1.1 элементная база электронной техники. Контрольная работа по дисциплине Основы электроники по теме
 Скачать 297.08 Kb.
|
 Частное профессиональное образовательное учреждение «Анапский индустриальный техникум» в поселке Мостовском КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Выполнил:
ПГТ Мостовской 2022г. СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ В настоящее время во всех отраслях промышленности и в быту широко используются электронные устройства. Причем тенденция такова, что среди них увеличивается доля информационных устройств и систем автоматики. Это является результатом развития интегральной технологии, внедрение которой позволило наладить массовый выпуск дешевых, высококачественных, не требующих специальной настройки микроэлектронных функциональных узлов различного назначения. Благодаря созданию компактных полупроводниковых устройств электровакуумные приборы практически полностью вытеснены из употребления, поэтому в учебном пособии они не рассматриваются. Электроника имеет короткую, но богатую собственную историю, которая составляет чуть более 100 лет. Первый ее период связан с эпохой вакуумных ламп и появлением чуть позже ионных приборов. На их основе были разработаны различные электронные устройства. Совершенствование этих устройств шло долгие годы. При этом появились радиотехника, телевидение, электронные вычислительные машины и многое другое. В современных электронных устройствах, в основном, применяют полупроводниковые приборы: диоды, транзисторы, тиристоры и интегральные микросхемы. В отличие от пассивных элементов: резисторов, конденсаторов, дросселей– их называют активными элементами. В последнее время все чаще резисторы и конденсаторы выполняют как полупроводниковые элементы в составе интегральных микросхем или в виде отдельных сборок. 1 ДИОДЫ 1.1 Выпрямительные диоды Диод – двухэлектродный полупроводниковый прибор (ППП) с одним p–n-переходом, обладающий односторонней проводимостью тока. Существует много различных типов диодов – выпрямительные, импульсные, туннельные, обращенные, сверхвысокочастотные диоды, а также стабилитроны, варикапы, магнито-, тензо-, фото-, светодиоды и др. Работа диода объясняется свойствами электрического p–n-перехода. Вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда (из-за рекомбинации) и обладающий высоким электрическим сопротивлением, – так называемый запирающий слой. Этот слой определяет контактную разность потенциалов (потенциальный барьер). Если к p–n-переходу приложить внешнее напряжение, создающее электрическое поле в направлении, противоположном полю электрического слоя, то толщина этого слоя уменьшится и при напряжении 0,4…0,6. В запирающий слой исчезнет, а ток существенно возрастет (этот ток называют прямым). При подключении внешнего напряжения другой полярности запирающий слой увеличится и сопротивление p–n-перехода возрастет, а ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда, будет незначительным даже при сравнительно больших напряжениях. Прямой ток диода создается основными, а обратный – неосновными носителями заряда. Положительный (прямой) ток диод пропускает в направлении от анода к катоду. На рисунке 1 показаны условное графическое обозначение (УГО) диода, его идеальная и реальная вольт-амперная характеристики (ВАХ). Видимый излом ВАХ в начале координат связан с различными масштабами токов и напряжений в первом и третьем квадранте графика. Два вывода диода: анод А и катод К в УГО не обозначаются и на рисунке показаны для пояснения. На ВАХ реального диода обозначена область электрического пробоя, когда при небольшом увеличении обратного напряжения ток резко возрастает. Электрический пробой является обратимым явлением. При возвращении в рабочую область диод не теряет своих свойств. Если обратный ток превысит определенное значение, то электрический пробой перейдет в необратимый тепловой с выходом прибора из строя.  Рисунок 1 — Полупроводниковый диод а) условное графическое изображение; б) идеальная ВАХ; в) реальная ВАХ Промышленностью в основном выпускаются германиевые (Ge) и кремниевые (Si) диоды. Кремниевые диоды обладают малыми обратными токами, более высокой рабочей температурой (150…200 °С против 80…100 °С), выдерживают большие обратные напряжения и плотности тока (60…80 А/см2 против 20…40 А/см2). Кроме того, кремний – широко распространенный элемент (в отличие от Ge, который относится к редкоземельным элементам). К преимуществам Ge-диодов можно отнести малое падение напряжения при протекании прямого тока (0,3…0,6В против 0,8…1,2В). Кроме названных ПП материалов, в сверхвысокочастотных цепях используют арсенид галлия GaAs. Полупроводниковые (ПП) диоды по технологии изготовления делятся на два класса: точечные и плоскостные. Точечный диод образуют Si- или Ge-пластина n-типа площадью 0,5…1,5 мм2 и стальная игла, образующая p–n-переход в месте контакта. В результате малой площади переход имеет малую емкость, следовательно, такой диод способен работать в высокочастотных цепях. Но ток через переход не может быть большим (обычно не более 100 мА). Плоскостной диод состоит из двух соединенных Si- или Ge-пластин с разной электропроводностью. Большая площадь контакта ведет к большой емкости перехода и относительно низкой рабочей частоте, но проходящий ток может быть большим (до 6000 А). Основными параметрами выпрямительных диодов являются: максимально допустимый прямой ток Iпр.max; максимально допустимое обратное напряжение Uобр.max; максимально допустимая частота fmax. По первому параметру выпрямительные диоды делят на диоды: малой мощности, прямой ток до 300 мА; средней мощности, прямой ток 300 мА…10А; большой мощности – силовые, максимальный прямой ток определяется классом и составляет 10, 16, 25, 40, …1600 А.  