Файл: Учебнометодический комплекс по дисциплине электрооборудование фармацевтического производства для специальности 5В074800 Технология фармацевтического производства.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.01.2024

Просмотров: 214

Скачиваний: 1

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

СОДЕРЖАНИЕ

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Караганда

Тема 7 Импульсные и цифровые устройства Импульсная техника – раздел электроники, предметом которого является разработка теоретических основ, практических методов и технических средств генерирования, преобразования и измерения параметров электрических импульсов, а также исследование импульсных процессов в электрических цепях. Наиболее часто в импульсных электронных устройствах используются импульсы прямоугольной (рис. 34,а), трапецеидальной (рис. 34,б), треугольной (рисунок 34,в) и экспоненциальной (рис. 34,г) формы. Импульсы, формы которых приведены на рис. 34,а…г, являются идеализированными. Форма реальных импульсов не является геометрически правильной из-за нелинейности характеристик полупроводниковых приборов и влияния реактивных сопротивлений в схемах. Поэтому реальные прямоугольные импульсы, наиболее часто используемые в практических импульсных схемах, имеют форму, приведенную на рис. 34,д.Участки быстрого нарастания и спада напряжения или тока называются фронтом и срезом импульса, а интервал, на котором напряжение или ток изменяются сравнительно медленно,- вершиной импульса.Активные длительности фронта τфа и среза τса определяются между уровнями 0,1Um и 0,9Um, где Um – амплитуда импульса. Активная длительность вершины τа оценивается на уровне 0,5Um. Импульс, показанный на рис. 34,д, имеет обратный выброс с амплитудой Um обр. Кроме того, на его вершину наложены затухающие синусоидальные колебания, который, как правило, возникают из-за наличия в схеме паразитных колебательных цепей, образованных распределенными индуктивностями и емкостями. Рисунок 34Упрощенная форма реального прямоугольного импульса показана на рис. 34,е. Спрямленные отрезки ab, bc, cd отображают соответственно фронт, вершину и срез импульса, а отрезки de и ef – нарастание и спад обратного импульса. Скорость нарастания напряжения или тока на рис. 34,е характеризуется крутизной фронта импульса, а убывание напряжения или тока на вершине относительным снижением.Одним из важнейших показателей импульсных сигналов является длительность импульсов. Помимо указанного параметра τа, определяющего активную длительность вершины на уровне 0,5Um, длительность импульса характеризует время tи, определяемое либо на уровне 0,1Um, либо по основанию импульса (рис. 34,е).К основным параметрам импульсов относится период повторения импульсов Т – интервал времени между началом двух соседних однополярных импульсов. Величину, обратную периоду повторения, называют частотой следования импульсов ν. Часть периода Т занимает пауза tп – отрезок времени между окончанием и началом двух соседних импульсов tп = T – tи.Отношение длительности импульса к периоду повторения называется коэффициентом заполненияВеличина, обратная коэффициенту заполнения, называется скважностью импульсовКачество работы импульсных устройств во многом определяется временем восстановления импульса tвос (рис. 34,е). Чем меньше tвос, тем надежнее работает схема, тем выше ее быстродействие.Мультивибраторы. Одним из наиболее распространенных генераторов импульсов прямоугольной формы является мультивибратор, представляющий собой двухкаскадный резистивный усилитель с глубокой положительной обратной связью. Одна из наиболее простых и типичных схем мультивибратора приведена на рис. 35. Элементы схемы подобраны так, чтобы обеспечить идентичность каждого из усилительных каскадов, собранных на однотипных транзисторах VТ1, VT2. При R1 = R4, R2 = R3, C1 = C2 и одинаковых параметрах транзистора мультивибратор называется симметричным. Рисунок 35На рис. 36 приведены временные диаграммы токов, протекающих в транзисторах, и напряжений на коллекторах и базах транзисторов. Исходный момент t0 соответствует тому случаю, когда транзистор VT1 заперт, а транзистор VT2 открыт. Моменты t1, t2, t3 соответствуют переключению схемы. Рисунок 36Базовые логические элементы. Применение двоичной системы счисления в цифровой электронике обеспечивает более высокую скорость выполнения операций и более высокую надежность электронной аппаратуры, т.к. элементной базой для ее построения служат элементы с двумя устойчивыми состояниями. Для описания алгоритмов работы цифровых устройств используется соответствующий математический аппарат, получивший название булевой алгебры или алгебры логики. Каждую конкретную комбинацию значений аргументов называют набором. При n аргументах существует 2n наборов. Для краткости набор записывается в виде двоичного числа, цифрами которого являются значения переменных, расположенных в определенном порядке. Двоичное число, представляющее набор, называется номером набора и обозначается α.. При n аргументах совокупность всех значений функции на 2n наборах содержит 2n нулей и единиц. Каждой функции соответствует своя комбинация этих 2n значений. Общее количество всех возможных функций n аргументов определяется числом .Логические функции одной переменной приведены в таблице 1,Таблица 1

