МДК 01.02 ответы 20ш.(1). 1. Физические основы электронных приборов Основные физические характеристики электронных приборов
 Скачать 398.19 Kb.
|
|
1.Физические основы электронных приборов Основные физические характеристики электронных приборов К основным физическим характеристикам электронных приборов можно отнести следующие: Эффективная плотность состояния, представляющая собой число уровней, которое отнесено к единице объема. Удельное сопротивление, представляющее собой сопротивление между противоположными гранями куба, которые были вырезаны из полупроводника с с единичным размером грани. Ширина запрещенной зоны, представляющая собой энергетический зазор между потолком валентной зоны и дном зоны проводимости. Подвижность носителей, представляющая собой скорость перемещения носителей, в условиях воздействия электрического поля. Продолжительность жизни носителей, представляющая собой время, в течении которого концентрация избыточных электронов снижается в определенное количество раз. Коэффициент диффузии, представляющий собой количество частиц, которые проходят через единичную площадку, находящуюся перпендикулярно по отношению к вектору потока, за единицу времени. Длина диффузионного смещения, представляющая собой расстояние, на протяжении которого концентрация носителей уменьшается в определенное количество раз. Собственная концентрация носителей, представляющая собой концентрацию свободных электронов, а также дырок в собственном полупроводнике при установленной температуре. Электрическая прочность, представляющая собой напряженность поля, при котором происходит пробой. Диэлектрическая проницаемость, представляющая собой характеристику материальной среды, где осуществляется перемещение носителей заряда. Дрейфовый ток, представляющий собой перемещение заряженных частиц, происходящее под действием сил электрического поля. Диффузионный ток, представляющий собой обусловленное движение дырок и электронов благодаря градиенту концентрации. 2.Электронно-лучевые трубки Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) - это вакуумная трубка, содержащая одну или несколько электронных пушек, которые испускают электронные пучки, которыми манипулируют для отображения изображений на фосфоресцирующем экране. Изображения могут представлять собой электрические сигналы (осциллограф), изображения (телевизор, монитор компьютера), радарные цели или другие явления Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), кинескоп — электровакуумный прибор, преобразующий электрические сигналы в световые. В строгом смысле, электронно-лучевыми трубками называют ряд электронно-лучевых приборов, одним из которых является кинескоп. 3.Электронная лампа – диод, триод, тетрод, пентод Электронная лампа - активное вещество электронного компонента, состоящее из электродов, предусмотренных в баллоне со спущенным воздухом ( вакуумная трубка , англ. Вакуумная трубка ) или газом под низким давлением ( газовая лампа , англ. Газонаполненная трубка ), который использует пучки электронов или ионные лампы движутся между электродами и электрически управляемыми электродами. Ламповые вакуумные диоды - это простейшие электронные лампы, состоящие из двух электродов, помещенных в стеклянную или, реже, металлическую колбу. Были изготовлены детектирующие диоды с максимально допустимыми катодными токами порядка дюжины миллиампер и выпрямители с токами, достигающими одного ампера. Максимальное рабочее напряжение типичных выпрямительных ламп составляло несколько сотен вольт, но также производились специальные лампы для гораздо более высоких напряжений. Вакуумные выпрямительные диоды (особенно для более высокого напряжения) получили название кенотронов. Для двухполупериодных выпрямителей выпускалась лампа, состоящая из двух диодов с общим катодом в одной колбе, называемая дуодиодом. Также детектирующие диоды часто помещали попарно в одну лампу. Триод состоит из трех электродов: анода, катода и сетки. Сетка контролирует поток электронов от катода к аноду. С помощью триодов можно строить усилители и генераторы электрических сигналов. Триоды также могут использоваться в качестве электронных переключателей в импульсных и логических схемах - они использовались, среди прочего, в электронных счетчиках и компьютерах. Тетрод отличается от триода тем, что у него есть дополнительная сетка (называемая экранирующей сеткой) между управляющей сеткой и анодом. Экранирующая сетка снижает обратную емкость между анодом и управляющей сеткой, что облегчает использование лампы в высокочастотных системах. Кроме того, экранирующая сетка снижает влияние электрического поля анода на поток электронов в непосредственной близости от управляющей сетки, что позволяет получать гораздо более высокие коэффициенты усиления, чем это возможно в системах на основе триодов - порядка нескольких сотен В / В. . Недостатком тетрода является динатронный эффект , заключающийся в возврате в экранирующую сетку электронов, выбитых из анода в результате явления вторичной эмиссии . Это особенно заметно при малых анодных токах и напряжениях и может привести к значительным искажениям и даже нестабильности системы. По этой причине в усилителях напряжения тетроды заменены пентодами. Пентод отличается от тетрода дополнительной третьей сеткой. Он расположен между экранирующей сеткой и анодом и предотвращает динатронный эффект. Пентоды делятся на маломощные (по напряжению), предназначенные для усилителей напряжения низкой и высокой частоты, и пентоды мощности, предназначенные для оконечных усилителей. Особым типом пентода напряжения является селектор , в котором, благодаря особой структуре управляющей сетки, коэффициент усиления можно изменять в широких пределах. Селектоды использовались, например, в усилителях промежуточной частоты радиоприемников. 