Электроника. 1. Полупроводники. Основные положения теории электропроводимости. Собственная и примесная проводимость полупроводника

• Название: 1. Полупроводники. Основные положения теории электропроводимости. Собственная и примесная проводимость полупроводника
• Анкор: Электроника
• Дата: 16.04.2023
• Размер: 1.1 Mb.
• Имя файла: elekrukha.docx
• Тип: Документы; #1065810
• страница: 11 из 11

Устройство МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом.

На основании (подложке) полупроводника с электропроводностью P-типа (для транзистора с N-каналом) созданы две зоны с повышенной электропроводностью N⁺-типа. Все это покрывается тонким слоем диэлектрика, обычно диоксида кремния SiO₂. Сквозь диэлектрический слой проходят металлические выводы от областей N⁺-типа, называемые стоком и истоком. Над диэлектриком находится металлический слой затвора. Иногда от подложки также идет вывод, который закорачивают с истоком

Работа МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом N-типа.

Подключим напряжение любой полярности между стоком и истоком. В этом случае электрический ток не пойдет, поскольку между зонами N⁺ находиться область P, не пропускающая электроны. Далее, если подать на затвор положительное напряжение относительно истока U_зи, возникнет электрическое поле. Оно будет выталкивать положительные ионы (дырки) из зоны P в сторону подложки. В результате под затвором концентрация дырок начнет уменьшаться, и их место займут электроны, притягиваемые положительным напряжением на затворе.

Когда U_зи достигнет своего порогового значения, концентрация электронов в области затвора превысит концентрацию дырок. Между стоком и истоком сформируется тонкий канал с электропроводностью N-типа, по которому пойдет ток I_си. Чем выше напряжение на затворе транзистора U_зи, тем шире канал и, следовательно, больше сила тока. Такой режим работы полевого транзистора называется режимом обогащения.



Принцип работы МДП-транзистора с каналом P–типа такой же, только на затвор нужно подавать отрицательное напряжение относительно истока.

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) МДП-транзистора с индуцированным каналом.

ВАХ полевого транзистора с изолированным затвором похожи на ВАХ полевого транзистора с управляющим PN-переходом. Как видно на графике а), вначале ток I_си растет прямопропорционально росту напряжения U_си. Этот участок называют омическая область (действует закон Ома), или область насыщения (канал транзистора насыщается носителями заряда ). Потом, когда канал расширяется почти до максимума, ток I_си практически не растет. Этот участок называют активная область.

Когда U_си превышает определенное пороговое значение (напряжение пробоя PN-перехода), структура полупроводника разрушается, и транзистор превращается в обычный проводник. Данный процесс не восстановим, и прибор приходит в негодность.

19.Выпрямители . Назначения , схемы построения , принцип работы и основные параметры.

Выпрямитель электрического тока – электронная схема, предназначенная для преобразования переменного электрического тока в постоянный (одно полярный) электрический ток.

В полупроводниковой аппаратуре выпрямители исполняются на полупроводниковых диодах. В более старой и высоковольтной аппаратуре выпрямители исполняются на электровакуумных приборах – кенотронах. Раньше широко использовались – селеновые выпрямители.

Для начала вспомним, что собой представляет переменный электрический ток. Это гармонический сигнал, меняющий свою амплитуду и полярность по синусоидальному закону.



В переменном электрическом токе можно условно выделить положительные и отрицательные полупериоды. Всё то, что больше нулевого значения относится к положительным полупериодам (положительная полуволна – красным цветом), а всё, что меньше (ниже) нулевого значения – к отрицательным полупериодам (отрицательная полуволна – синим цветом).

Выпрямитель, в зависимости от его конструкции «отсекает», или «переворачивает» одну из полуволн переменного тока, делая направление тока односторонним.

Схемы построения выпрямителей сетевого напряжения можно поделить на однофазные и трёхфазные, однополупериодные и двухполупериодные.

Для удобства мы будем считать, что выпрямляемый переменный электрический ток поступает с вторичной обмотки трансформатора. Это соответствует истине и потому, что даже электрический ток в домашние розетки квартир домов приходит с трансформатора понижающей подстанции. Кроме того, поскольку сила тока – величина, напрямую зависящая от нагрузки, то при рассмотрении схем выпрямления мы будем оперировать не понятием силы тока, а понятием – напряжение, амплитуда которого напрямую не зависит от нагрузки.

На рисунке изображена схема и временная диаграмма выпрямления переменного тока однофазным однополупериодным выпрямителем.





Из рисунка видно, что диод отсекает отрицательную полуволну. Если мы перевернём диод, поменяв его выводы – анод и катод местами, то на выходе окажется, что отсечена не отрицательная, а положительная полуволна.





Среднее значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя соответствует значению:

Uср = Umax / π = 0,318 Umax

где: π — константа равная 3,14.

Однополупериодные выпрямители используются в качестве выпрямителей сетевого напряжения в схемах, потребляющих слабый ток, а также в качестве выпрямителей импульсных источников питания. Они абсолютно не годятся в качестве выпрямителей сетевого напряжения синусоидальной формы для устройств, потребляющих большой ток.

Наиболее распространёнными являются однофазные двухполупериодные выпрямители. Существуют две схемы таких выпрямителей – мостовая схема и балансная.

Рассмотрим мостовую схему однофазного двухполупериодного выпрямителя и его работу.