Тематика рефератов:



Электроны, инжектированные в базу, создают в ней вблизи р-n-перехода неравновесную концентрацию носителей, которая нарушает электронейтральность области базы. Для сохранения электронейтральности из внешней цепи от источника питания Uэб дырки через вывод базы устремляются к эмиттерному переходу, Электроны, подошедшие к обратносмещенному коллекторному переходу, попадают в ускоряющее поле Uкб, экстрагируют (втягиваются) в коллектор, создавая ток коллектора Iкn, а подошедшие дырки отталкиваются полем коллекторного перехода и возвращаются к базовому выводу. Таким образом, выходная цепь (коллектор-база) оказывается замкнутой и в ней протекает ток Iк.

Кроме управляемого тока коллектора в транзисторе протекает обратный неуправляемый ток Iкбо.

Токи в биполярном транзисторе. В соответствии с рисунком 3 ток эмиттера Iэ имеет две составляющие – электронную Iэn и дырочную Iэр:

. (29)

Обратный ток коллектора в цепи базы противоположен току рекомбинации:

. (30)

Ток коллектора имеет две составляющие – управляемый ток Iкупр и обратный ток Iкбо:

. (31)

Окончательно

. (32)

Рисунок 20
Полевые транзисторы. Полевым транзистором называется трехэлектродный полупроводниковый прибор, в котором электрический ток создается основными носителями заряда под действием продольного электрического поля, а модуляция тока осуществляется поперечным электрическим полем, создаваемым напряжением на управляющем электроде. Полевые транзисторы бывают двух разновидностей: с управляющим р-n переходом и с изолированным затвором (МДП- или МОП-транзисторы).

Область полупроводника, по которой проходит управляемый ток основных носителей, называется
каналом. Электрод, от которого начинают движение основные носители заряда в канале, называется истоком. Электрод, являющийся приемником движущихся основных носителей, называется стоком. Электрод, используемый для управления величиной поперечного сечения канала, называется затвором.

Структура полевого транзистора с управляющим р-n переходом и с каналом n-типа представлена на рис. 21,а.

Полевой транзистор с управляющим р-n переходом представляет собой транзистор, затвор которого отделен от канала р-n переходом. Полевой транзистор состоит из пластины полупроводникового материала, которая может служить каналом и с торцов которой расположены два омических контакта (исток и сток). Канал может иметь электропроводность как n-, так и р-типа. В связи с этим полевые транзисторы с управляющим р-n переходом бывают с n- и р-каналами (рис. 21,б, в).

Рисунок 21

Напряжение источника питания Uси прикладывается к промежутку сток-исток таким образом, чтобы поток основных носителей двигался от истока к стоку. К промежутку затвор-исток прикладывается напряжение Uзи, запирающее управляющий р-n переход транзистора. При изменении обратного напряжения на р-n переходе изменяется площадь поперечного сечения канала и его сопротивление, а значит, и величина тока, протекающего через канал. Управление толщиной канала осуществляется напряжением Uзи, т.е. электрическим полем, возникающем в запирающем слое (без инжекции носителей). Поэтому такие транзисторы называются полевыми.

Характерное отличие полевых транзисторов с изолированным затвором состоит в том, что у них между металлическим затвором и областью полупроводника находится слой диэлектрика. В этом качестве чаще используется диоксид кремния. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором называются также МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) или МОП (металл-оксид-полупроводник).

Существуют два типа МДП-транзисторов: с индуцированным и встроенным каналами.

Упрощенная структура МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа показана на рис. 22,а.

Основой транзистора является подложка, в качестве которой используется кремниевая пластинка с проводимостью n- или р-типа с относительно высоким удельным сопротивлением. На поверхности подложки создаются две сильнолегированные области, не имеющие между собой соединения, с противоположным относительно подложки типом проводимости. На этих областях осаждают внешние омические контакты, служащие истоком и стоком. Оставшаяся поверхность пластинки покрывается слоем диэлектрика, на который между истоком и стоком наносится металлический электрод, выполняющий роль затвора.



Рисунок 22
При подаче на затвор положительного относительно истока напряжения электрическое поле затвора через диэлектрик проникает на некоторую глубину в приконтактный слой полупроводника, выталкивая из него вглубь полупроводника основные носители заряда и притягивая электроны к поверхности. При малых напряжениях Uзи у поверхности полупроводника под затвором возникает обедненный основными носителями заряда слой и область объемного заряда, состоящего из ионизированных примесных атомов. При увеличении положительного напряжения на затворе в приконтактном поверхностном слое полупроводника происходит смена электропроводности (рис. 22,б) – образуется тонкий инверсный слой (канал), соединяющий сток с истоком. На рис. 22,в и 22,г приведены условные обозначения транзисторов соответственно с n- и р-каналами.

