прикладная. Экзаменационные вопросы по дисциплине Прикладная электроника
 Скачать 440.09 Kb.
|
|
15. Принцип работы биполярного транзистора Основа принципа работы биполярного транзистора состоит в том, что ток прямо смещенного p-n-перехода вызывает изменение тока другого перехода, смещенного в обратном направлении, т.е. это – прибор, управляемый током. Режим работы биполярного транзисторалюбого типа, когда к эмиттерному p-n-переходу приложено прямое напряжение и переход открыт, а к коллекторному – обратное и переход закрыт, называют нормальным активным режимом (НАР). Этот режим работы используют в усилительных устройствах. Режим работы БТ, когда эмиттерный переход закрыт, а коллекторный открыт, называют инверсным активным режимом и применяют в переключательных устройствах. Если оба p-n-перехода закрыты, то есть к ним приложены обратные напряжения, то такой режим работы БТ называют режимом отсечки и используют его в переключательных устройствах. Режимом насыщения называют такой режим работы БТ, когда к p-n-переходам приложены прямые напряжения и оба перехода открыты. Этот режим работы используют в переключательных устройствах. 16. Схемы включения биполярного транзистора Схема включения с общим эмиттером - эта схема дает наибольшее усиление по напряжению и току (а отсюда и по мощности — до десятков тысяч единиц), в связи с чем является наиболее распространенной. Здесь переход эмиттер-база включается прямо, а переход база-коллектор — обратно. А поскольку и на базу, и на коллектор подается напряжение одного знака, то схему можно запитать от одного источника. В этой схеме фаза выходного переменного напряжения меняется относительно фазы входного переменного напряжения на 180 градусов. Схема с ОЭ имеет и существенный недостаток. Он заключается в том, что рост частоты и температуры приводит к значительному ухудшению усилительных свойств транзистора. Таким образом, если транзистор должен работать на высоких частотах, то лучше использовать другую схему включения. Например, с общей базой. Схема включения с общей базой - эта схема не дает значительного усиления сигнала, зато хороша на высоких частотах, поскольку позволяет более полно использовать частотную характеристику транзистора. Если один и тот же транзистор включить сначала по схеме с общим эмиттером, а потом с общей базой, то во втором случае будет наблюдаться значительное увеличение его граничной частоты усиления. Поскольку при таком подключении входное сопротивление низкое, а выходное — не очень большое, то собранные по схеме с ОБ каскады транзисторов применяют в антенных усилителях, где волновое сопротивление кабелей обычно не превышает 100 Ом. В схеме с общей базой не происходит инвертирование фазы сигнала, а уровень шумов на высоких частотах снижается. Но, как уже было сказано, коэффициент усиления по току у нее всегда немного меньше единицы. Правда, коэффициент усиления по напряжению здесь такой же, как и в схеме с общим эмиттером. К недостаткам схемы с общей базой можно также отнести необходимость использования двух источников питания. Схема включения с общим коллектором - особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь. Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме с общим эмиттером. А вот коэффициент усиления по напряжению маленький (основной недостаток этой схемы). Он приближается к единице, но всегда меньше ее. Таким образом, коэффициент усиления по мощности получается равным всего нескольким десяткам единиц. В схеме с общим коллектором фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным — потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода. Такое включение используют для согласования транзисторных каскадов или когда источник входного сигнала имеет высокое входное сопротивление (например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон). 17. Коэффициенты усиления Коэффициентом усиления транзистора по току, напряжению или мощности называют физическую величину, равную отношению изменения соответствующего параметра (тока, напряжения или мощности) в цепи коллектора и в цепи базы. Коэффициент усиления по току КI – показывает во сколько раз величина тока на выходе больше величины тока на входе Коэффициент усиления по напряжению КU - показывает во сколько раз величина напряжения на выходе больше величины напряжения на входе Коэффициент усиления по мощности Kp - показывает во сколько раз величина мощности на выходе больше величины мощности на входе 18. h-параметры биполярного транзистора При работе транзистора в усилительном режиме его свойства определяются малосигнальными параметрами для которых транзистор можно считать линейным элементом. На практике наибольшее применение получили малосигнальные гибридные h- параметры. Для любой схемы вкл. транзистора можно записать: Коэффициенты h11, h12, h21, h22 называют h параметрами. Каждый параметр имеет определенный физический смысл. Параметр h11 представляет собой входное сопротивление (при U2=0); h11=U1/I1; U2=0 Параметр h12 определяет степень влияния выходного напряжения на режим входной цепи и называется коэффициентом обратной связи h12=U1/U2 при I1=0 Параметр h21=I1/I2 при U2=0; - называется коэффициентом усиления по току. Параметр h22=I2/U2 при I1=0; - называется выходной проводимостью. Между h -параметрами и параметрами T-образной схемы замещения существует определенная зависимость 19. Принцип работы полевого транзистора Полевые транзисторы в которых рабочие носители заряда переносятся по каналу, формируемому в полупроводнике n или p типа то, что они не проходят через границы p и n слоев. По способу формирования канала эти приборы подразделяются на транзисторы с p-n переходом, со встроенным каналом и индуцируемым каналом. Два последних типа относятся к МДП-транзисторам. В полевом транзисторе управление потоком осуществляется электрическим полем. Преимуществом полевых транзисторов является весьма малый уровень мощности, который потребляется для управления потоком, поскольку ток входной цепи практически равен нулю. Однако эти транзисторы уступают биполярным по уровню выходной мощности. Прибор имеет три электрода: И-исток (аналог эмиттера в биполярном транзисторе), С-сток (аналог коллектора) и З-затвор (аналог базе). Если между С. и И. приложить напряжение, а на З. подать 0, то через канал потечет ток величина которого определяется приложенным напряжением и сопротивлением канала. На З. подается только обратное напряжение, в этом случае площадь п-н перехода увеличивается, сопротивление канала увеличивается, следовательно, ток через канал уменьшается. 20. Виды сигналов По физической природе носителя информации: электрические; электромагнитные; оптические; акустические и другие; По способу задания сигнала: регулярные (детерминированные), заданные аналитической функцией; нерегулярные (случайные), принимающие произвольные значения в любой момент времени. Для описания таких сигналов используется аппарат теории вероятностей. В зависимости от функции, описывающей параметры сигнала, выделяют: непрерывные (аналоговые), непрерывно-квантованные, дискретно-непрерывные и дискретно-квантованные сигналы. Непрерывный (аналоговый) сигнал  Дискретно-непрерывный (дискретный) сигнал  Непрерывно-квантованный сигнал  Квантованный сигнал  Дискретно-квантованный (цифровой) сигнал  21. Основные характеристики сигналов К основным параметрам сигналов относятся: Мощность; Удельная энергия; Длительность сигнала, которая определяет временной интервал, в течении которого он существует; Ширина спектра; База; Отношение сигнал/шум; Объем передаваемых данных (информации). Основными характеристиками электрического сигнала являются амплитуда, частота и фаза. 22. Четырехслойные полупроводниковые приборы 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. 23. Динистор Динистором, или, по-другому, диодным тиристором, называют переключательный компонент с двумя выводами, который переходит в открытое состояние при превышении определённого напряжения, которое прикладывают между его выводами. Динисторы содержат три электронно-дырочных перехода. Вывод от внешней зоны n2 называют катодом, а от зоны p1 – анодом. Зоны n1 и p2 носят название баз динистора. Переход между зонами p1, n1 и p2, n2 именуют эмиттерным, а между зонами n1 и p2 – коллекторным переходом. Если от источника питания к аноду динистора приложим небольшое отрицательное напряжение, а к катоду положительное напряжение, то центральный коллекторный переход будет открыт, а крайние эмиттерные переходы станут закрыты. Зоны n1 и p2 не могут преодолеть, поступающие из анода и катода основные носители зарядов, а, следовательно, они не достигнут базы динистора. В результате через динистор течёт небольшой обратный ток, обусловленный неосновными носителями заряда, и динистор закрыт. Если к аноду динистора приложим очень большое отрицательное напряжение, а к катоду – высокое положительное напряжение, то произойдёт лавинный пробой, что видно на вольтамперной характеристике динистора.  Если от источника питания к аноду динистора приложим небольшое положительное напряжение, а к катоду незначительное отрицательное напряжение, то коллекторный переход будет закрыт, а эмиттерные переходы станут открыты. Носители зарядов поступают из области катода n2 в зону p2 (электроны), а из области анода p1 в зону n1 (дырки). В указанных зонах баз носители заряда уже станут неосновными, и в результате в этих зонах возникает рекомбинация носителей зарядов, и из-за неё концентрации свободных носителей зарядов станут меньше. Поле коллекторного перехода будет ускоряющим для ставших неосновными носителей заряда, которые ввиду инжекции его преодолевают и оказываются в зонах, где они вновь будут основными. В областях p1 и n2 эти носители зарядов снова станут неосновными и вновь рекомбинируют. По причине рекомбинаций носителей зарядов проводимость динистора на участке IV мала и протекающий через него обратный ток также мал. Динисторы применяют в регуляторах и переключателях, чувствительных к изменениям напряжений. 