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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.07.2024

Просмотров: 644

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.

При равенстве входных напряжений (E1=E2) выходное напряжение равно нулю, то есть для синфазного входного напряжения Uвых= 0. Схема подачи синфазного выходного сигнала Есинфпредставлена на рис. 8.19.

Видеале Есинфникак не влияет на выходное напряжение усилителя. В действительности же за счёт отличия Ксинфот нуля Uвыххотя и в очень незначительной степени отслеживает изменения Есинф. РезисторомRпобеспечивается балансировка схемы (установка нуля выходного напряжения при Есинф= 0). Благодаря тому, что

,

усилитель позволяет выделить слабый сигнал на фоне сильной помехи. Для этого необходимо сделать так, чтобы для дифференциального усилителя помеха была синфазным напряжением, а полезный сигнал – дифференциальным.

Схема синфазного сигнала (см. рис. 8.19) имеет два основных недостатка:

  • низкое входное сопротивление

  • трудность изменения коэффициента усиления, так как для этого надо одновременно изменять два сопротивления, которые должны быть точно согласованы.


Неинвертирующий сумматор

В схеме неинвертирующего сумматора (рис. 8.20) при выполнении условия:

выходное напряжение определяется следующим образом:

.

Если сопротивления в цепях одинаковы

Rос' = R1' = R2',

то выходное напряжение равно:

Uвых= U1+ U2.

При суммировании n входных сигналов с весовыми коэффициентами обязательно соблюдение условия:

,

где n - число входов.

Схема сложения-вычитания

Схема сложения-вычитания(рис. 8.21) представляет собой обобщение схемы усилителя с дифференциальным входом. Общее выражение для выходного напряжения схемы сложения вычитания очень громоздкое, рассмотрим условия необходимые для правильной работы этой схемы.

Эти условия сводятся к тому, чтобы сумма коэффициентов усиления инвертирующей части схемы была равна сумме коэффициентов усиления ее неинвертирующей части. То есть инвертирующий и неинвертирующий коэффициенты усиления должны быть сбалансированы.

Символически это можно выразить следующим образом:

,

где m - число инвертирующих входов, n - число неинвертирующих входов.

Отсюда имеем:

Интегратор

И

Рис. 8.22. Схема инвертирующего интегратора на ОУ с использование емкости

нтегратором называется электронный усилитель, выходной сигнал которого пропорционален интегралу по времени от его входного сигнала. Интегратор представляет собой линейную схему на ОУ, в цепи отрицательной обратной связи которой применен реактивный элемент (индуктивность или емкость). Для построения активного интегратора может использоваться как инвертирующее, так и неинвертирующее включение ОУ (рис. 8.22).

Если ОУ близок к идеальному, то есть полагать, что потенциалы его инверсного и прямого входов одинаковы, а входные токи равны нулю, тогда, как и для инвертирующего усилителя,


и ,

а ток через конденсатор и напряжение на нем связаны известным соотношением:

.

Подставляя в последнее выражение ток конденсатора, получим:

,

где знак «минус» отражает свойство схемы интегратора инвертировать фазу.

Дифференциатор

Простейший дифференциатор, выполненный на ОУ (рис. 8.23) является инвертирующим усилителем, во входную цепь которого включен конденсатор. Дифференциатор создает на выходе напряжение, пропорциональное скорости изменения входного.

При дифференцировании усилитель должен пропускать только переменную составляющую входного напряжения, и коэффициент усиления дифференцирующей схемы должен возрастать при увеличении скорости изменения входного сигнала.

Работу дифференциатора можно проанализировать так же, как интегратора. Но теперь уже , а. Поэтому, учитывая, что

,

получим

.

К сожалению, схема, представленная на рис. 8.23, неустойчива, в ней наблюдаются шумы высокой частоты. Для устранения этих недостатков схему усложняют, вводя в нее два резистора и, и конденсатор(рис. 8.24).

Логарифмический усилитель

Для получения логарифмической характеристики усилителя необходимо иметь устройство с логарифмической характеристикой и включать его в цепь обратной связи. Устройством, обладающим такой характеристикой, является полупроводниковый p-n-переход.


Ток через полупроводниковый диод равен:

, (8.1)

где I0 - тепловой обратный ток утечки диода, e – заряд электрона (1,6Кл), U – напряжение на диоде, k – постоянная Больцмана (1,38Дж/К), Т – абсолютная постоянная температура в Кельвинах.

При температуре 25 оС значение теплового потенциала φт составляет 26 мВ. Поэтому при U>>φтвыражение (8.1) можно упростить:

. (8.2)

Аналогично можно записать выражение для коллекторного тока транзистора с ОБ:

, (8.3)

где Uбэ - напряжение «эмиттер – база», Iэо - ток перехода «эмиттер – база» при небольшом обратном смещении.

Как диод, так и транзистор можно использовать для получения логарифмической зависимости (рис.8.25).

Ч

Рис.8.25. Схема логарифмического усилителя с диодом

тобы показать, каким образом диод в цепи ОС формирует логарифмическую характеристику решим уравнение (8.1) относительно напряжения на диоде (Uд), учитывая, что Uд = Uвых.

Из уравнения (8.2), получим:

,

откуда,

.

Так как

,

следовательно,

Рис. 8.26. Схема логарифмического усилителя с биполярным транзистором

;


.

Логарифмический усилитель имеет выходное напряжение только одной полярности, которая определяется направлением включения диода.

Для получения большого диапазона входного напряжения можно использовать в качестве логарифмического элемента в цепи ОС транзистор, включенный по схеме с ОБ (рис. 8.26). Так как Iк = -IR, решая уравнение (8.3) относительно Uбэ, получим:

.

Выходное напряжение схемы будет отрицательно при положительном выходном напряжении.

В схеме логарифмической зависимости напряжение Uбэ = F(Iк) используется для получения выходного напряжения, пропорционального логарифму положительного напряжения.

Для получения антилогарифмического (экспоненциального) усилителя в рассмотренных схемах полупроводниковый прибор и резистор необходимо поменять местами (рис. 8.27). Для этих схем иожно записать выражение для выходного напряжения:

Uвых = -R·I0·exp(Uвх / φт).