Файл: Electron_SE.pdf

Þ.Ï.  Êîëîíòàºâñüêèé,  À.Ã.  Ñîñêîâ

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ

³

̲ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

Çà ðåäàêö³ºþ

äîêòîðà òåõí³÷íèõ íàóê, ïðîôåñîðà

À.Ã. Ñîñêîâà

Çàòâåðäæåíî

̳í³ñòåðñòâîì  îñâ³òè  ³  íàóêè  Óêðà¿íè

ÿê  ï³äðó÷íèê

äëÿ  ñòóäåíò³â  âèùèõ  íàâ÷àëüíèõ  çàêëàä³â

Äðóãå âèäàííÿ

Êè¿â  «Êàðàâåëà»  2009

ÓÄÊ 621.38(075.8)

ÁÁÊ 31.2

Ê45

Ðåöåíçåíòè:

Æåìåðîâ Ã.Ã.,

äîêòîð òåõí³÷íèõ íàóê, ïðîôåñîð êàôåäðè

ïðîìèñëîâî¿ ³ á³îìåäè÷íî¿ åëåêòðîí³êè

Íàö³îíàëüíîãî òåõí³÷íîãî óí³âåðñèòåòó «Õàðê³âñüêèé ïîë³òåõí³÷íèé ³íñòèòóò»;

Êîíîíîâ Á.Ò.,

çàñëóæåíèé ä³ÿ÷ íàóêè ³ òåõí³êè Óêðà¿íè, äîêòîð òåõí³÷íèõ íàóê,

ïðîôåñîð êàôåäðè åëåêòðîïîñòà÷àííÿ

Õàðê³âñüêîãî â³éñüêîâîãî óí³âåðñèòåòó.

Ê45 Êîëîíòàºâñüêèé Þ.Ï., Ñîñêîâ À.Ã.

Åëåêòðîí³êà ³ ì³êðîñõåìîòåõí³êà: Ï³äðó÷íèê. 2-å âèä. / Çà ðåä. À.Ã. Ñîñêî-

âà. – Ê.: Êàðàâåëà, 2009. – 416 ñ.

ISBN 966-8019-38-5

Ðîçãëÿíóòî ïðèíöèï ä³¿, õàðàêòåðèñòèêè, ïàðàìåòðè òà îáëàñò³ çàñòîñó-

âàííÿ åëåêòðîííèõ íàï³âïðîâ³äíèêîâèõ ïðèëàä³â; ïîáóäîâó òà ðîáîòó ïðè-

ñòðî¿â ³íôîðìàö³éíî¿ åëåêòðîí³êè: ï³äñèëþâà÷³â íàïðóãè çì³ííîãî òà ïî-

ñò³éíîãî ñòðóì³â, ³ìïóëüñíèõ ³ öèôðîâèõ ïðèñòðî¿â, âèêîíàíèõ íà îñíîâ³

äèñêðåòíèõ åëåìåíò³â òà ³íòåãðàëüíèõ ì³êðîñõåì; ïðèñòðî¿â åíåðãåòè÷íî¿

åëåêòðîí³êè: âåíòèëüíèõ âåäåíèõ ìåðåæåþ òà àâòîíîìíèõ ïåðåòâîðþâà÷³â;

íàâåäåíî ìåòîäèêè ðîçðàõóíêó îñíîâíèõ âóçë³â åëåêòðîííèõ ïðèñòðî¿â.

Äëÿ ñòóäåíò³â, ÿê³ íàâ÷àþòüñÿ çà íàïðÿìêàìè «Åëåêòðîìåõàí³êà» òà

«Åëåêòðîòåõí³êà». Ìîæå áóòè êîðèñíèì íåñïåö³àë³ñòàì ó ãàëóç³ åëåêòðî-

í³êè äëÿ ñàìîîñâ³òè.

