Файл: С.Н. Гринфельд Физические основы электроники уч. пособие.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.07.2024

Просмотров: 595

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

С.Н. Гринфельд физические основы электроники

1. Электропроводность полупроводников

1.1. Строение и энергетические свойства кристаллов твердых тел

1.2. Электропроводность собственных полупроводников

1.3. Электропроводность примесных полупроводников

1.4. Дрейфовый и диффузионный токи в полупроводниках

2. Электронно-дырочный переход

2.1. Электронно-дырочный переход при отсутствии внешнего напряжения

2.2. Электронно-дырочный переход при прямом напряжении

2.3. Электронно-дырочный переход при обратном напряжении

2.4. Вольт-амперная характеристика электронно- дырочного перехода. Пробой и емкость p-n-перехода

3.1. Общие характеристики диодов

3.2. Виды диодов

4. Полупроводниковые транзисторы

4.1. Биполярные транзисторы

4.1.1. Общая характеристика

4.1.2. Принцип действия транзистора

4.1.3. Схемы включения транзисторов

4.1.5. Влияние температуры на статические характеристики бт

4.16. Составной транзистор

4.2. Полевые транзисторы

4.2.1. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом Структура и принцип действия пт

Характеристики птуп

Параметры птуп

Эквивалентная схема птуп

Схемы включения полевого транзистора

Температурная зависимость параметров птуп

4.2.2. Полевые транзисторы с изолированным затвором

Структуры пт с изолированным затвором

Статические характеристики мдп-транзистора с индуцированным каналом

Статическая характеристика передачи (или сток – затвор)

Статические характеристики мдп-транзистора со встроенным каналом

Максимально допустимые параметры полевых транзисторов

5. Тиристоры

5.1. Классификация тиристоров

5.2. Диодные тиристоры (динисторы)

5.3. Триодные тиристоры

5.4. Симметричные тиристоры (симисторы)

5.5. Зависимость работы тиристора от температуры

6. Усилители

6.1. Классификация, основные характеристики и параметры усилителей

6.2. Искажения в усилителях

6.3. Обратные связи в усилителях

6.3.1. Виды обратных связей

6.3.2. Влияние последовательной отрицательной ос по напряжению на входное и выходное сопротивления усилителя

6.3.3. Влияние отрицательной ос на нелинейные искажения и помехи

6.3.4. Влияние отрицательной ос на частотные искажения

6.3.5. Паразитные ос и способы их устранения

6.4. Усилители низкой частоты

6.5. Каскады предварительного усиления

6.5.1. Каскад с оэ

6 Рис. 6.21. График разрешенной области надежной работы транзистора.5.2. Стабилизация режима покоя каскада с оэ

6.5.3. Работа каскада с оэ по переменному току

6.5.4. Каскад с ок

6.5.5. Усилительный каскад на полевом транзисторе

6.5.6. Схема с ос (истоковый повторитель)

7. Усилители постоянного тока

7.1. Определение усилителя постоянного тока. Дрейф нуля

7.2. Однотактные усилители прямого усиления

7.3. Дифференциальные усилители

7.3.1. Схема дифференциального каскада и ее работа при подаче дифференциального и синфазного входных сигналов

7.3.2. Схемы включения дифференциального усилителя

7.3.3. Коэффициент ослабления синфазного сигнала

7.3.4. Разновидности дифференциальных усилителей

8. Определение и основные характеристики операционных услителей

8.1. Устройство операционных усилителей

8.2. Характеристики операционных усилителей

Усилительные характеристики

Дрейфовые характеристики

Входные характеристики

Выходные характеристики

Энергетические характеристики

Частотные характеристики

Скоростные характеристики

8.3. Классификация оу

8.4. Применение операционных усилителей

Неинвертирующий усилитель на оу

Повторитель напряжения

И Рис. 8.12. Схема инвертирующего усилителянвертирующий усилитель

Инвертирующий сумматор

У Рис. 8.14. Схема усредняющего усилителясредняющий усилитель

Внешняя компенсация сдвига

Дифференциальный усилитель

Неинвертирующий сумматор

Интегратор

Дифференциатор

Логарифмический усилитель

Усилители переменного напряжения

9. Устройства сравнения аналоговых сигналов

9.1. Компараторы

9.2. Мультивибратор

10. Микроэлектроника

10.1. Основные определения

10.2. Типы Интегральных схем

10.2.1. Классификация ис

10.2.2. Полупроводниковые ис

10.2.3. Гибридные ис

10.3. Особенности интегральных схем как нового типа электронных приборов

ЛабораторНые рабоТы Лабораторная работа 1 исследование статистических характеристик биполярного транзистора