4.Виды проводимости в полупроводниках   5. р-п-переход p-n-переход или электронно-дырочный переход — область соприкосновения двух полупроводников с разными типами проводимости — дырочной (p, от англ. positive — положительная) и электронной (n, от англ. negative — отрицательная). Электрические процессы в p-n-переходах являются основой работы полупроводниковых приборов с нелинейной вольт-амперной характеристикой (диодов, транзисторов и других)  6. Полупроводниковые диоды Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор, в широком смысле — электронный прибор, изготовленный из полупроводникового материала, имеющий два электрических вывода (электрода). В более узком смысле — полупроводниковый прибор, во внутренней структуре которого сформирован один p-n-переход. В отличие от других типов диодов (например, вакуумных), принцип действия полупроводниковых диодов основывается на различных физических явлениях переноса зарядов в твердотельном полупроводнике и взаимодействии их с электромагнитным полем в полупроводнике. 7. ВЧ и СВЧ полупроводниковые диоды Диоды ВЧ (высокочастотные диоды) - это приборы универсального назначения, которые могут быть использованы для выпрямления, детектирования и других нелинейных преобразованийэлектрических сигналов в диапазоне до 600 МГц. Они изготавливаются, как правило, из германия или кремния и имеют точечную структуру. Точечная структура высокочастотных диодов обеспечивает небольшую величину емкости PN-перехода (не более 1пФ), что позволяет эффективно использовать их на высоких частотах. Однако малая площадь контакта между частями полупроводника с проводимостью N и P не позволяет рассеивать в области PN-перехода значительные мощности, поэтому высокочастотные диоды не используются в схемах, рассчитанных на большие напряжения и токи, и применяются, главным образом, в измерительной аппаратуре и низковольтных слаботочных выпрямителях. В дополнение к обычным параметрам, которыми характеризуются диоды, высокочастотные диоды дополнительно характеризуются общей емкостью CД , измеренной между выводами диода при заданном напряжениисмещения и частоте; дифференциальным сопротивлением rдиф представляющим отношение приращения напряжения на диоде к вызвавшему его приращение току; диапазон частот. Диоды СВЧ(сверхвысокочастотный полупроводниковый диод) – это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования и обработки сверхвысокочастотного сигнала. Диоды СВЧ изготавливают из полупроводника с малым удельным сопротивлением (с большой концетрацией примеси в базе), они имеют точечный PN-переход очень малых размеров. Для диодов характерны: быстрая рекомбинация носителей заряда в базе; малая емкость перехода. Напряжение пробоя Uпроб для диодов СВЧ составляет единицы вольт, Iпр. доп. max – 10 – 15 mA. Это недостатки данного типа диодов. Полупроводниковые СВЧ-диоды уже длительное время применяют в различной радиоэлектронной аппаратуре и измерительной технике СВЧ-диапазона, т.е. на частотах более 300 МГц. Сначала СВЧ-диоды использовали для детектирования и смещения сигналов. Для этих целей применяли точечные диоды, выпрямляющий электрический переход в которых возникал между кристаллом полупроводника и прижимным металлическим электродом в виде заостренной пружинки. Созданные в последнее время новые типы СВЧ-диодов практически целиком заменили точечные детекторные и смесительные диоды. На СВЧ используются диоды Шоттки, диоды с PN- переходом, площадь которого значительно меньше, чем у точечных, а также диоды с PIN-структурой. 8. Биполярные транзисторы Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов. В полупроводниковой структуре сформированы два p-n-перехода, перенос заряда через которые осуществляется носителями двух полярностей — электронами и дырками. Именно поэтому прибор получил название «биполярный» (от англ. bipolar), в отличие от полевого (униполярного) транзистора. Применяется в электронных устройствах для усиления или генерации электрических колебаний, а также в качестве коммутирующего элемента (например, в схемах ТТЛ). 9. Полевые транзисторы Полевой (униполярный) транзистор — полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на управлении электрическим сопротивлением токопроводящего канала поперечным электрическим полем, создаваемым приложенным к затвору напряжением. Область, из которой носители заряда уходят в канал, называется истоком, область, в которую они уходят из канала, называется стоком, электрод, на который подается управляющее напряжение, называется затвором. 10. Тиристоры Тири́стор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: «закрытое» состояние — состояние низкой проводимости; «открытое» состояние — состояние высокой проводимости Тиристор с тремя электрическими выводами — анодом, катодом и управляющим электродом — называется тринистором. Основное применение тринисторов это управление мощной нагрузкой с помощью слабого сигнала, подаваемого на управляющий электрод. В двухвыводных приборах — динисторах, переход прибора в проводящее состояние происходит, если напряжение между его анодом и катодом превысит напряжение открывания. Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Также тиристоры применяются в ключевых устройствах, например, силового электропривода. