Полупроводниковые диоды

1. ЭЛЕКТРОНИКА Подготовлено Степановым К.С.

Полупроводниковые
диоды
Степанов Константин Сергеевич

2. Определение

Полупроводниковый диод представляет
собой двухслойную структуру, которая
образуется в одном кристалле. Один
слой имеет электропроводность n-типа,
а другой p-типа.
2
Степанов Константин Сергеевич

3.

Структура диода и его обозначение
3
Степанов Константин Сергеевич

4.

Степанов Константин Сергеевич

5.

Степанов Константин Сергеевич

6.

Вольтамперная характеристика
диода
6
Степанов Константин Сергеевич

7.

Стабилизатор напряжения на основе
стабилитрона
7
Степанов Константин Сергеевич

8. Стабилизатор напряжения на основе стабилитрона и ВАХ стабилитронов 1-КС133А, 2-КС156А,3-КС182Ж, 4-КС212Ж

Стабилизатор напряжения на основе
стабилитрона и ВАХ стабилитронов 1-КС133А, 2КС156А,3-КС182Ж, 4-КС212Ж
Степанов Константин Сергеевич

9.

Вольтамперные характеристики
1— КС133А, 2—КС156А, 3—КС182Ж, 4—КС212Ж
9
Степанов Константин Сергеевич

10.

Варикап: обозначение и его вах
Максимальная емкость варикапа
составляет 5—300 пФ
10
Степанов Константин Сергеевич

11.

Степанов Константин Сергеевич

12. ПРИМЕНЕНИЕ ДИОДОВ

• В электротехнике:
• 1) выпрямительные устройства,
• 2) защитные устройства.
Степанов Константин Сергеевич

13. СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Степанов Константин Сергеевич

14. Работа однополупериодного выпрямителя

Степанов Константин Сергеевич

15. Работа однополупериодного выпрямителя

• Напряжение на выходе выпрямителя
определяется по второму закону Кирхгофа:
• В виде мгновенного значения –
u (t) = u (t) - u (t),
• В виде среднего значения –
U = Um/π,
при игнорировании падения напряжения на
диодах в виду их малой величины.
нагр
входа
нагр
Степанов Константин Сергеевич
диода

16. СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

• Однофазный двухполупериодный выпрямитель
со средней точкой
Степанов Константин Сергеевич

17. Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Степанов Константин Сергеевич

18. Работа двухполупериодного выпрямителя

• В этой схеме напряжение на выходе
также определяется по второму закону
Кирхгофа:
• В виде мгновенного значения –
u (t)= u (t) - u (t),
• В виде действующего значения –
U = 2Um/π
нагр
входа
нагр
Степанов Константин Сергеевич
диода

19. СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Степанов Константин Сергеевич

20. Однофазный мостовой выпрямитель

Степанов Константин Сергеевич

21. Работа двухполупериодного мостового выпрямителя

• В этой схеме напряжение на выходе
определяется по второму закону Кирхгофа:
В виде мгновенного значения –
u (t)= u (t) - 2u (t),
В виде действующего значения –
U = 2Um/π,
при игнорировании падения напряжения на
диодах в виду их малой величины.
нагр
входа
нагр
Степанов Константин Сергеевич
диода

22. СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Степанов Константин Сергеевич

23.

Частота пульсаций
f1п = 3 fс
Степанов Константин Сергеевич

24. СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Степанов Константин Сергеевич

25. Трехфазная мостовая схема управления

• Постоянная составляющая в этой схеме
достаточно велика
m
, тогда Ud 0 =0,955Uл m ,
U 2 U Sin
d0
2
m
где: U2 – действующее значение линейного
напряжения на входе выпрямителя,
m – число фаз выпрямителя.
Uл m - амплитудное значение линейного
напряжения
Амплитуды пульсаций гармоник – малы,
а частота пульсаций их велика
Um1 = 0,055Uл m (частота f1п = 6 fс )
Um2 = 0,013Uл m (частота f2п = 12 fс )
Степанов Константин Сергеевич

26. СЕТЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ

• Емкостные (С – фильтры)
• Индуктивные (L – фильтры)
• LC - фильтры
Степанов Константин Сергеевич

27. Емкостной (С – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

28. Емкостной (С – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

29. Емкостной (С – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

30. Индуктивный (L – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

31. Индуктивный (L – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

32.