ÓÄÊ 621.38(075.8)

ÁÁÊ 31.2

  © Êîëîíòàºâñüêèé Þ.Ï., Ñîñêîâ À.Ã., 2009

ISBN 966-8019-38-5

  © Âèäàâíèöòâî «Êàðàâåëà», 2009

Çàòâåðäæåíî Ì³í³ñòåðñòâîì îñâ³òè ³ íàóêè Óêðà¿íè

ÿê ï³äðó÷íèê äëÿ ñòóäåíò³â âèùèõ íàâ÷àëüíèõ çàêëàä³â,

ÿê³ íàâ÷àþòüñÿ çà íàïðÿìêàìè

«Åëåêòðîìåõàí³êà» òà «Åëåêòðîòåõí³êà»

(ëèñò ¹ 14/18.2-2321 â³ä 22.01.2004)

3

Çì³ñò

ÏÅÐÅÄÌÎÂÀ ........................................................................................................ 9

ÂÑÒÓÏ ................................................................................................................ 10
ÐÎÇIJˠ1. Ô²ÇÈ×Ͳ ÎÑÍÎÂÈ ÐÎÁÎÒÈ ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊÎÂÈÕ

ÏÐÈËÀIJ ........................................................................................ 17

1.1. Íàï³âïðîâ³äíèêè. Çàãàëüí³ â³äîìîñò³ .......................................................... 17

1.2. Ô³çè÷í³ îñíîâè ðîáîòè åëåêòðîííî-ä³ðêîâîãî ïåðåõîäó (p-n ïåðåõîäó) ..... 20

Êîíòðîëüí³ çàïèòàííÿ ......................................................................................... 23
ÐÎÇIJˠ2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ

ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ ........................................................................ 24

2.1. Êëàñèô³êàö³ÿ íàï³âïðîâ³äíèêîâèõ ïðèëàä³â ................................................ 24

2.2. Íàï³âïðîâ³äíèêîâ³ ðåçèñòîðè ...................................................................... 24

2.3. Íàï³âïðîâ³äíèêîâ³ ä³îäè ............................................................................... 25

2.4. Á³ïîëÿðí³ òðàíçèñòîðè ................................................................................. 31

2.4.1. Ïîáóäîâà òà ïðèíöèï ä³¿ òðàíçèñòîðà ................................................ 31

2.4.2. Îñíîâí³ ñõåìè âìèêàííÿ ³ ñòàòè÷í³ õàðàêòåðèñòèêè

á³ïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà ................................................................... 34

2.4.3. Á³ïîëÿðíèé òðàíçèñòîð ÿê àêòèâíèé ÷îòèðèïîëþñíèê

(h-ïàðàìåòðè)...................................................................................... 39

2.4.4. Îñíîâí³ ðåæèìè ðîáîòè á³ïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà .......................... 41

2.4.5. Ñêëàäåí³ òðàíçèñòîðè .......................................................................... 44

2.4.6. Îäíîïåðåõ³äíèé òðàíçèñòîð ............................................................... 46

2.5. Óí³ïîëÿðí³ (ïîëüîâ³) òðàíçèñòîðè ............................................................... 47

2.5.1. Çàãàëüí³ â³äîìîñò³ ............................................................................... 47

2.5.2. Ïîëüîâ³ òðàíçèñòîðè ç êåðóþ÷èì p-n ïåðåõîäîì............................. 47

2.5.3. Ñ²Ò-òðàíçèñòîðè .................................................................................. 51

2.5.4. Ïîëüîâ³ òðàíçèñòîðè ç ³çîëüîâàíèì çàòâîðîì (ÌÄÍ-òðàíçèñòîðè) ... 52

2.5.5. Á³ïîëÿðí³ òðàíçèñòîðè ç ³çîëüîâàíèì çàòâîðîì (ÁÒ²Ç) .................... 54

2.6. Ïåðåìèêàþ÷³ íàï³âïðîâ³äíèêîâ³ ïðèëàäè (òèðèñòîðè) .............................. 56

2.6.1. Äèí³ñòîðè ............................................................................................ 57

2.6.2. Òðèí³ñòîð (êåðîâàíèé ä³îä) ................................................................ 59

2.6.3. Ñïåö³àëüí³ òèïè òèðèñòîð³â (ñèì³ñòîð, ôîòîòèðèñòîð,

äâîîïåðàö³éíèé òèðèñòîð, îïòðîííèé òèðèñòîð)............................. 63

2.6.4. Åëåêòðîñòàòè÷í³ òèðèñòîðè ................................................................ 65

2.6.5. Çàï³ðíèé òèðèñòîð ç ÌÎÍ-êåðóâàííÿì ............................................ 66

4

2.7. ²íòåãðàëüí³ ì³êðîñõåìè ................................................................................ 66

2.7.1. Çàãàëüí³ â³äîìîñò³................................................................................ 66

2.7.2. Ã³áðèäí³ ²ÌÑ ....................................................................................... 67