24. Тринистор Тринистором, или, иначе, триодным тиристором, называют переключательный компонент с тремя электронно-дырочными переходами, и тремя выводами – анодом, катодом и управляющим электродом. Тринистор с управлением по аноду и с управлением по катоду:  Тринисторы обладают аналогичной динисторам структурой, а отличие состоит в наличии управляющего электрода – дополнительного вывода, подключённого к одной из баз. Если через управляющий электрод тринистора пропустить отпирающий ток, то тринистор перейдёт в открытое состояние. В зависимости от того, к какой именно из баз будет подсоединён управляющий электрод, можно организовать включение тринистора при приложении отпирающего напряжения между управляющим электродом и либо анодом, либо катодом. Вольтамперная характеристика тринистора похожа на вольтамперную характеристику динистора. Однако отпирание тринистора обычно происходит при существенно более низком прямом напряжении, чем необходимо динистору, и к открыванию тринисторной структуры приводит протекание тока через управляющий электрод. Чем больше ток управляющего электрода, тем при более низком прямом напряжении тринистор перейдёт в открытое состояние, что отражено на вольтамперной характеристике тринистора. Когда через управляющий электрод протекает отпирающий ток, возрастает скорость носителей заряда, которые инжектируются через коллекторный переход, что инициирует принудительное отпирание тринистора. После включения незапираемый тринистор не реагирует на изменение силы тока управляющего электрода. Чтобы закрыть тринистор, необходимо уменьшить силу тока, протекающего по аноду и катоду, ниже тока удержания, либо поменять полярность напряжения, приложенного между анодом и катодом. Если управляющий электрод тринистора обесточен, то тринистор функционирует совершенно так же, как динистор. В незапираемых тринисторах управляющий электрод занимает небольшой участок кристалла полупроводника, ориентировочно в несколько процентов. Тринисторы широко применяют в регуляторах мощности, контакторах, ключевых преобразователях и инверторах и пр. Некоторое ограничение на внедрение тринисторов накладывает их частичная управляемость. 25. Основные параметры тиристоров Основными параметрами тиристоров являются: напряжение включения; ток включения; максимально допустимый постоянный ток в открытом состоянии; максимально допустимое постоянное обратное напряжение; остаточное напряжение на тиристоре; определяемое при токе; время включения; время выключения; динамическое сопротивление в открытом состоянии; максимально допустимая средняя рассеиваемая мощность; постоянный отпирающий ток управляющего электрод. 26. Основы микроэлектроники Микроэлектроника — это направление электроники, позволяющее с помощью комплекса технологических, конструктивных и схемотехнических средств создавать малогабаритные, высоконадежные и экономичные электронные устройства. Микроэлектроника основана на применении интегральных микросхем (ИМС), в которых элементы нераздельно связаны между собой и представляют единое целое. ИМС изготавливают на основе кристалла полупроводника, в качестве которого чаще всего используют кремний. В кристалле кремния создаются p-n-переходы, образующие как активные, так и пассивные элементы электрической схемы. Элементы микросхемы связываются между собой электрически с помощью тонких металлических перемычек. Такой кристалл называют чип (от англ. chip — кристалл). Характеристикой сложности ИМС является уровень интеграции, оцениваемый числом транзисторов, которые могут быть реализованы на кристалле. В зависимости от уровня интеграции ИМС делят на несколько категорий: малые ИМС — до 10 элементов (МИС); средние ИМС — от 10 до 100 элементов (СИС); большие ИМС — от 100 до 105 элементов (БИС); сверхбольшие ИМС — 105 и более элементов (СБИС). 27. БЦИ Буквенно-цифровой индикатор — предназначен для вывода цифр, букв и специальных знаков. Буквенно-цифровые индикаторы отображают либо заложенный при разработке устройства ограниченный перечень символов, либо дает возможность создавать изображения символов самостоятельно. По принципу работы: 1. Вакуумно-люминесцентные 2. Жидкокристаллические 3. Вакуумно-накальные 4. Газоразрядные 5. Светодиодные индикаторы. 6. Светодиодные матрицы По виду отображаемой информации: 1. Единичные 2. Цифровые 3. Буквенно-цифровые 4. Графические 5. Шкальные 6. Мнемонические По виду элементов отображения: 1. Сегментные 2. Матричные3. Экранные По числу знакомест: 1.Одноразрядные; 2. Многоразрядные; 3. Составные По способу преобразования энергии: 1. Активные 2. Пассивные По материалу корпуса: 1.Стеклянные 2.Стеклокерамические 3.Металостеклянные 4.Пластмассовые 5.Пластмассо-керамические 6.Металлические 7.Металло-керамические По режиму управления: 1. Статический 2. Мультиплексный По конструкции корпуса: 1. Цилиндрические 2. Торцевые |