Полупроводниковые диоды. Полупроводниковый диод
![]()
|
Физические явления в транзисторахЭмиттерная область транзистора является источником носителей заряда, а область улавливающая эти носители заряда называется коллектром. Область, которая управляет потоком этих носителей, называется базой. При подключении прямого напряжения между эмиттером и базой происходит инжекция носителей зарядов через открытый (смещенный в прямом направлении) переход Э-Б, т.е. переход их из области эмиттера в область базы.Таким образом образуется эмиттерный ток (Iэ) через соответсвующий переход (ЭП эмиттерный переход).Как известно, при “дырочной" проводимости типа “p" основными носителями заряда являются “дырки”, а неосновными электроны. Часть “дырок” пришедших в базовую область рекомбинируют в электроны, появляется ток базы (Iб), который очень мал по сравнению стоком эмиттера, так как только малая часть инжектированных “дырок” (носителей заряда) рекомбинирует. Между коллектором и базой прикладывается обратное напряжение, поэтому говорят что носители заряда из области базы экстрагируются (втягиваются) в коллекторную область и за счет этого образуется ток коллектора (Iк).Схемы включения[править | править исходный текст]Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:
Схема включения с общей базой[править | править исходный текст]Усилитель с общей базой. ![]()
Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора. Достоинства
Недостатки схемы с общей базой
Схема включения с общим эмиттером[править | править исходный текст]![]() Iвых = Iк Iвх = Iб Uвх = Uбэ Uвых = Uкэ
Достоинства
Недостатки
Схема с общим коллектором[править | править исходный текст]![]() Iвых = Iэ Iвх = Iб Uвх = Uбк Uвых = Uкэ
Достоинства
Недостатки
Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем». 6, Однофазные выпрямители. Электрические схемы, принцип работы выпрямителя. Однополупериодный выпрямитель (четвертьмост)[править | править исходный текст]![]() Однополупериодный выпрямитель: график напряжения по времени до выпрямления — одна из возможных схем выпрямителя — и график напряжения по времени после выпрямления Простейшая схема однополупериодного выпрямителя состоит только из одного выпрямляющего ток элемента (диода). На выходе — пульсирующий постоянный ток. Напромышленных частотах (50—60 Гц) не имеет широкого применения, так как для питания аппаратуры требуются сглаживающие фильтры с большими величинами емкости и индуктивности, что приводит к увеличению габаритно-весовых характеристик выпрямителя. Однако схема однополупериодного выпрямления нашла очень широкое распространение в импульсных блоках питания с частотой переменного напряжения свыше 10 кГц, широко применяющихся в современной бытовой и промышленнойаппаратуре. Объясняется это тем, что при более высоких частотах пульсаций выпрямленного напряжения, для получения требуемых характеристик (заданного или допустимого коэффициента пульсаций), необходимы сглаживающие элементы с меньшими значениями емкости (индуктивности). Вес и размеры источников питания уменьшаются с повышением частоты входного переменного напряжения. Однополупериодный выпрямитель или четвертьмост является простейшим выпрямителем и включает в себя один вентиль (диод или тиристор). Допущения: нагрузка чисто активная, вентиль — идеальный электрический ключ. Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке Uн равно нулю. ![]() Недостатки:[10]
Преимущество: экономия на количестве вентилей. Полумост[править | править исходный текст]![]() Схема Гренашера ![]() Схема Латура — Делона На двух диодах и двух конденсаторах, широко известный как «с удвоением напряжения» или «удвоитель Латура — Делона — Гренашера». Известна также схема с удвоением тока: параллельно единственной вторичной обмоткетрансформатора включаются два последовательно соединённых дросселя, средняя точка соединения между которыми используется как средняя точка в «двухполупериодном выпрямителе со средней точкой». [11] Полный мост (Гретца)[править | править исходный текст]![]() На четырёх диодах, широко известный как «двухполупериодный», изобретён немецким физиком Лео Гретцем. Площадь под интегральной кривой равна: ![]() Средняя ЭДС равна ![]() Эквивалентное внутреннее активое сопротивление равно . Частота пульсаций равна , где — частота сети. Наибольшее мгновенное значение напряжения на диодах — ![]() 7, Трехфазные выпрямители. Электрические схемы и принцип работы выпрямителя. Наиболее распространены трёхфазные выпрямители по схеме Миткевича В. Ф. (на трёх диодах, предложена им в 1901 г.) и по схеме Ларионова А. Н. (на шести диодах, предложена в 1923 г.). Выпрямитель по схеме Миткевича является четвертьмостовым параллельным, по схеме Ларионова —полумостовым параллельным.[12][неавторитетный источник?] Три четвертьмоста параллельно (схема Миткевича)[править | править исходный текст]