2.7.3. Íàï³âïðîâ³äíèêîâ³ ²ÌÑ ....................................................................... 69

2.7.4. Ïðèçíà÷åííÿ ³ ïàðàìåòðè ²ÌÑ ........................................................... 69

2.8. Ñó÷àñíèé ñòàí ³ òåíäåíö³¿ ðîçâèòêó êåðîâàíèõ ñèëîâèõ

íàï³âïðîâ³äíèêîâèõ ïðèëàä³â ....................................................................... 72

Êîíòðîëüí³ çàïèòàííÿ ......................................................................................... 81
ÐÎÇIJˠ3. Ï²ÄÑÈËÞÂÀײ ÅËÅÊÒÐÈ×ÍÈÕ ÑÈÃÍÀ˲Â.

ϲÄÑÈËÞÂÀײ ÍÀÏÐÓÃÈ Ç̲ÍÍÎÃΠÑÒÐÓÌÓ ........................ 83

3.1. Çàãàëüí³ â³äîìîñò³ ïðî ï³äñèëþâà÷³ òà ¿õ êëàñèô³êàö³ÿ ............................... 83

3.2. Îñíîâí³ ïàðàìåòðè ³ õàðàêòåðèñòèêè ï³äñèëþâà÷³â ................................... 85

3.3. Ïðèíöèïè ïîáóäîâè ï³äñèëþâà÷³â .............................................................. 87

3.4. Îñíîâí³ ðåæèìè (êëàñè) ðîáîòè ï³äñèëþâà÷³â ........................................... 89

3.5. Êîëà çì³ùåííÿ ï³äñèëþþ÷èõ êàñêàä³â ......................................................... 90

3.6. Òåìïåðàòóðíà ñòàá³ë³çàö³ÿ ï³äñèëþâà÷³â ...................................................... 92

3.7. Êàñêàäè ïîïåðåäíüîãî ï³äñèëåííÿ ................................................................ 94

3.7.1. Êàñêàä ïîïåðåäíüîãî ï³äñèëåííÿ íà á³ïîëÿðíîìó òðàíçèñòîð³ ç ÑÅ ... 94

3.7.2. Ï³äñèëþþ÷èé êàñêàä ç ÑÊ (åì³òåðíèé ïîâòîðþâà÷) ............................ 99

3.7.3. Ï³äñèëþþ÷èé êàñêàä ç ÑÁ................................................................... 101

3.8. Êàñêàäè ïîïåðåäíüîãî ï³äñèëåííÿ íà ïîëüîâèõ òðàíçèñòîðàõ .................. 103

3.8.1. Ï³äñèëþþ÷èé êàñêàä ç ÑÂ................................................................. 103

3.8.2. Ï³äñèëþþ÷èé êàñêàä ç ÑÑ................................................................. 105

3.8.3. Çâîðîòí³ çâ’ÿçêè ó ï³äñèëþâà÷àõ ...................................................... 107

3.9. Áàãàòîêàñêàäí³ ï³äñèëþâà÷³ ....................................................................... 111

3.9.1. Áàãàòîêàñêàäí³ ï³äñèëþâà÷³ ç ðåçèñòèâíî-ºìí³ñíèìè

ì³æêàñêàäíèìè çâ’ÿçêàìè ................................................................ 111

3.9.2. Áàãàòîêàñêàäí³ ï³äñèëþâà÷³ ç òðàíñôîðìàòîðíèìè çâ’ÿçêàìè ....... 114

3.9.3. Áåçòðàíñôîðìàòîðí³ âèõ³äí³ êàñêàäè ï³äñèëåííÿ ............................ 118

3.9.4. Âèá³ðêîâ³ ï³äñèëþâà÷³ ....................................................................... 120

Êîíòðîëüí³ çàïèòàííÿ ....................................................................................... 122
ÐÎÇIJˠ4. Ï²ÄÑÈËÞÂÀײ ÏÎÑÒ²ÉÍÎÃΠÑÒÐÓÌÓ ..................................... 123

4.1. Çàãàëüí³ â³äîìîñò³ ...................................................................................... 123

4.2. Ï³äñèëþâà÷ ïðÿìîãî ï³äñèëåííÿ ............................................................... 124

4.3. Áàëàíñí³ ÏÏÑ .............................................................................................. 126

4.4. Äèôåðåíö³éíèé ÏÏÑ ................................................................................. 128

