Электроника

п/п приборы.

п/пматериал, удельная провідність якого залежить від зовнішніх чинників -кол-ва домішок, температури, зовнішнього эл. поля, випромінювання, світло, деформация.

Переваги: выс. надійність, великий термін їхньої служби, економічність, дешевизна.

Недоліки: залежність від температури, чутливість до ионизирован излучению.

Основи зонної теорії проводимости.

Відповідно до квантової теорії будівлі речовини енергія електрона може приймати тільки дискретні значення енергії. Він рухається виключно за опред орбіті навколо ядра.

Не порушену стані при Т=0К, електрони рухаються по ближаишей до ядру орбіті. У твердому тілі атоми ближче друг до друга==> електронне хмару перекривається==> усунення енергетичних рівнів==> утворюються цілі зони уровней.

Е.

Разрешенная.

Заборонена зона.

d.

1)Разрешенная зона кт при Т=0К заповнена електронами зв — заполненной.

2)верхняя заповнена зона зв — валентной.

3)разрешенная зона при Т=0К де немає електронів зв — свободной.

4)свободная зона де можуть бути обурені електрони зв зоною эквивалентности.

Провідність залежить від ширини забороненої зони між валентної зоною — та зоною проводимости.

(Е=Епр-Ев.

Ширина забороненої зони не більше 0,1~3,0 еВ (електрон вольт) й у п/п.

Найбільшого поширення набула мають П/П.

Кремній, Німеччин, Селен і др.

Розглянемо кристал «Ge».

При Т=0К.

При Т>0К електрони (зарядq)отрываются утворюють вільні заряди ==> з його місці утворюється дірка (заряд +q) це і називається процесом термогенерации.

Зворотний процес зв — рекомбинацией.

n — електронна проводимость.

p — дырочная проводимость.

? — тривалість життя носія заряду (е).

Висновок: в такий спосіб nроводимость в чистому П/П обгрунтована вільними електронами чи дырками.

?=?n+?p=q?n?n+q?p?p.

де: ?-концентрация.

?-рухливість =?/Е.

Власна провідність залежить від t?

П/П прилади з урахуванням власної проводимости.

Залежність власної провідності від зовнішніх чинників широко исполь-ся у низці корисних П/П приборов.

1)Терморезисторы (R залежить від t?).

Температурний коэффициент:

ТКС>0 у П/П.

ТКС.

Застосовують в пристроях авт-ки як вимірювального перетворювача t? (датчики).

2)Варисторы (R залежить від зовнішнього ел. Поля).

ВАХ I=f (u).

Прим-ют для защиты.

терристоров от.

перенапряжения.

3)Фотосопротивление — R залежить від світлового потока.

застосовують у сигналізації, фотоаппаратуре.

4)Тензорезисторы — R залежить від механич деформаций.

застосовують для виміру деформацій різних конструкцій (датчики тиску — сильфоны).

Примесная провідність п/п.

Це провідність обусловленна примесями:

— внедрения.

— замещения.

Роль домішок можуть грати порушення кристалической решетки.

— Якщо впровадити у кристал Ge елемент I групи сурму Sb, тоді одне із 5 валентных електронів Sb виявиться вільним, тоді утворюється ел. провідність, а домішка називається донорной.

— Якщо впровадити елемент III групи індій I тоді 1 ковалентная зв’язок залишиться залишиться вільної =>

Утворюється легко переміщувана дірка (дырочная провідність), домішка називають акцепторной.

Основним носієм заряду зв. Ті кт в п/п >

П/п з дырочной провідністю зв. п/п -p типу, і з электоронной провідністю — n типа.

Руху носіїв заряду тобто. струм обумовлюється 2 причинами: 1) зовнішнє полі - струм зв. дрейфовым. 2) разнасть концентрацій — струм зв. диффузионным.

У п/п є 4 складові тока:

i=(in)Д+(ip)Д+(in)Е+(ip)E.

Д-диффузионный Е-дрейфовый.

Електричні переходы.

Називають граничний прошарок поміж 2-ми областями тіла фізичні св-ва кт. различны.

Розрізняють: p-n, p-p+, n-n+, м-п/п, q-м, q-п/п переходи прим. У п/п приладах (м-метал прим. в термопарах).

Электронно-дырочный p-n переход.

Робота всіх діодів, біполярних транзисторів полягає в p-n переходе.

Розглянемо шар 2х Ge з різними типами проводимости.

р

n.