Степанов Константин Сергеевич

33.

Биполярные транзисторы
Биполярным транзистором
называется полупроводниковый
прибор с двумя p-n-переходами.
Он имеет трехслойную структуру
n-p-n или p-n-p-типа
33
Степанов Константин Сергеевич

34.

Структура и обозначение
биполярного транзистора
34
Степанов Константин Сергеевич

35. Структура биполярного транзистора

Степанов Константин Сергеевич

36. Структура биполярного транзистора

Степанов Константин Сергеевич

37.

Режимы работы транзистора
Различают следующие режимы транзистора:
1)режим отсечки токов (режим закрытого
транзистора), когда оба перехода смещены в
обратном направлении (закрыты); 2)режим
насыщения (режим открытого транзистора) ,
когда оба перехода смещены в прямом
направлении, токи в транзисторах максимальны и
не зависят от его параметров: 3)активный режим,
когда эмиттерный переход смещен в прямом
направлении, коллекторный — в обратном.
37
Степанов Константин Сергеевич

38. Схема с общей базой

Степанов Константин Сергеевич

39.

Схема с общей базой и её ВАХ
39
Степанов Константин Сергеевич

40. Схема с общим эмиттером (ОЭ)

Степанов Константин Сергеевич

41. Схема с общим коллектором (ОК)

Степанов Константин Сергеевич

42. Схема с ОЭ(а), её ВАХ и схема с ОК(б)

Степанов Константин Сергеевич

43. Характеристики и эквивалентные схемы транзисторов

Степанов Константин Сергеевич

44. Схема с общим эмиттером

Степанов Константин Сергеевич

45. Осциллограммы на входе и выходе усилителя с ОЭ

Степанов Константин Сергеевич

46. Схема с общим эмиттером

Степанов Константин Сергеевич

47.

Степанов Константин Сергеевич

48. Тиристоры

• Многослойные структуры с тремя p-nпереходами называют тиристорами.
• Тиристоры с двумя выводами
(двухэлектродные) называются
динисторами,
• с тремя (трехэлектродные) —
тринисторами.
Степанов Константин Сергеевич

49. Свойства тиристоров

• Основным свойством является
способность находиться в двух
состояниях устойчивого равновесия:
• максимально открытом, и
• максимально закрытом.
Степанов Константин Сергеевич

50. Свойства тиристоров

• Включать тиристоры можно
импульсами малой мощности по цепи
управления.
• Выключать – сменой полярности
напряжения силовой цепи или
уменьшением анодного тока до
значения ниже тока удержания.
Степанов Константин Сергеевич

51. Применение тиристоров

• По этой причине тиристоры относят к
классу переключающих
полупроводниковых приборов, главным
применением которых является
бесконтактная коммутация
электрических цепей.
Степанов Константин Сергеевич

52. Структура, обозначение и ВАХ динистора.

Степанов Константин Сергеевич

53.

• При прямом включении динистора источник
питания En смещает p-n-переходы П1 и П3 в
прямом направлении, а П2 — в обратном,
динистор находится в закрытом состоянии и
все приложенное к нему напряжение падает
на переходе П2. Ток прибора определяется
током утечки Iут, значение которого
находится в пределах от сотых долей
микроампера до нескольких микроампер
(участок ОА). Дифференциальное
u
сопротивление динистора Rдиф = l на участке
ОА положительно и достаточно велико. Его
значение может достигать нескольких сотен
мегаом. На участке АБ Rдиф <0 Условное
обозначение динистора показано на рис.б.
Степанов Константин Сергеевич

54. Структура тиристора

Степанов Константин Сергеевич

55. Обозначение тиристора

Степанов Константин Сергеевич

56.

Степанов Константин Сергеевич

57.

Степанов Константин Сергеевич

58.