4.5. Ï³äñèëþâà÷³ ç ïîäâ³éíèì ïåðåòâîðåííÿì ................................................. 129

5

4.6. Îïåðàö³éí³ ï³äñèëþâà÷³ ............................................................................. 129

4.6.1. Çàãàëüí³ â³äîìîñò³ ............................................................................. 129

4.6.2. ²íâåðòóþ÷èé ï³äñèëþâà÷ .................................................................. 136

4.6.3. Íå³íâåðòóþ÷èé ï³äñèëþâà÷ .............................................................. 138

4.6.4. Ïåðåòâîðþâà÷ ñòðóìó ó íàïðóãó..................................................... 139

4.6.5. ²íâåðòóþ÷èé ñóìàòîð ....................................................................... 140

4.6.6. Íå³íâåðòóþ÷èé ñóìàòîð ................................................................... 140

4.6.7. ²íòåãðóþ÷èé ï³äñèëþâà÷ (³íòåãðàòîð) .............................................. 142

4.6.8. Äèôåðåíö³þþ÷èé ï³äñèëþâà÷ (äèôåðåíö³àòîð) .............................. 143

4.6.9. Êîìïàðàòîðè (ñõåìè ïîð³âíÿííÿ) ...................................................... 143

4.6.10. Ï³äñèëþâà÷ çì³ííîãî ñòðóìó íà ÎÏ ç îäíîïîëÿðíèì æèâëåííÿì... 144

4.6.11. Çá³ëüøåííÿ ïîòóæíîñò³ âèõ³äíîãî ñèãíàëó ÎÏ ................................ 145

4.6.12. Ïðåöèç³éíèé âèïðÿìëÿ÷ .................................................................. 145

Êîíòðîëüí³ çàïèòàííÿ ....................................................................................... 147
ÐÎÇIJˠ5. ²ÌÏÓËÜÑͲ ÏÐÈÑÒÐί ................................................................. 148

5.1. Çàãàëüí³ â³äîìîñò³ ïðî ³ìïóëüñí³ ïðèñòðî¿. Ïàðàìåòðè ³ìïóëüñ³â .......... 148

5.2. Åëåêòðîíí³ êëþ÷³ òà íàéïðîñò³ø³ ñõåìè ôîðìóâàííÿ ³ìïóëüñ³â ............. 151

5.3. Ìóëüòèâ³áðàòîðè ........................................................................................ 154

5.3.1. Çàãàëüí³ â³äîìîñò³ ............................................................................. 154

5.3.2. Ìóëüòèâ³áðàòîð ç êîëåêòîðíî-áàçîâèìè çâ’ÿçêàìè

ó àâòîêîëèâàëüíîìó ðåæèì³ ............................................................ 155

5.3.3. Ìóëüòèâ³áðàòîð íà ÎÏ ..................................................................... 160

5.3.4. Îäíîâ³áðàòîð ç êîëåêòîðíî-áàçîâèìè çâ’ÿçêàìè

(÷åêàþ÷èé ìóëüòèâ³áðàòîð) ............................................................. 162

5.3.5. Îäíîâ³áðàòîð íà ÎÏ ......................................................................... 164

5.4. Áëîê³íã-ãåíåðàòîðè .................................................................................... 165

Êîíòðîëüí³ çàïèòàííÿ ....................................................................................... 170
ÐÎÇIJˠ6. ËÎò×Ͳ ÅËÅÌÅÍÒÈ ..................................................................... 171

6.1. Àëãåáðà ëîã³êè ............................................................................................ 171

6.2. Ðåàë³çàö³ÿ ïðîñòèõ ëîã³÷íèõ ôóíêö³é. Ëîã³÷í³ åëåìåíòè .......................... 173

Êîíòðîëüí³ çàïèòàííÿ ....................................................................................... 178
ÐÎÇIJˠ7. ÒÐÈÃÅÐÈ ......................................................................................... 179

7.1. Çàãàëüí³ â³äîìîñò³ ïðî òðèãåðè òà ¿õ ïðèçíà÷åííÿ ................................... 179

7.2. Òðèãåð íà á³ïîëÿðíèõ òðàíçèñòîðàõ

(ñèìåòðè÷íèé òðèãåð ç ë³÷èëüíèì çàïóñêîì) .......................................... 179

7.3. Òðèãåðè íà ëîã³÷íèõ åëåìåíòàõ ................................................................. 182