Зазвичай переходи виготовляють несемметричными pp>>

Якщо pp>> nn то p-область эмитерная, nобластьбаза.

У момент після сполуки кристалів через градієнта концентрації виникає дифузний струм соновных носителей.

На кордоні основних носіїв почнуть рекомбинировать, цим оголюватися нерухомі іони примесей.

Граничний шар. Буде обеднятся носіями заряду => виникне внутрішнє U. Це U перешкоджатиме диффузионному току і він падати. З іншого боку наявність внутрішнього поля обумовить поява дрейфого струму неосновних носіїв. Зрештою дифузний струм стане = дрейфовому току і сумарний струм через перехід буде = 0.

U контакта?? тln ((Pp0)/(np0)).

?т?25мB температурний потенціал при 300 К.

Uк=0,6−0,7 В Si;0,3−0,4 В Ge.

Розрізняють 3 режиму роботи p-n перехода:

1)Равновесный (зовнішнє полі отсутствует).

2) Прямосмещенный p-n переход.

Через війну Uвнпадает =>виникає диф. струм электорнов I=I0 eU/m?т.

m? 1 Ge.

2 Si I0 теплової ток.

I обумовлений основними носіями зарядів. Крім нього струм неосновних носіїв буде скеровано зустрічно.: I= I0(eU/m?т-1).

3)Обратно усунутий p-n перехід Iобумовлений струмами неосновних носіїв I=- I0.

ВАХ p-n перехода.

Ємності p-n переходов.

Розрізняють: -барьерную, -диффузионную.

Бар'єрна має місце при зворотному зміщення p-n переходу. Замикаючий шар постає як діелектрик =>конденсатор e=f (U) Ця ємність використана в варикапах.

З ?1/?U.

Дифузний струм має місце з прямою зміщення p-n переходу Cд=dQизб/dU.

Реальні ВАХ p-n переходов.

Відрізняються від ідеальних слід. образом:1)Температурная зависимость.

2) Обмеження струму з допомогою внутрішнього R базы.

3)Пробой p-n переходу :1-лавинный, 2- тунельний, 3- теплової (1,2- обратимые;3-необратимый) I0? 10 I0.

П/п диоды.

Прилад з 1 м p-n переходом і 2мя выходами.

Кваліфікують за технологією, — за конструкцією, — по функціональному назначению:

— выпрямительные, А + К.

— ВЧ диоды,.

стабилитроны,.

— варикапы,.

— светодиды,.

— фотодиоды,.

— тунельные,.

— обращенный.

Маркування по справочнику.

1)Выпрямит. діоди — призначені для випрямлення ~ I в =.

Основні параметры.

Iср.прсередній прямой, Uпр, Uобр., P-мощность, Iпр.имп.

2)Вч діоди виконуються зазвичай по точкової технологии.

Cд-емкость, Iпр. имп, Uпр. ср, t встановлення, t востановления,.

3)Диод Шотки — діод з урахуванням переходу метал ->п/п, швидкодіючий. Uпр.=0,5 В, ВАХ не відрізняється від експоненти буде в діапазоні струмів до 1010.

4)Стабилитрон — це параметричний стабілізатор напруги, стабілізує напруга від одиниці до сотень вольт. Uст — зворотна гілка ВАХ; пробою лавинный.

ВАХ.

r=?U/?I.

ніж < тим лучше>

Д814Д => U=12 У Rбал.=(E-Uст.)/(Iст.+Iн.).

Кст.=(?Е/Е)/(?U/Uн) ТКН — температупный коефіцієнт U=(?U/U)/ ?t?0,0001%.

5)Стабистор — призначений щоб одержати малих стабільних напряжений.

у яких ісп. пряма гілка ВАХ.

КС07А U=0,7B.

6) Варикап -параметрическая ємність, вкл. у протилежному зміщення. Примітка : — в системах авто -підстроювання частоти в телерадіо і т.д.;-получение кутовий модуляции (угловой чи фазовой).

7)Тунельный діод ВАХ має ділянку «-» R.

Примітка: Для отримання високочастотних коливань (генератор); порогові утройсва — тригеры Шмита.

8) Звернений діод — це різновид тунельного — у ньому «-» R, — у роботі використовують зворотний гілка ВАХ.

Біполярні транзисторы.

П/п прилад з 2-мя і більше переходами і з 3-мя і більше выводами.

Розрізняють транзистори проводимости:

n-p-n, p-n-p.

Режими роботи БТ.

