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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.07.2024

Просмотров: 585

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.

Р

Рис. 6.20. Входная характеристика транзистора

азрешенная область надежной работы транзистора (рис. 6.21) ограничивается максимально допустимыми током коллектора (Iк max), напряжением (Uкэ max) и рассеиваемой мощностью (Pк max). Режим транзистора по постоянному току выбирают так, чтобы под действием максимального входного сигнала ни один из этих параметров не был превышен даже на короткое время.

Линия нагрузки (рис. 6.21) ограничивается точками 1 и 2. За пределами участка 1 – 2 процесс усиления сопровождается значительными нелинейными искажениями. Выше точки 1 наступает насыщение транзистора, и он перестает управляться током базы. Ниже точки 2 транзистор оказывается в режиме отсечки, т.е. также перестает управляться.


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

Ранее было показано, что изменение температуры вызывает изменение параметров транзистора, в результате чего изменяются его характеристики. Таким образом, при изменении температуры изменяется положение рабочей точки покоя относительно ее первоначального положения, а следовательно, изменяется режим работы транзистора.

Большие изменения тока коллектора покоя могут привести к существенным нелинейным искажениям. Поэтому в практических схемах применяются меры для стабилизации режима покоя.

Н

Рис. 6.22. Каскад с цепью параллельной ООС

по напряжению

аиболее широко применяются ООС по постоянному току или напряжению. Схема с ООС по напряжению или схема с коллекторной температурной стабилизацией (рис. 6.22) отличается от схемы с фиксированным током базы тем, что резисторRбподключен к коллектору транзистора с напряжениемUкэ =Uкэп, а не к источнику питания. Поэтому сопротивлениеRбопределяется по формуле:

Rб.

Стабилизация режима покоя происходит следующим образом: при повышении температуры увеличиваются токи IбпиIкп, что приводит к изменению потенциала коллектора

Uкэп = Ек – (Iбп +Iкп)Rк,

а следовательно, и тока базы, и тока коллектора:

Iбп=;Iкп = βIбп.

Схема коллекторной температурной стабилизации проста, но имеет ограниченное применение из-за следующего недостатка. Наличие нежелательной ООС по переменному току через резистор Rб, уменьшает входное сопротивление и коэффициент усиления, поэтому эффективность стабилизации будет тем выше, чем больше сопротивлениеRк, а это требует увеличения напряжения источника питания (Ек).

Более эффективной является схема усилительного каскада с ООС по постоянному току (схема с эмиттерной температурной стабилизацией), которая сохраняет работоспособность при колебаниях температуры на (70...100) С (рис. 6.23).


С

Рис. 6.23. Каскад с цепью последовательной ООС по току

табилизация режима по току происходит следующим образом. При увеличении температуры, постоянная составляющая коллекторного тока возрастает. Так какIэ =Iк/ α, то увеличение токаIk приведет к увеличению тока эмиттера (Iэ) и падения напряжения на резисторе (Rэ). В результате, напряжениеUбэуменьшится, что приведет к уменьшению тока базы (Iб), а следовательно, и тока коллектора (Iк). Для устранения ООС по переменному току резисторRэшунтирует конденсатором Сэ, сопротивление которого на частоте сигнала должно быть много меньше сопротивленияRэ.

Сопротивление резисторов R1,R2 иRэобычно рассчитывают в следующей последовательности:

  1. определяют сопротивление резистора

Rэ = (0,1...0,3);

  1. затем, задаваясь значением тока делителя Iд= (2...5)Iбп, определяют сопротивления резисторов:

; .

Уравнение нагрузочной прямой в этом случае имеет вид:

.

При жестких требованиях к температурной стабильности каскадов усиления применяют ООС как по напряжению, так и по току (комбинированную ОС).

6.5.3. Работа каскада с оэ по переменному току

Рассмотрим работу каскада по переменному току в режиме холостого хода, т.е. Rн = ∞.Напряжение синусоидального входного сигнала (рис. 6.23) подают на участок «база – эмиттер» транзистора, через разделительный конденсатор Ср1, что создает пульсацию тока базы относительно постоянной составляющейIбп. Изменение тока базы вызывает соответствующее изменение тока коллектора (Iк), протекающего по сопротивлению нагрузкиRк(iк~ = β·iб~ ). Переменная составляющая тока коллектора (Iк~) создает на сопротивленииRк усиленное по амплитуде напряжение, при этом появляется на выходеcхемы напряжениеUкэ~ =Uвых.