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом: по способу управления; по проводимости: тиристоры, проводящие ток в одном направлении (примеры: несимметричные динисторы и несимметричные тринисторы); тиристоры, проводящие ток в двух направлениях (примеры: симметричные динисторы и симисторы — симметричные тринисторы). Вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристора нелинейна и показывает, что сопротивление тиристора отрицательное дифференциальное. По сравнению, например, с транзисторными ключами, управление тиристором имеет некоторые особенности. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком (лавинообразно) и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением (током), либо светом (для фототиристора). После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала. Тиристор остаётся в открытом состоянии до тех пор, пока протекающий через него ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. 11. Оптоэлектронные приборы Под оптоэлектронными приборами, которые также известны как оптроны, понимают специальные приборы полупроводникового типа, способные отправлять и принимать излучение. Эти элементы конструкции носят названия фотоприемника и светоизлучателя. Они могут иметь разные варианты связи между собой. Принцип функционирования подобных изделий основан на преобразовании электричества в свет, а также обратной этой реакции. Как следствие, одно устройство может отправлять определенный сигнал, а другое его принимает и «расшифровывает». Используются оптоэлектронные приборы в: блоках связи аппаратуры; входных цепях измеряющих устройств; высоковольтных и сильноточных цепях; мощных тиристорах и симисторах; релейных устройствах и так далее. 12. Интегральные микросхемы (ИМС). Обозначение ИМС по системе PRO ELECTRON Интегральная микросхема (ИМС) — это изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов, которые могут рассматриваться как единое целое, выполнены в едином технологическом процессе и заключены в герметизированный корпус. В европейских странах система кодирования ИМС аналогична системе, принятой для кодирования дискретных полупроводниковых приборов, и используется фирмами-производителями из различных стран - Англии, Германии, Испании, Бельгии, Франции, Италии. Основные принципы кодирования по системе PRO ELECTRON приводятся ниже. Код состоит из трех букв, за которым следует серийный номер (например: TBA810, SAB2000, FLH101) Первая буква (для одиночных схем) отражает принцип преобразования сигнала в микросхеме: S- цифровой; T- аналоговый; U- аналого-цифровой. Вторая буква не имеет специального значения (выбирается фирмой изготовителем), за исключением буквы "H", которой маркируются гибридные микросхемы. Для серий (семейств) цифровых микросхем первые две буквы (FA, FB, FC, FE, FF, FJ, FI, FQ, FT, FZ, FY, GA, GB, GD, GM, GT, GX, GY,GZ,HB,HC) отражают схемно-технологические особенности, например: FY- ЭСЛ-серия; FD, GD- МОП-схемы; FQ- ДТЛ-схемы; GA- малощные ТТЛ-схемы; FL, GF- стандартные ТТЛ-схемы; GJ- быстродействующие ТТЛ-схемы; GM- маломощные с диодами Шотки ТТЛ-схемы; HB- комплементарные МОП-схемы серии 4000А; HC- комплементарные МОП-схемы серии 4500В. Третья буква обозначает рабочий диапазон температуры или, как исключение, другую важную характеристику: A- температурный диапазон не нормирован; B- от 0 до +70С; C- от -55 до +125С; D- от -25 до +70С; E- от -25 до +85С; F- от -40 до +85С; G- от -55 до +85С. Затем следует серийный номер, состоящий из четырех цифр. Если он состоит менее чем из четырех цифр, то количество цифр увеличивается до четырех добавлением нулей перед ними. Кроме того, за цифрами может следовать буква для обозначения варианта (разновидности) основного типа. Типы корпусов могут обозначаться одной или двумя буквами. При двухбуквенном обозначении вариантов корпусов (после серийного номера) первая буква отражает конструкцию: C- цилиндрический корпус; D- с двухрядным параллельным расположением выводов (DIP). Например: DIP-8 c восемью выводами; DIP-40 с 40 выводами; E- мощный с двухрядным расположением выводов (с внешним теплоотводом); F- плоский с двухсторонним расположением выводов; G- плоский с четырехсторонним расположением выводом; K- корпус типа ТО-3; M- многорядный (больше четырех); Q- с четырехрядным параллельным расположением выводов; R- мощный с 4-х рядным расположением выводов (внешний теплоотвод); S- с однорядным расположением выводов; T- с трехрядным расположением выводов. Вторая буква указывает материал корпуса: G- стеклокерамика; M- металл; P- пластмасса; X- прочие; Обозначения корпусов с одной буквой: C- цилиндрический; D- керамический DIP; F- плоский; L- ленточный кристаллодержатель; P- пластмассовый DIP; Q- с четырехрядным расположением выводов; T- миниатюрный пластмассовый; U- бескорпусная ИМС. В старом коде действовавшем до 1973г., первые две буквы обозначают то же, что и в современном, а третья буква отражает функциональное назначение; A- линейное усиление; B- частотное преобразование/демодуляция; C- генерация колебаний; H- логические микросхемы; J- двустабильные или мультистабильные микросхемы (делители частоты, триггеры, счетчики, регистры); K- моностабильные микросхемы (одновибраторы, ждущие мультивибраторы); L- цифровые преобразователи уровня (дешифраторы, драйверы); M- микросхемы со сложной логической конфигурацией; N- двустабильные или мультистабильные микросхемы (с длительным хранением информации); Q- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ); |