1.)Отсечка — обидва переходу закриті, назад смещены.

2.)Насыщения — обидва переходу зміщено прямо.

3.)Активный режим — эммитеры прямо, колектор обратно.

4)Активно інверсний — эммитеры назад, колектор прямо.

Активний режим. Фізика работы.

Iк=?Iэ+Iко Iко-обратный струм колектора, ?-коефіцієнт передачі струму эмитера.

Схеми включення транзисторов.

1)Схема із загальною базой.

Iвх-Iэ.

Iвых-Iк.

Uвх-Uэб.

Uвых-Uкб.

2)Схема із загальним эмитером.

3) Схема із загальним колектором.

Кожна схема характеризується сімействами вхідних і вихідних статичних ВАХ.

Iвх=f (Uвх)? Uвых-const.

Iвых=f (Uвых)? Iвх-const.

ВАХ транзисторов.

1)ОЭ.

Iк=?Iб +(Uкэ/r*к)+I*к0 ?-коефіцієнт передачі Iб.

?=?/1-?

2)ОБ.

Iк=?Iэ+I к0+(Uкб/rк) r*к=(rк/1+?) I*к0=I к0(1+?).

Малосигнальная еквівалентна схема заміщення транзистора.

1)ОЭ.

rк?100 Ом rэ=dUбэ/dIб? Uкconst.

rэ=2??/Iэ0 =(Si)?50мВ/ Iэ0.

r*к=dUкэ/dIк? Iбconst ?100кОм.

Ск*=Ск (1+?)? 5−15мкФ.

2)ОБ.

rэ=dUбэ/dIэ? Uкconst.

r*к=dUкб/dIк? Iэconst.

Частотні властивості транзистора.

Залежать від ємностей транзистора, межэлектородных ємностей, і південь від коефіцієнтів? і ?

fср=fср?/? — для ?

h -параметри транзистора.

?U1=h11?I1+h12 ?U2.

?I2=h21?I1+h22 ?U2.

h11= ?U1/ ?I1 ??U2=0 — вхідний сигнал.

h12= ?U1/ ?U2 ?=?=0 — коэф. обр. отриц. внутр.связи.

??I1=0.

h21= ?I2/ ?I1? ?U2=0 — коэф посилення I.

h22= ?I2/ ?U2 ?=1/rк вихідна проводимость.

??I1=0.

Зв’язок h-параметров зі своїми параметрами транзистора.

ОБ.

ОЭ.

h11.

rэ+rб (1-?).

rб+rэ (1+?).

h12.

h21.

h22.

1/rк.

1/rк*=(1+ ?)/rк.

Польові транзистори (ПТ).

У ПТ використовується носій заряду одного типу. Робота ПТ полягає в управлінні R каналу ПТ поперечним електричним полем.

ПТ з: p-n переходом.

МДМ чи МОП.

«+" — дуже прості, висока технологічність, велике Rвх., мала стоимость.

«-"-мала крутизна.

ПТ з p-n переходом.

Структура і работа.

ВАХ: выходная.

rc=?Ucч/?Ic.

Uзи=const (отсечки).

?10−100кОм.

Стокозатворная характеристика.

крутизна:

S=(dIc/dUзи).

Uc=const.

(МДП)-транзисторы-МОП.

МОП: -з встроенным.

— з индуцируемым.

Структура і работа.

Робота полягає в явище зміни провідності при поверхневому шарі напівпровідника за українсько-словацьким кордоном з діелектриком під впливом електричного поля.

ВАХ:

стокзатворная ізольований канал.

Вмонтований канал.

cтокзатворная.

rк=1/s «+"високе Rвх 1012…14 Ом, високі допустимі напряжения.

Применение:цифровая схемотехника, аналогові ключі, входные-выходные каскади підсилювачів потужності, керовані R.

Терристор

П/п прилад з 3-мя і більше p-n переходами, застосовується для перемикання струмів. Розрізняють 2-х электродные — динистор і 3-х электродные — тринистор.

Динистор: структура і работа.

Якщо докласти «+» до аноду то П1-П3 зміщуються прямо ->їх R мало, П2 зміщується назад. Принаймні зростання Uлк ширина П2 збільшується ->і з Uак створюється U пробою ->динистор відкривається. Після пробою П2 його R різко падає, і зовнішнє Uак перерозподіляється на П1и П3 ->різко зростає напруга, ->I теж зростає ->виникає «+» зворотний. Чим більший відкривається П2, то більше вписувалося відпирається П1 і П3, тем більше I.