(«Частично трёхполупериодный со средней точкой»). Площадь под интегральной кривой равна: ![]() Средняя ЭДС равна: ![]() На холостом ходу и близких к нему режимах ЭДС в ветви с наибольшей на данном отрезке периода обратно смещает (закрывает) диоды в ветвях с меньшей на данном отрезке периода ЭДС и относительное эквивалентное активное сопротивление равно сопротивлению одной ветви При увеличении нагрузки (уменьшении ) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых обе ветви работают на одну нагрузку параллельно и относительное эквивалентное активное сопротивление на этих отрезках равно В режиме короткого замыкания эти отрезки максимальны, но полезная мощность в этом режиме равна нулю. Частота пульсаций равна , где — частота сети. Три полумоста параллельно, объединённые кольцом/треугольником («треугольник-Ларионов»)[править | править исходный текст]![]() ![]() Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной) В некоторой электротехнической литературе иногда не различают схемы «треугольник-Ларионов» и «звезда-Ларионов», которые имеют разные значения среднего выпрямленного напряжения, максимального тока, эквивалентного активного внутреннего сопротивления и др. В выпрямителе "треугольник-Ларионов" потери в меди больше, чем в выпрямителе «звезда-Ларионов», поэтому на практике чаще применяется схема «звезда-Ларионов». Кроме этого, выпрямители Ларионова А.Н. часто называют мостовыми, на самом деле они являются полумостовыми параллельными. В некоторой литературе выпрямители Ларионова и подобные называют «полноволновыми» (англ. full wave), на самом деле полноволновыми являются выпрямитель «три последовательных моста» и подобные. Площадь под интегральной кривой равна: ![]() Средняя ЭДС равна: ![]() В работе схемы «треугольник-Ларионов» есть два периода. Большой период равен 360° (). Малый период равен 60° (), и повторяется внутри большого 6 раз. Малый период состоит из двух малых полупериодов по 30° (), которые зеркальносимметричны и поэтому достаточно разобрать работу схемы на одном малом полупериоде в 30°. На холостом ходу и в режимах близких к нему ЭДС в ветви с наибольшей на данном отрезке периода обратносмещает (закрывает) диоды с меньшими на данном отрезке периода ЭДС. В начальный момент () ЭДС в одной из ветвей равна нулю, а ЭДС в двух других ветвях равны 0,86*Em, при этом открыты два верхних диода и один нижний диод. Эквивалентная схема представляет собой две параллельные ветви с одинаковыми ЭДС (0,86) и одинаковыми сопротивлениями по 3*r каждое, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равно 3*r/2. Далее, на малом полупериоде, одна из двух ЭДС, равных 0,86, растёт до 1,0, другая уменьшается до 0,5, а третья растёт от 0,0 до 0,5. Один из двух открытых верхних диодов закрывается, и эквивалентная схема является параллельным включением двух ветвей, в одной из которых большая ЭДС и её сопротивление равно 3*r, в другой ветви образуется последовательное включение двух меньших ЭДС, и её сопротивление равно 2*3*r=6*r, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равно ![]() Частота пульсаций равна , где — частота сети. Абсолютная амплитуда пульсаций равна ![]() Относительная амплитуда пульсаций равна ![]() Три полумоста параллельно, объединённые звездой («звезда-Ларионов»)[править | править исходный текст]![]() Три полумоста параллельно, объединённые звездой («звезда-Ларионов») ![]() Выпрямитель звезда-Ларионов (шестипульсный) применяется в генераторах электроснабжения бортовой сети почти на всехсредствах транспорта (автотракторных, водных, подводных, воздушных и др.). В электроприводе тепловозов и дизель-электроходов почти вся мощность проходит через выпрямитель звезда-Ларионов. Площадь под интегральной кривой равна: ![]() Средняя ЭДС равна: ![]() В этом выпрямителе есть большой период равный 360° и малый период, равный 60°. В большом периоде помещаются 6 малых периодов. Малый период в 60° состоит из двух зеркальносимметричных частей по 30°, поэтому для описания работы этой схемы достаточно разобрать её работу на одной части в 30° малого периода. В начале малого периода () ЭДС в одной из ветвей равна нулю, в двух других — по . Эти две ветви включены последовательно. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно Далее, одна из ЭДС. увеличивается от 0,86 до 1,0, другая уменьшается от 0,86 до 0,5, а третья растёт от 0,0 до 0,5. Эквивалентная схема при этом представляет собой две последовательно включенные ветви, в одной из которых одна ЭДС и её сопротивление равно сопротивлению одной обмотки 3*r, в другой две параллельно включенные ЭДС с сопротивлением каждая, эквивалентное сопротивление двух параллельных ветвей равно . Эквивалентное активное внутреннее сопротивление всей цепи равно ![]() Частота пульсаций равна , где — частота сети. Абсолютная амплитуда пульсаций равна ![]() Относительная амплитуда пульсаций равна ![]() Три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича параллельно (6 диодов)[править | править исходный текст]![]() В литературе иногда называют «шестифазный» (см. также Gleichrichter für Dreiphasenwechselstrom рис. Sechspuls-Sternschaltung (M6): 6-Phasen-Gleichrichter mit Mittelpunktanzapfungen am Drehstromtransformator) нем. . Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста параллельно» и имеет почтитакие же свойства, как и выпрямитель «три полных моста параллельно», но эквивалентноевнутреннее активное сопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больший. Площадь под интегральной кривой равна: ![]() Средняя ЭДС равна: ![]() Три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича последовательно (6 диодов)[править | править исходный текст]Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста последовательно» и имеет почти такие же свойства, но эквивалентное внутреннее активноесопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больше. Три полных моста параллельно (12 диодов)[править | править исходный текст]![]() ![]() ![]() Менее известны полномостовые трёхфазные выпрямители по схеме «три параллельныхмоста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах), и др., которые по многим параметрам превосходят выпрямитель Ларионова А.Н. По схемам выпрямителей можно видеть, что выпрямитель Миткевича В. Ф. является «недостроенным» выпрямителем Ларионова А.Н., а выпрямитель Ларионова А.Н. является «недостроенным» выпрямителем «три параллельных моста». ![]() Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной). Площадь под интегральной кривой равна: ![]() Средняя ЭДС равна: ![]() В режиме холостого хода ЭДС в мосту с наибольшей на данном отрезке большого периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды в мостах с меньшими на данном отрезке большого периода ЭДС.Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно сопротивлению одного моста При увеличении нагрузки (уменьшении ) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых двамоста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активноесопротивление на этих отрезках периода при этом равно сопротивлению двух параллельных мостов ![]() Выпрямитель «три параллельных полных моста» на холостом ходу имеет такую же среднюю ЭДС, как в выпрямителе «треугольник-Ларионов» и такие же сопротивления обмоток, но, таккак у него схема с независимыми от соседних фаз диодами, то моменты переключения диодов отличаются от моментов переключения диодов в схеме «треугольник-Ларионов». Нагрузочные характеристики этих двух выпрямителей получаются разными. Частота пульсаций равна , где — частота сети. Абсолютная амплитуда пульсаций равна ![]() Относительная амплитуда пульсаций равна ![]() Три полных моста последовательно (12 диодов)[править | править исходный текст]![]() Площадь под интегральной кривой равна: ![]() Средняя ЭДС равна: ![]() Эквивалентное внутреннее активное сопротивление равно сопротивлению трёх последовательно включенных мостов с сопротивлением 3*r каждый, то есть . Ток в нагрузке равен Мощность в нагрузке равна Частота пульсаций равна , где — частота сети. Этот выпрямитель имеет наибольшую среднюю ЭДС и может найти применение в высоковольтных источниках напряжения (в установках электростатической очистки промышленных газов (электростатический фильтр) и др.). 9, Операционные усилители. Параметры и характеристики. Применение операционных усилителей. Операционныйусилитель (ОУ, OpAmp) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы. В настоящее время ОУ получили широкое применение, как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов. 10, Элементы логических функций И. ИЛИ. НЕ. Таблица состояния логического элемента и его реализация. Отрицание, НЕ[править | править исходный текст]![]()
Мнемоническое правило для отрицания звучит так: На выходе будет:
Конъюнкция (логическое умножение). Операция И[править | править исходный текст]![]() И
Логический элемент, реализующий функцию конъюнкции, называется схемой совпадения. Мнемоническое правило для конъюнкции с любым количеством входов звучит так: На выходе будет:
Словесно эту операцию можно выразить следующим выражением: "Истина на выходе может быть при истине на входе 1 И истине на входе 2". Дизъюнкция (логическое сложение). Операция ИЛИ[править | править исходный текст]![]() ИЛИ
Мнемоническое правило для дизъюнкции с любым количеством входов звучит так: На выходе будет:
Инверсия функции конъюнкции. Операция И-НЕ (штрих Шеффера)[править | править исходный текст]![]()
И-НЕ Мнемоническое правило для И-НЕ с любым количеством входов звучит так: На выходе будет:
11, Классификация и основные параметры серийных логических ИМС(интегральная микро схема). |