Увеличение входного напряжения вызывает увеличение тока базы (Iб), увеличение тока коллектора (Iк) и уменьшение напряженияUкэ, т.е. каскад с ОЭ осуществляет инверсию напряжения, выходной сигнал находится в противофазе к входному. Это обусловлено подключением нагрузкиRнпараллельно транзистору, на сопротивленииRксигнал синфазен входному. Несмотря на сдвиг фаз между выходным (Uвых) и входным (Uвх) напряжениями, в рабочем диапазоне частот не возникает фазовых искажений, так как все гармоники сдвигаются на 180º и форма выходного сигнала соответствует входному.


Процесс усиления сигнала можно пояснить графически с помощью входных и выходных статических характеристик транзистора (рис. 6.24)

Подключим к выходу цепи усилителя сопротивление внешней нагрузкиRн (см. рис. 6.23). Переменная составляющая тока коллектора (Iк~) делится в этом случае на две составляющие: ток через сопротивление (Rк), который далее замыкается через источник питанияEк, и ток нагрузки (Iвых).

Сопротивления RкиRндля переменного тока включены параллельно, так как внутреннее сопротивление источника питания по переменному току можно считать равным нулю. Поэтому

Uкэ~=Iк~=Iк~·Rн.

Линия нагрузки по переменному току идет круче (см. рис. 6.24), так как сопротивление выходной цепи транзистора уменьшилось, и проходит через точку покоя под углом ψ = arctgRн.

В режиме усиления малых сигналов (в каскадах предварительного усиления) расчет основных динамических параметров можно производить аналитически. В этом случае составляют эквивалентную схему усилительного каскада по переменному току (рис. 6.25).

П

Рис. 6.25. Эквивалентная схема замещения усилителя с ОЭ

по переменному току

о схеме замещения (рис. 6.25) определяются основные параметры каскада по переменному току:

; ;

;


6.5.4. Каскад с ок

В усилительном каскаде с ОК (рис. 6.26) входной сигнал поступает на базу транзистора по отношению к общей точке, с которым через малое сопротивление источника питания Eкпо переменному току соединен коллектор. Выходной сигнал снимается с эмиттера и через разделительный конденсаторCр2подается в нагрузку. В схеме действует 100 %-я ООС по напряжению.

Т

Рис. 6.26. Усилительный каскад с ОК

ранзистор каскада работает в активном режиме. СопротивленияR1,R2иRэзадают режим покоя каскада. Кроме того, резисторRэявляется сопротивлением нагрузки транзистора по постоянному току. Сопротивление нагрузки каскада по переменному току определяется из соотношения:

Rк~ =Rэ·Rн/ (Rэ+Rн).

В отличие от схемы с ОЭ входное и выходное напряжения каскада с ОК совпадают по фазе, при подаче входного сигнала базовый ток увеличивается, вызывая возрастание эмиттерного тока. Это приводит к увеличению падения напряжения на сопротивлении Rэи, следовательно, на сопротивлении нагрузкиRн.

Из схемы (см. рис. 6.26) видно, что

Uвх=Uбэ+Uвых,

так как Rн~ много больше сопротивления эмиттерного перехода (Uвых>>Uбэ). ПоэтомуKu=Uвых/Uвхблизок к единице, однако меньше ее. Таким образом, в схеме с ОК выходной сигнал повторяет входной по уровню напряжения и по фазе. Поэтому схема с ОК называется «эмиттерный повторитель». Эта схема не обеспечивает усиления по напряжению, но имеет достаточно высокий коэффициент усиления по току и, следовательно, по мощности.

С

Рис. 6.27. Схема замещения каскада с ОК

помощью схемы замещения каскада с ОК (рис. 6.27) довольно просто получить основные параметры усилителя:

;

;

;

;