Струм через динистор, коли він відкритий, обмежується зовнішніми элементами.

ВАХ.

Якщо U на динисторе =0 тоді струм визначається ставленням E/Rн.

Застосування: можна побудувати генератор.

Тринистор:

Один із баз має зовнішній висновокуправляючий электрод.

Подаючи струм через базу можна збільшувати струм через перехід П3 і создовать умови для раннього відмикання тринистора -> I управл. может управляти моментом отпирания.

Застосовують: керовані выпрямители, перетворювачі частоти, инверторы.

Пр.

Симисторы.

Елементи оптоэлектороники.

Світловий промінь ж виконує функцію ел. сигналу =>

«+» — немає впливу електромагнітних помех.

— повна ел. развязка.

— широкий диапозон частот.

— узгодження цепей.

«-» не можна світло перетворити на механічне движения.

Основний елемент — оптрон -> пара з фотонної связью.

ІВ — джерело світла, ФП — фотоприемник.

Як ІВ: лампи розжарювання, лазеры.

Як ФП: фото діоди, транзистори, резисторы.

Светодиод.

В.П прилад з однією p-n переходом світіння якого викликається рекомбинацией носія заряду з прямою смещении.

Уяскравість (канд/м2).

«+» — Широкий лінійний участок.

Фотодиод.

В.П прилад з однією p-n переходом ВАХ якого змінюється під впливом світлового потоку. Висвітлення п/п збільшує концентрацію неосновних носіїв заряда, увеличивает зворотний ток.

Розрізняють 2 режиму работы:

а)генераторный.

б)фотодиодный.

Iф-фототок Iобщ=Iф-Iт (e-U/m?T-1).

Фототранзистор.

Можуть працювати з заданим зміщенням і з плаваючою робочої точкой.

Робота: світло потрапляє у базу, утворюються электрончики які зменшують бар'єр эмитерного переходу і збільшують дифузний струм транзистора.

ВАХ.

Електронні усилители.

Це найпоширеніші влаштування у електротехніці. Загалом сенсі підсилювач є перетворювач енергії джерела харчування в енергію сигналу навантаження, під впливом вхідного управляючого сигналу, яка має значно менше енергії. Матеріальною моделлю підсилювача є його диференціальний уравнение.

Усилитель-нелинейный елемент однак у лінійних підсилювачах нелінійний мала і тому нелинейные диференціальні рівняння линеаризируют =>одержуючи комплексний коефіцієнт передачі усилителя:

К (j?)=?Uвх (j?)/?Uвх (j?).

АЧХ-?К (j?)? ФЧХ-argК (j?).

Модель усилителя:

e=KххU1.

1)Kхх-комплексное число усиления.

К0 модуль коефіцієнта усиления.

2)Zвхопір U1/I1.

3)Zвыхопір Uxх/Iкз.

Класификация.

1) По вхідному і вихідному сигналу (I, U, P).

2) За родом своєї сигнала: переменные, постійні, импульсные.

3) За принципом зв’язок між каскадами: с емкостной, трансформаторній, оптичної і др.

Спотворення підсилюючих устройств.

Важливими показниками підсилювачів є точність вопроизведения не вдома вхідного сигналу. Будь-яке відхилення є спотворенням Uвых=kUвх.

Спотворення бувають лінійні нелинейные і перехідні. Лінійні виникають через частотною залежності Кусил.

Частотные.

Мн=К0/Кн Мн (Дб)=20lg (К0/Кн) Мв= К0/Кв.

Фазові искажения.

Поява додаткового фазового зсуву між Uвх і Uвых.

Перехідні спотворення вважають всяке на відміну від перехідною характеристики h (1) усилительного устрою від функції одиничного скачка.

Нелинейные спотворення пояснюються наявністю нелінійних элементов (все п/п елементи, котушки, конденсаторы).

Через війну спектр вихідного сигналу збагачується вищими гармоніками і виходять нелинейные искажения.

Розглянемо амплитудную характеристику усилителя.

1)Коэфициент нелінійного спотворення (КНИ).

N.

? U2mn.

Кни=?

n=2.

N.

? U2mn.

n=1.

2)Коэффициент гармонійних искажений.

N.

? U2mn.

Кги=?

n=2.

U2m1.

Кг=Um3/Um1.

3)Шумы підсилювача, дрейф нуля.(шумы теплові, дротовые, фригерные).