О Рис. 1. Схема исследования характеристик транзистора по схеме с оЭписание лабораторной установки

Порядок выполнения работ

Лабораторная работа 2 исследование однокаскадного усилителя с общим эмиттером

Описание лабораторной установки

Порядок выполнения работы

Лабораторная работа 3 дифференциального усилителя постоянного тока

Описание лабораторной установки

Порядок выполнения работы

Контрольная работа

Задание

Последовательность расчета усилителя

Последовательность Расчета усилителя в области низких частот

Экзаменационные вопросы

Литература

Содержание

Софья наумовна гринфельд физические основы электроники Учебное пособие

681013, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27.

Неинвертирующий усилитель на оу

В неинвертирующем усилителе (рис. 8.10) коэффициент усиления всей схемы по напряжению может быть жестко задан с помощью сопротивлений R1и Rос. В данной схеме входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ. Усилитель содержит последовательную отрицательную обратную связь по напряжению, создаваемую на резисторе R1и поданную на инвертирующий вход. Схема обладает высоким полным входным сопротивлением.

Выражение для коэффициента усиления этой схемы можно получить, используя условие равенства напряжений на входах ОУ и считая ОУ идеальным. Тогда

Рис. 8.11. Повторитель напряжения

,

отсюда коэффициент усиления схемы равен:

.

Повторитель напряжения

Если в неинвертирующем усилителе положить R1 равным бесконечности (R1 = ∞), а Rос равным нулю (Rос= 0), то мы придём к схеме, изображённой на рис. 8.11.

Согласно принятым допущениям, напряжение на инвертирующем входе ОУ должно равняться входному напряжению (Uвх). Но, с другой стороны, неинвертирующий вход соединен с выходом схемы. Следовательно,Uвых =Uвх, то есть выходное напряжениеповторяетвходное напряжение.

Такая схема повторителя напряжения используется в качестве усилителя с большим значением входного сопротивления, обеспечивая развязку предыдущего каскада от нагрузочного влияния следующих за ним каскадов.

И Рис. 8.12. Схема инвертирующего усилителянвертирующий усилитель

В инвертирующем усилителе (рис. 8.12) входной и выходной сигналы сдвинуты по фазе на 180°. Изменение знака выходного сигнала относительно входного создается введением по инвертирующему входу ОУ с помощью резистора Rоспараллельной обратной связи по напряжению. Неинвертирующий вход связан с общей точкой (заземляется). Входной сигнал подается через резистор R1на инвертирующий вход ОУ.

Так как неинвертирующий вход ОУ заземлен и разность напряжений между входами U0 = 0, то инвертирующий вход тоже имеет нулевой потенциал относительно земли. Поэтому Iвх = Uвх/ R1. Так как входы ОУ не потребляют тока, то


Iос = Iвх = Uвх / R1.

Выходное напряжение, то есть напряжение на выходном выводе относительно общей шины, можно найти как падение напряжения от тока Iосна резисторе Rос, т.е.

Uвых= -RосIос= -UвхRос/ R1.

Отсюда коэффициент усиления инвертирующего усилителя равен:

Ku инв= Uвых / Uвх = -Rос / R1.

Таким образом, коэффициент усиления инвертирующего каскада ОУ зависит только от параметров внешней цепи и не зависит от коэффициента усиления самого ОУ. Обычно R1 выбирается так, чтобы не нагружать источник напряжения (Uвх), а Rос должно быть достаточно большим, чтобы чрезмерно не нагружать операционный усилитель.

Если выбрать Rос= R1, когда Кuос= -1, то схема (см. рис. 8.12) получит свойства инвертирующего повторителя напряжения.

Поскольку U0→ 0, входное сопротивление схемы Rвх= R1, выходное сопротивление усилителя равно:

Rвых= (Rвыхоу(1 + Rос / R1)) / Кu,оу.

При коэффициенте усиления ОУ, стремящемся к бесконечности (Кu,оу→ ∞) выходное сопротивление стремится к нулю (Rвых→ 0).

Инвертирующий сумматор

В схеме трехвходового сумматора (рис. 8.13) потенциал суммирующей точки (точка А) равен потенциалу земли. Поэтому:

; ;.

В

Рис. 8.13. Инвертирующий сумматор

се эти токи проходят через Rос, т.е.

IC = I1 + I2 + I3.