Полевые транзисторы со встроенным каналом. На стадии изготовления транзисторов между областями стока и истока создается тонкий слой (канал) с таким же типом электропроводности, что и области под выводами стока и истока (рис. 23,а). Условное обозначение транзисторов приведено на рис. 23,б и 23,в.

Рисунок 23
При нулевом напряжении на затворе и наличии внешнего напряжения между стоком и истоком протекает ток стока. Отрицательное напряжение, приложенное к затвору относительно истока и подложки, будет выталкивать электроны из канала, а в канал втягивать дырки из подложки; канал обедняется носителями. Толщина канала и его электропроводность уменьшается, что приводит к уменьшению тока стока. При некотором отрицательном напряжении на затворе (напряжение отсечки Uзи отс) происходит инверсия типа электропроводности канала. Области истока и стока оказываются разделенными областью p-полупроводника. Увеличение положительного напряжения на затворе МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа вызывает приток электронов в канал подложки. Канал расширяется, обогащаясь носителями, сопротивление его уменьшается, а ток стока возрастает.

Основная литература: [2, 5, 6]

Дополнительная литература: [8]

Тема 5 Усилители


Основные характеристики и параметры усилителя.

Усилителем называется устройство, предназначенное для усиления входных электрических сигналов по напряжению, току или мощности за счет преобразования энергии источника питания в энергию выходного сигнала. Усилитель включает в себя нелинейный элемент Y, управляемый входным электрическим сигналом Uвх, источник питания Uп и нагрузочное устройство с сопротивлением Zн (рис. 24).

Рисунок 24
Входной сигнал Uвх управляет параметрами нелинейного элемента. Усилитель может иметь один или два входа. Обычно один из входов является прямым, а второй – инверсным.

Классификация усилителей проводится по многим признакам:

по виду усиливаемого сигнала – усилители гармонических и импульсных сигналов;

по типу усиливаемого сигнала – усилители напряжения, тока и мощности;

по диапазону усиливаемых частот – усилители постоянного и переменного тока. В свою очередь усилители переменного тока в зависимости от диапазона усиливаемых частот делятся на усилители низкой частоты (УНЧ), высокой частоты (УВЧ), широкополосные и избирательные усилители (обеспечивают усиление в узком диапазоне частот);

по структуре - однокаскадные и многокаскадные с гальванической, емкостной и индуктивной связями;

в зависимости от режима работы – усилители с линейным режимом работы и усилители с нелинейным режимом работы.

Основные параметры усилителей представляют количественную оценку их работы.

Коэффициентом усиления (коэффициентом передачи) называется отношение выходного сигнала к входному. Обычно он определяется в установившемся режиме при гармоническом входном сигнале. В зависимости от характера входной и выходной величин различают:

- коэффициент усиления по напряжению KU = Uвых/Uвх;

- коэффициент усиления по току KI = Iвых/Iвх;

- коэффициент усиления по мощности КР = Рвых/Рвх.

Входное и выходное сопротивления.
Усилитель можно представить в виде активного четырехполюсника, одна из возможных эквивалентных схем которого представлена на рис. 25.

Выходная мощность характеризуется номинальной мощностью, развиваемой усилителем в нагрузке. Это мощность на выходе усилителя при работе на расчетную нагрузку и заданном коэффициенте гармоник или нелинейных искажений:

, (33)

где Um вых – амплитудное значение выходного напряжения.

Коэффициент полезного действия представляет собой отношение выходной мощности, отдаваемой усилителем в нагрузку, к общей мощности, потребляемой от источника питания:

. (34)

Чувствительность (номинальное входное напряжение) – напряжение, которое нужно подвести к входу усилителя, чтобы получить на выходе заданную мощность. Чем она меньше, тем выше чувствительность усилителя. Минимально допустимое напряжение ограничивается уровнем собственных шумов усилителя, на фоне которых нельзя выделить полезный сигнал.

Максимально допустимое входное напряжение усилителя ограничено искажением формы сигнала за счет работы усилителя на нелинейных участках ВАХ транзистора.

Динамический диапазон – отношение наибольшего допустимого значения входного напряжения к наименьшему:

. (35)


Рисунок 25
Диапазон усиливаемых частот (полоса пропускания) – разность граничных частот Δf = fв – fн, в которой коэффициент усиления изменяется по определенному закону с заданной точностью; допустимые изменения коэффициента усиления в полосе пропускания не превышают 3 дБ.

Искажения сигнала, т.е. отклонение формы выходного сигнала от формы входного, бывают линейными и нелинейными.

Усилительный каскад по схеме с ОЭ

Принципиальная схема каскада приведена на рисунке 26,а, а временная диаграмма его работы – на рисунке 26,б. Конденсаторы Ср разделяют переменную и постоянную составляющие входного и выходного сигналов.

Смотрите также файлы