Степанов Константин Сергеевич

59. Условия включения тиристора

• 1. Прямое напряжение на тиристоре
(анод + , катод -).
• 2. Импульс управления, открывающий
тиристор, должен быть достаточной
мощности.
• 3. Сопротивление нагрузки должно
быть меньше критического
• (Rкр = Uмакс/Iуд ).
Степанов Константин Сергеевич

60.

Полевые транзисторы
60
Степанов Константин Сергеевич

61. Полевые (униполярные) транзисторы

Степанов Константин Сергеевич

62. Полевой транзистор с изолированным затвором

Степанов Константин Сергеевич

63. ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ Подготовлено Степановым К.С.

Степанов Константин Сергеевич

64. ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ

• Воздействие причины на следствие,
вызвавшее эту причину, называется
обратной связью.
• Обратная связь, усиливающая
воздействие следствия, называется
положительной (ПОС).
• Обратная связь, ослабляющая
воздействие следствия, называется
отрицательной (ООС).
Степанов Константин Сергеевич

65. ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ структурная схема ОС

Степанов Константин Сергеевич

66. Последовательная ОС по току

Степанов Константин Сергеевич

67. Последовательная ОС по току

• Коэффициент передачи усилителя в
U вых
направлении стрелки
K
U вх
• Коэффициент передачи обратной
связи в направлении стрелки
U ос
U вых
Степанов Константин Сергеевич

68. Последовательная ОС по току

• β показывает какая часть выходного
напряжения передаётся на вход.
• Обычно
1
U вх U вх U ос U вх U вых
U вых KU вх K (U вх U вых )
Степанов Константин Сергеевич

69. Последовательная ОС по току

• Следовательно
• Тогда
K
K
1 K
U вых
K
K KK
U вх
U ос
U вых Z н
K
1
Zн
K
1 K
Степанов Константин Сергеевич

70. Последовательная ОС по току

• Входное сопротивление
• Так как в схеме
• Тогда
Z вх (1 K ) Z вх
U ос ( I вых I вх )
U вх U вх ( I вых I вх )
Z вх Z вх (1 K I )
Z вых (1 K в )
Z вых
Степанов Константин Сергеевич

71. Последовательная ОС по току

• Где KI - коэффициент усиления тока. Он
должен быть меньше нуля, т.е. усилитель
должен быть инвертирующий.
K в Zвх * Kв /( Rг Zвх )
• При ООС K в <0
• Применяется тогда, когда нужно иметь
большое Zвых . Тогда такой усилитель
эквивалентен генератору тока. При
глубокой ООС справедливо
>>Zвых
Z вых
Степанов Константин Сергеевич

72. Последовательная ОС по напряжению

Степанов Константин Сергеевич

73. Последовательная ОС по напряжению

Последовательная ОС
напряжению
по
• Увеличивает входное и уменьшает
выходное сопротивление
Z вых
Z вых
1 K в
Z вх
Rг Z вх
• где Кв – коэффициент передачи
усилителя в режиме холостого хода
• Эмиттерный повторитель – яркий
пример Последовательной ООС по
напряжению
Степанов Константин Сергеевич

74. Параллельная ООС по току

Параллельная
Степанов Константин Сергеевич
ООС по току

75. Параллельная ООС понапряжению

Степанов Константин Сергеевич

76. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Подготовлено Степановым К.С.

Степанов Константин Сергеевич

77. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

• Логические элементы — устройства,
предназначенные для обработки
информации в цифровой форме
(последовательности сигналов высокого —
«1» и низкого — «0» уровней в двоичной
логике, последовательность "0", "1" и "2" в
троичной логике, последовательности "0",
"1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8"и "9" в
Степанов Константин Сергеевич

78. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

• Физически, логические элементы
могут быть выполнены
механическими,
электромеханическими (на
электромагнитных реле),
электронными (на диодах и
транзисторах), пневматическими,
гидравлическими, оптическими и др.
Степанов Константин Сергеевич

79. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

• После доказательства в 1946 г. теоремы
Джона фон Неймана о экономичности
показательных позиционных систем
счисления стало известно о
преимуществах двоичной и троичной
систем счисления по сравнению с
десятичной системой счисления.
Степанов Константин Сергеевич

80. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

• Двоичность и троичность позволяет
значительно сократить количество
операций и элементов, выполняющих
эту обработку, по сравнению с
десятичными логическими элементами.
• Логические элементы выполняют
логическую функцию (операцию) с
входными сигналами (операндами,
данными).
Степанов Константин Сергеевич

81. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

• Логические операции с одним
операндом называются унарными, с
двумя — бинарными, с тремя —
тернарными (триарными,
тринарными) и т. д.
Степанов Константин Сергеевич

82. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

• Из возможных унарных операций с
унарным выходом интерес для
реализации представляют операции
отрицания и повторения, причём,
операция отрицания имеет большую
значимость, чем операция повторения,
так как повторитель может быть собран
из двух инверторов, а инвертор из
повторителей не собрать.
Степанов Константин Сергеевич

83. ИНВЕРТОР

1
Степанов Константин Сергеевич

84. Принципиальная схема инвертора

Степанов Константин Сергеевич

85. Уровни логических сигналов на выходе цифровых ТТЛ микросхем.

Степанов Константин Сергеевич

86. Уровни логических сигналов на входе цифровых ТТЛ микросхем.

Степанов Константин Сергеевич

87. Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ)

• Принципиальная схема типового
элемента ТТЛ микросхемы
Степанов Константин Сергеевич

88. Условно-графическое изображение элемента "2И-НЕ".

Условно-графическое
изображение элемента "2ИНЕ".
Степанов Константин Сергеевич

89. Таблица истинности схемы, "2И-НЕ"

Таблица истинности схемы,
"2И-НЕ"
• X1
• 0
• 0
• 1
• 1
Степанов Константин Сергеевич
Х2 F
0 1
1 1
0 1
1 0

90. Принципиальная схема ТТЛ микросхемы "2И-2ИЛИ-НЕ".

Принципиальная схема ТТЛ
микросхемы "2И-2ИЛИ-НЕ".
Степанов Константин Сергеевич

91. Условно-графическое обозначение элемента

"2И-2ИЛИ-НЕ"
Степанов Константин Сергеевич

92. Конъюнкция (логическое умножение). Операция 2И

A
Степанов Константин Сергеевич
0
1
0
1
B
0
0
1
1
f(AB)
0
0
0
1

93. Дизъюнкция (логическое сложение). Операция 2ИЛИ

A
Степанов Константин Сергеевич
0
1
0
1
B
0
0
1
1
f(AB)
0
1
1
1

94. Инверсия конъюнкции. Операция 2И-НЕ (штрих Шеффера)

A B f(AB)
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Степанов Константин Сергеевич

95. Инверсия дизъюнкции. Операция 2ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса)

A B f(AB)
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
Степанов Константин Сергеевич

96. Эквивалентность (равнозначность), 2ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ _ИЛИ-НЕ

A
0
0
1
1
Степанов Константин Сергеевич
B f(AB)
0 1
1 0
0 0
1 1

97. Мнемоническое правило

• Для эквивалентности с любым
количеством входов звучит так:
• На выходе будет:
• "1" тогда и только тогда, когда на входа
действует четное количество «1»,
• "0" тогда и только тогда, когда на входа
действует нечетное количество «1»,
Степанов Константин Сергеевич

98. Сложение по модулю 2 (2Исключающее_ИЛИ, неравнозначность). Инверсия равнозначности.

A
Степанов Константин Сергеевич
0
0
1
1
B
0
1
0
1
f(AB)
0
1
1
0

99. Мнемоническое правило

• Для суммы по модулю 2 с любым
количеством входов звучит так:
• На выходе будет:
• "1" тогда и только тогда, когда на входа
действует нечётное количество «1»,
• "0" тогда и только тогда, когда на входа
действует чётное количество «1»,
Степанов Константин Сергеевич

100.

Благодарю за внимание
Степанов Константин Сергеевич