Рисунок 2 — Переходные процессы в импульснвх диодах а) зависимость тока при переключении напряжения с прямого на обратное; б) зависимость напряжения при прохождении через диод импульса прямого тока Импульсные диоды применяются в маломощных схемах с импульсным характером подводимого напряжения. Отличительное требование к ним – малое время перехода из закрытого состояния в открытое и обратно (типичное время 0,1…100 мкс). УГО импульсных диодов такое же, как у выпрямительных диодов. К специфическим параметрамимпульсных диодов относятся: время восстановления Tвосст– это интервал времени между моментом переключения напряжения на диоде с прямого на обратное и моментом, когда обратный ток уменьшится до заданного значения (рис 2,а); время установления Tуст– это интервал времени между началом протекания через диод прямого тока заданной величины и моментом, когда напряжение на диоде достигнет 1,2 установившегося значения (рис 2,б); максимальный ток восстановления Iобр.имп.макс., равный наибольшему значению обратного тока через диод после переключения напряжения с прямого на обратное (рис 2,а). Туннельные диоды–применяют в качестве переключателей, усилителей или генераторов колебаний, поскольку ВАХ этих диодов (рис. 3) имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. При этом частота переключений может достигать 40 ГГц. Для получения туннельных диодов используют полупроводниковые материалы с очень большим содержанием примесей и добиваются очень малой ширины p–n-перехода (на два порядка меньше, чем у обычных плоскостных выпрямительных диодов).  Рисунок 3 — УГО и ВАХ туннельных диодов Обращенные диоды-получают при концентрации примесей в p- и n-областях меньшей, чем у туннельных диодов, но большей, чем у обычных выпрямительных диодов. Такой диод оказывает малое сопротивление проходящему току при обратном включении (рис.4) и сравнительно большое сопротивление при прямом включении. Поэтому их применяют при выпрямлении малых сигналов с амплитудой напряжения в несколько десятых вольта.  Рисунок 4 — УГО и ВАХ обращенных диодов Диоды Шоттки) получают, используя переход металл-полупроводник. При этом применяют подложки из низкоомного n-кремния (или карбида кремния) с высокоомным тонким эпитаксиальным слоем того же полупроводника (рис.5). На поверхность эпитаксиального слоя наносят металлический электрод, обеспечивающий выпрямление, но не инжектирующий неосновные носители в базовую область (чаще всего золото).  Рисунок 5 — УГО и структура диода Шоттки 1) низкоомный исходный кристалл кремния;2) эпитаксиальный слой высокоомного кремния; 3) область объёмного заряда; 4) металлический контакт Благодаря этому в этих диодах нет таких медленных процессов, как накопление и рассасывание неосновных носителей в базе. Поэтому инерционность диодов Шоттки не высока. Она определяется величиной барьерной емкости выпрямляющего контакта (1…20 пФ). Кроме этого, у диодов Шоттки оказывается значительно меньшее, чем у выпрямительных диодов последовательное сопротивление, так как металлический слой имеет малое сопротивление по сравнению с любым даже сильно легированным полупроводником. Это позволяет использовать диоды Шоттки для выпрямления значительных токов (десятки ампер). Обычно их применяют в импульсных вторичных источниках питания для выпрямления высокочастотных напряжений (частотой до нескольких МГц СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ. Вадутов О.С. Электроника. Математические основы обработки сигналов: Учебник и практикум / О.С. Вадутов. — Люберцы: Юрайт, 2019. - 307 c. Вадутов, О.С. Электроника. Математические основы обработки сигналов. Практикум: Учебное пособие для академического бакалавриата / О.С. Вадутов. — Люберцы: Юрайт, 2016. — 101 c. Вайнштейн Л.А. Теория дифракции. Электроника СВЧ / Л.А. Вайнштейн. — М.: Радио и связь, 2019 — 600 c. Ванюшин М.Ю. Занимательная электроника и электротехника для начинающих и не только / М. Ванюшин. — СПб.: Наука и техника, 2019.— 352 c. Велстистов Е.С. Все о приключениях Электроника: Повести / Е. Велстистов. — СПб.: Азбука-Аттикус, 2019.— 592 c. Велтистов Е.С. Победитель невозможного: третья книга из цикла о приключениях Электроника / Е.С. Велтистов. — М.: Дет. лит., 2020.—- 235 c. Жаворонков, М.А., Кузин, А.В. Электротехника и электроника: учебное пособие / М.А.Жаворонков, А.В.Кузин. М.: Академия, 2020. 394 с. Библиогр. с. 389. Рекус, Г.Г. Основы электротехники и электроники в задачах с решениями: учебное пособие / Г.Г.Рекус. — М.: Высшая школа, 2018. 344 с.— Библиогр. с. 341. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||