Если ток вторичной обмотки трансформатора течёт по направлению от точки «А» к точке «В», то далее от точки «В» ток течёт через диод VD3 (диод VD1 его не пропускает), нагрузку Rн, диод VD2 и возвращается в обмотку трансформатора через точку «А».

Когда направление тока вторичной обмотки трансформатора меняется на противоположное, то вышедший из точки «А», ток течёт через диод VD4, нагрузку Rн, диод VD1 и возвращается в обмотку трансформатора через точку «В».

Таким образом, практически отсутствует промежуток времени, когда напряжение на выходе выпрямителя равно нулю.

Параметры

• 
  наибольший (прямой) рабочий ток I срmaх - предельно допустимое среднее значение выпрямленного тока, протекающего через вентиль при его работе в однополупернодной схеме на активную нагрузку (при нормальных для данного вентиля условиях охлаждения и температуры, не превышающей предельного значения),
  
• 
  наибольшее допустимое обратное напряжение (амплитуда) Uобрmaх - обратное напряжение, которое вентиль выдерживает в течение длительного времени. Как правило, напряжение Uобрmaх равно половине напряжения пробоя,
  
• 
  прямое падение напряжения Uпр - среднее значение прямого напряжения в однополупернодной схеме выпрямления, работающей на активную нагрузку при номинальном токе.
  
• 
  обратный ток Iобр - значение тока, протекающего через вентиль, при приложении к нему допустимого обратного напряжения,
  
• 
  максимальная мощность Рmах - максимально допустимая мощность, которая может быть рассеяна вентилем
  

20. Усилители. Назначение , классификация основные параметры

Усилителем называется устройство, предназначенное для повышения мощности входного сигнала. Увеличение мощности, выделяемой в сопротивлении нагрузки, по сравнению с мощностью источника входного сигнала, достигается за счет энергии источника постоянного напряжения, называемого источником питания (при этом соблюдается закон сохранения энергии). Маломощный входной сигнал лишь управляет передачей энергии источника питания в нагрузку. Под воздействием входного сигнала на выходе усилительного элемента возникают более мощные колебания, которые и передаются в нагрузку.

По характеру усиливаемого сигнала усилители можно разделить на две группы: усилители гармонических сигналов и усилители импульсных сигналов:

Усилители гармонических сигналов (гармонические усилители) предназначены для усиления непрерывных во времени сигналов. При изменении любого параметра сигнала в усилителе возникает переходный процесс: колебание на выходе усилителя достигает установившегося значения через определенное время. Параметры усиливаемого сигнала в гармонических усилителях изменяются значительно медленнее переходных процессов;

У силители импульсных сигналов (импульсные усилители) предназначены для сигналов, уровень которых меняется настолько быстро, что переходный процесс является определяющим для усиленного сигнала.

Точка 1 соответствует напряжению шумов, измеряемому при U_вx = 0, точка 2 — минимальному входному напряжению, при котором на выходе усилителя можно различать сигнал на фоне шумов.

Участок 2 − 3 — это рабочий участок, на котором сохраняется пропорциональность между входным и выходным напряжениями усилителя.

1. 
   Усилители низкой частоты (УНЧ) – предназначены для усиления непрерывных периодических сигналов, частотный спектр которых от десятков Гц до десятков кГц. Характерная особенность:   - велико, от нескольких десятков до десятков тысяч (например, звуковой диапазон: 20Гц÷20кГц).
   
2. 
   Усилители постоянного тока (УПТ) – более точно: усилители медленно меняющихся напряжений и токов. Усиление от   до   - десятки и сотни кГц. Усиливают как переменную, так и постоянную составляющую сигнала.
   
3. 
   Избирательные (или селективные) усилители – работают в очень узкой полосе частот (обычно  ). Могут использоваться как на низких, так и на высоких частотах в качестве частотных фильтров, выделяющих или подавляющих заданный диапазон частот. Это достигается в большинстве случаев за счёт использования одного или нескольких колебательных (резонансных) контуров. Всвязи с этим их часто называют резонансными, или полосовыми.
   
4. 
   Широкополосные усилители – работают в очень широкой полосе частот (от единиц кГц до нескольких МГц и выше). Такие сигналы часто воспроизводятся на экранах и регистрируются визуально – поэтому их часто называют видеоусилителями.
   

Основные технически показатели усилителей (параметры).

1. 
   Коэффициент преобразования или коэффициент передачи– это отношение значения выходного сигнала к значению входного сигнала.
   

В частном случае, когда входное и выходное значения сигнала являются однородными, коэффициент преобразования называют коэффициентом усиления (например:   – коэффициент преобразования U в I;

 - коэффициент преобразования I в P)

 – коэффициент усиления по напряжению;

 -коэффициент усиления по току;

 - коэффициент усиления по мощности.

2. 
   Выходная мощность.
   

При   - активном:



 - действующее напряжение.

Выходная мощность – это полезная мощность, развиваемая усилителем в нагрузке.

Увеличение выходной мощности усилителя ограничено искажениями.

Номинальная выходная мощность – это максимальная мощность, при которой искажения не превышают заданной (допустимой) величины.

3. 
   Коэффициент полезного действия(к.п.д.) – важный показатель для усилителей средней и большой мощности. Численно к.п.д. может быть определен:
   

 - мощность потерь.

4. 
   Диапазон усиливаемых частот (полоса пропускания) – область частот, в которой коэффициент усиления изменяется не больше, чем это допустимо требованиями. (Для УНЧ – изменения К_ус от   до   не превышает 3дБ)
   

21.