Это значит, что I1, I2, I3не влияют друг на друга. Следовательно, и входные напряжения Евх1, Евх2, Евх3не взаимодействуют друг с другом.

По аналогии с инвертирующим усилителем :

.

Или учитывая, что Rос = R, имеем:

.


Если в схеме (см. рис. 8.13) требуется просуммировать только два входных сигнала (Евх1, Евх2), третий вход можно просто заземлить.

Для n входов выходное напряжение равно:

Uвых= -(Eвх1+Eвх2+ …+Eвхn ),

где n - число входов.

Суммирующие схемы могут работать как при постоянных, так и при переменных напряжениях. В случае необходимости суммирования входных сигналов с разными весовыми коэффициентами целесообразно использовать схему рис. 8.14. Выходное напряжение сумматора определяется аналогично:

.


У Рис. 8.14. Схема усредняющего усилителясредняющий усилитель

Усредняющий усилитель дает на выходе напряжение, пропорциональное среднему значению всех входных напряжений. В качестве такого усилителя может быть использован сумматор (см. рис. 8.13), если взять Rос = R / 3. В этом случае

.

Внешняя компенсация сдвига

Некоторые усилители имеют встроенные регулировочные элементы для устранения сдвига. В усилителях, которые не имеют внутренних средств, для устранения сдвига нуля (Uсдв), приходится добавлять внешнюю резисторную цепь для компенсации напряжения сдвига.

В схеме (рис. 8.15, а), хотя Iсми невелик, но он все же существует и, если даже Uсдвравно нулю, Iсм, протекая через параллельное соединение сопротивлений R1и Rос, вызовет появление на выходе напряжения:

Uсдв.вых(Iсм) = Iсм(R1|| Rос).

Поскольку ток смещения (Iсм2) неинвертирующего входа (рис. 8.15, б) приблизительно равен току смещения, протекающему через инвертирующий вход (Iсм1), то, подключив в цепь неинвертирующего входа сопротивление Rк = R1|| Rос, получим напряжение, возникающее на Rк, приблизительно равное напряжению смещения по инвертирующему входу от Iсм1.

Для компенсации Uсдв, вызванного небалансом Uбэ, следует установить делитель, с помощью которого можно было бы компенсировать даже Uсдв.max, не изменяя коэффициент передачи цепи обратной связи.

В схеме (рис. 8.16) установки нуля напряжения сдвига (потенциометр Rп)

R3+ R2= Rк.

Это условие компенсации напряжения сдвига выхода, вызванного токами смещения. Сопротивление R4выбирается так, чтобы параллельное соединение R3и R4, было примерно равно R3. Это означает, что R3выбирается малым, а R4– большим. Диапазон регулировки напряжения сдвига приблизительно равен ± U R3/R4, так как R4>>R3. Потенциометр Rпдолжен иметь достаточно большое сопротивление, чтобы не нагружать источник питания, но вместе с тем, ток через потенциометр должен быть, по крайней мере, в 20 – 40 раз больше Iсм, так как R3и R4образуют делитель напряжения.


К

Рис. 8.17. Схема компенсации напряжения Uсдв

в неинвертирующем усилителе

омпенсация Uсдвв неинвертирующем усилителе осуществляется аналогично, однако делитель напряжения устанавливается в цепи ОС, так что очень важно, чтобы R4было много больше R3(рис. 8.17).

Заметим, что R1= R3+ R5. Эта сумма используется в выражении для определения коэффициента усиления усилителя с ОС. Сопротивления Rпи R4выбираются точно так же, как и для инвертирующего усилителя.

Дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель (рис. 8.18) дает возможность измерять и усиливать слабые сигналы. Все применяемые резисторы прецизионные (с допуском не более 1 %).

Так как дифференциальный усилитель - линейный элемент, то при определении его параметров справедлив принцип наложения. Положим, что источник напряжения Е2замкнут накоротко. Для источника Е1схема является инвертирующим усилителем с коэффициентом усиления -R2/R1, т.е.

.

Если закорочен источник Е2, то напряжение Е1делится резисторами R3и R4. Напряжение на неинвертирующем входе равно:

,

а выходное напряжение

.

П

Рис. 8.18. Схема дифференциального

усилителя

ри наличии обоих источников напряжения (Е1 0, Е2 0) выходное напряжение равно:

.

При выполнении условия:

,

выходное напряжение дифференциального усилителя пропорционально разности напряжений, приложенных к инвертирующему и неинвертирующему входам:

.