- •Министерство образования и науки украины
- •Тема 1. Введение. Полупроводники. P-n-переход Введение
- •История развития электроники
- •Электропроводность полупроводников (собственная и примесная проводимость)
- •P-n-переход в состоянии термодинамического равновесия
- •P-n-переход под воздействием внешнего напряжения
- •Тема 2. Полупроводниковые диоды
- •Выпрямительные диоды
- •Полупроводниковые стабилитроны
- •Варикапы
- •Тема 3. Транзисторы. Устройство и принцип
- •Устройство биполярного транзистора
- •Принцип действия и схемы включения биполярного транзистора
- •Тема 4. Характеристики и параметры
- •Вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов
- •H-параметры транзистора
- •Тема 5. Полевые транзисторы
- •Тема 6. Биполярные транзисторы с изолированным затвором (igbt-транзисторы)
- •Тема 7. Тиристоры
- •Тема 8. Интегральные микросхемы (имс)
- •Элементы и компоненты имс
- •Тема 9. Общие сведения об усилителях и их классификация. Основные параметры и характеристики усилителей
- •Основные технические характеристики усилителей
- •Вопросы согласования усилителей
- •Тема 10. Каскады предварительного усиления Практические схемы ук с оэ, об и ок. Составной эмиттерный повторитель
- •Тема 11. Усилители постоянного тока
- •Дифференциальные усилители
- •Тема 12. Классы усиления
- •Тема 13. Обратные связи в усилителях Принципы обратной связи
- •Виды обратной связи
- •Тема 14. Операционные усилители Общие сведения
- •Основные схемы включения оу
- •Характеристики оу
- •Тема 15. Общие сведения об импульсных устройствах
- •Тема 16. Транзисторный ключ как формирователь импульса
- •Содержание
Министерство образования и науки украины
ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
ГОРПИНИЧ А.В.
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
по курсу
«ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА»
для студентов дневной и заочной форм обучения
по специальности
7.090603 – электротехнические системы электропотребления
Мариуполь 2009 г.
УДК 621.37/39
Конспект лекций по курсу «Промышленная электроника» для студентов дневной и заочной форм обучения по специальности 7.090603 – электротехнические системы электропотребления / Составил: А.В. Горпинич. – Мариуполь: ПГТУ, 2009. – 53 с.
Составил: канд. техн. наук, доц.
Ответственный за выпуск зам. зав. каф. ЭПП, докт. техн. наук, проф.
Рецензент канд. техн. наук, доц. |
Горпинич А.В.
Саенко Ю.Л.
Нестерович В.В. |
Тема 1. Введение. Полупроводники. P-n-переход Введение
Электроникой называется наука, изучающая:
1) физические явления, происходящие в газообразных, жидких и твердых телах при протекании в них электрического тока (протекание тока в вакууме и в газах изучает электровакуумная электроника, протекание тока в жидкостях – хемотроника, протекание тока в твердых телах – электроника твердых тел);
2) методы разработки устройств, использующих эти физические явления;
3) применение таких устройств в различных отраслях техники.
Первое из этих направлений составляет физическую электронику, второе и третье – техническую электронику.
На практике электроника подразделяется по сферам применения на:
1) радиоэлектронику;
2) промышленную электронику;
3) ядерную электронику;
4) электронику живых организмов.
В промышленную электронику входят:
1) информационная электроника – изучает методы и средства получения, обработки, передачи, хранения и использования информации;
2) энергетическая электроника – связана с устройствами и системами преобразования электрической энергии средней и большой мощности (выпрямители, инверторы, мощные преобразователи частоты и т.д.);
3) электронная технология – включает в себя методы и устройства, используемые в технологических процессах, основанных на действии электромагнитных волн различной длины (высокочастотные нагрев и плавка, ультразвуковая резка и сварка и т.д.), электронных и ионных пучков (электронная плавка и сварка и т.д.).
История развития электроники
Совершим краткий экскурс в историю развития электроники. В начале XX в., после изобретения в 1904 г. англичанином Дж. Флемингом лампового диода (его стали применять в качестве детектора в радиоприемных устройствах), а в 1906 г. американцем Ли Де Форестом трехэлектродной лампы – триода, позволяющей усиливать и генерировать электрические колебания, ученые начали интенсивно разрабатывать различные электронные устройства – радиоприемники, осциллографы, усилители и др. Электронную аппаратуру создавали из отдельных готовых элементов – электронных ламп, резисторов, конденсаторов и др., которые соединяли между собой электрическими проводами с помощью пайки или сварки. Производство такой аппаратуры было трудоемким и дорогим, а сами электронные устройства громоздкими, ненадежными и потребляющими много энергии. Например, если электронное устройство состояло из 2000 ламп, то при сроке службы каждой лампы 500 ч оно могло безотказно проработать не более 15 мин.
Недостатки электронных ламп при одновременном непрерывном усложнении электронных устройств заставили специалистов разрабатывать электронные приборы с другим принципом действия, которые могли бы заменить по своим функциональным возможностям электронные лампы. Ими оказались полупроводниковые приборы.
Используя достижения физики твердого тела, американские изобретатели Уильям Шокли, Уолтер Браттейн и Джон Бардин в январе 1948 г. создали полупроводниковый триод на основе германия – транзистор, совершив коренной переворот в электронике. За это изобретение они были удостоены Нобелевской премии.
После изобретения транзистора электронные устройства стали изготовлять из отдельных модулей. Каждый модуль (объемом 4-20 см3), собранный из нескольких готовых элементов, выполнял определенную функцию (усиление, переключение, запоминание и т.д.). Из таких модулей собирали сложную электронную аппаратуру, у которой повысилась надежность, значительно уменьшились размеры и потребление энергии. Однако и сама эта аппаратура, и способ ее изготовления вскоре перестали удовлетворять темпам развития науки и техники.
Дальнейший прогресс электроники был связан с развитием микроэлектроники, основанной на использовании интегральных микросхем. Интегральная микросхема – это микроминиатюрное электронное устройство, элементы которого нераздельно связаны конструктивно и соединены между собой электрически. Первые интегральные схемы были созданы в 1958 г. в США независимо друг от друга Джеком Килби (фирма Texas Instruments) и Робертом Нойсом (фирма Fairchild Semiconductor), а в 1962 г. был начат их промышленный выпуск. По способу объединения (интеграции) элементов различают полупроводниковые, пленочные и гибридные интегральные микросхемы (ИМС) или IC (integrated circuit). Полупроводниковые ИМС изготавливают из особо чистых полупроводниковых материалов (кремния, германия), в которых перестраивают структуру кристаллов так, что отдельные области кристалла становятся элементами сложной системы. Например, возможность размещения в одном кристалле 5000 транзисторов позволила создать наручные электронно-цифровые часы. Наличие 20000 транзисторов при таких же размерах кристалла вызвало появление микрокалькуляторов.
В настоящее время принято считать, что число элементов в ИМС каждые 18 месяцев возрастает примерно в 2 раза – так называемый закон Мура (назван в честь американского исследователя Гордона Мура (фирма Intel), открывшего этот закон в 1965 г.).