряжением Uси.

16. Транзисторы

Для повышения надежности транзисторов в эксплуатации необходимо выбирать рабочие режимы с
коэффициентами нагрузки по напряжению и мощности в диапазоне 0,7...0,8. Однако следует учесть, что
уменьшение рабочих токов может привести к снижению устойчивости их работы в диапазоне рабочих
температур. Использование более высокочастотных типов транзисторов в низкочастотных схемах
нежелательно, так как они склонны к самовозбуждению и имеют более высокую стоимость.
При применении мощных транзисторов необходимо обеспечить правильный тепловой режим работы,
чтобы температура корпуса транзисторов не превышала допустимую, поскольку может возникнуть
тепловой пробой p-n перехода. Обеспечение оптимального теплового режима транзисторов играет
первостепенную роль при создании надежной аппаратуры.
Для увеличения коэффициента усиления транзисторов используется их каскадное включение. Такие
транзисторы называются составными транзисторами, или схемами Дарлингтона

17. Микросхемы аналоговые. ОУ.

Операционный усилитель (ОУ) — это многокаскадный усилитель
постоянного тока с большим коэффициентом усиления. Для идеального ОУ
Ки → ∞, Rвх → ∞, Rвых → 0, ∆f→ ∞. ОУ имеет два или три каскада. Первым
каскадом является дифференциальный усилитель, вторым — усилитель
напряжения и последним — усилитель мощности. Питание ОУ
осуществляется от двух разнополярных источников питания. ОУ имеет два
входа (прямой и инверсный) и один выход, а также ряд дополнительных
выводов для балансировки и для коррекции АЧХ.
В настоящее время ОУ выполняются в виде ИС и характеризуют
следующие параметры:
коэффициент усиления по напряжению;
амплитудно-частотная характеристика;
частота единичного усиления fед — частота, на которой коэффициент
усиления KU0 = 1;
входное сопротивление Rвх.
выходное сопротивление Rвых,
выходной ток Iвых – максимальное значение выходного тока ОУ, при
котором гарантируется его работоспособность;
скорость нарастания выходного сигнала v — характеризует частотные
свойства усилителя при его работе в импульсных схемах.
мощность (или ток) потребления;
дрейф напряжения смещения ∆Uсм/°С;
дрейф разности входных токов ∆Iсм /°С;
коэффициент подавления синфазных помех.
U вых KU 0 (U вх1 U вх2 )
KU 0
U в ых
105...107
Uвх

18. Операционный усилитель. Включение.

Инвертирующий
усилитель.
Подключив
звено
отрицательной обратной связи
(ООС), состоящее из двух
резисторов (делителя) R1 и Roc
между
выходом
и
инвертирующим входом, и
соединив
неинвертирующий
вход ОУ с общей точкой,
получим
инвертирующий
усилитель.
Неинвертирующий усилитель.
Схема
неинвертирующего
усилителя представлена на
рисунке.
U вых - U вх
Rос
R1
R
U вых U вх 1 ос
R1

19. Операционный усилитель. Включение.

Суммирующий усилитель. Суммирует
сигналы, поступающие на его входы Uвх1
Схема суммирующего усилителя на ОУ.
Амплитудная
суммирующего
рассчитывается
зависимости:
характеристика
усилителя
на
ОУ
по
следующей
Дифференциальный усилитель. Усиливает
разность двух входных напряжений на
соответствующих входах Uвх1 и Uвх2 и
подавляет на них синфазный (одинаковый)
сигнал помехи.
Амплитудная
характеристика
дифференциального усилителя на ОУ
рассчитывается
по
следующей
зависимости:
U
U
U вых - Rос вх1 вх2
R2
R1
U вых
Rос
U вх1 U вх2
R1
R1 R2; R3 R ос.
При этом должно соблюдаться условие:

20. Фильтры нижних и верхних частот. АЧХ.

21. Фильтры полосовой и режекторный. АЧХ.

22. Компаратор