Зворотний зв’язок підсилюючих устройств.

Сучасні підсилювачі мають значними разбросами параметрів, нелинейностью, температурної нестабильностью. Наиболее ефективний засіб зменшення цих факторів є запровадження глибокої негативною зворотний зв’язок (вхідний напруга формується, як результат вирахування вхідного напруження і частини вихідного сигналу, причому так щоб звести відмінності до мінімуму). Тим самим було компесируется вплив всіх згаданих чинників що призводять до відмінності від вхідного сигналу: частотні перекручування та нестабільність параметрів усиления.

Розрізняють зворотний зв’язок по постояному і перемінному току, позитивні і отрицательные.

Різновиду ОС.

ОС розрізняють за способом отримання сигнала:

1)ОС по напряжению.

2)ОС по току.

3)Комбинированные.

По способу запровадження сигналу ОС.

1)Последовательная ОС.

2)Паралельная ОС.

3) Комбинированные.

Вплив ОС на ті характеристики усилителей.

?=U1/ec?U2=0.

?=U1/U2? ec =0 U2=KU1.

Koc=U2/ ec =KU1/ ec.

U1= ec? +?U2= ec? +?KU1.

U1=(ec? /1-K?).

Koc=(K? /1-K?)=K? /F=K? /(1-T).

Fглибина ОС (?F?1 — OОС).

Tпетлевое посилення (по зашморгу ОС).

ООС підсилювача зменшує До в F (глубину) раз.

ООС підсилювача зменшує нестабільність параметрів підсилювача в F (глубину) раз.

ООС підсилювача зменшує частотні і фазові спотворення в F (глубину) раз.

Кос=(-?К/1+K?)= -?/((1/k)+?)?-?/? (бо в вході «-»).

?=R2/(R1+R2) ?= R1/(R1+R2) Kос= -(R2/R1).

Нелинейные спотворення підсилювача зменшуються в F (глубину) раз.

Кгn.оос=Кгn/Fn.

Вплив ООС на вхідний опір усилителя.

Якщо ООС последовательная, то Rвхос=Rвх (1+Кхх?)+R??RвхF.

Rвх збільшується завглибшки раз.

Якщо ООС паралельна то Rвхос? Rвх??(R?/F)? R?/F.

Rвх зменшується завглибшки раз.

Вплив ООС на вихідний сопротивление.

Якщо ООС за напругою то Rвыхос =Rвых/F.

Якщо ООС по току Rвыхос =Rвых+RосF.

Основні функционыльные елементи УУ.

1)Элементы завдання режиму спокою. Педназначены для завдання робочої точки. Робоча точка характеризується: робітниками струмами і напряжениями.

Iб, Uбэ, Uкэ, Iко.

Як елементів зазвичай використовуються резисторы, рідше діоди, стабилитроны, ИП.

2)Элементы стабілізації режиму покоя.

Запровадження послідовної ООС по току.

Uвх=Uбэ+Uэ.

Uбэ=Uвх-Uэ.

Uэ=Uос.

Запровадження паралельної ООС по напряжению.

3)Элементы зв’язку УУ.

— Гальванічна -ЕмкостнаяИндуктивная.

— Оптическая.

Вибір режиму роботи транзистора в УУ та її работа.

С1-разделительный.

R1 R2-базовый делитель (для завдання U на базе).

Uэ-Uос (для термостабилизации).

Сэ-для усунення ОС по? I.

Rк-для зняття вых U.

Характеристики RC цепей.

Дифференцирующая ланцюг Интегрируюшая цепь.

К (j?)=U2(j?)/U1(j?).

АЧХ=?К (j?)? ?Z?=?(a2+b2).

ФЧХ=argК (j?) argZ=arctg (b/a).

Xc=1/ j? c.

K (j?)=Z2/(Z1+Z2)=R/(R+(1/ j? c))=Rj?C/(Rj?c+1)=.

+=??/j??+1=? К (j?)?= ??/?1+(??)2.

argК (j?)=arctg?= arctg (j?)= ?/2- arctg (??).

АЧХ.

1 1.

ФЧХ -?/2.

?/2.

Интегрирующая.

К (j?)=Z2/(Z1+Z2)=(1/j?c)/(R+1/(j?c)=1/(Rj?c+1)=.

=1/(j? ?+1).

К (j?)=1/?(1+(? ?)2).

arctg K (j?)=arctg0-arctg? ?= - arctg? ?