Шпоры по электронике1

1. Проводники, полупроводники, диэлектрики.

2. Собственные и примесные полупроводники.

3. Легирование полупроводников.

Напряжение – энергия, которая затрачивается на перемещение единичного положительного заряда из точки с низким потенциалом в точку с более высоким.

Ток – скорость перемещения заряда в один Кл. Ток величиной 1 Ампер создаётся перемещением заряда величиной 1 Кулон за время 1 с.

Проводники - кристаллы, у которых в энергетической зоне проводимости имеются электроны (присутствуют свободные носители заряда).

Диэлектрики – в зоне проводимости электроны отсутствуют (отсутствуют свободные носители заряда).

Полупроводники – кремний, германий, по своему электрическому сопротивлению занимают место между проводниками и диэлектриками

(=10^-3-10^-8 Ом*см).

Проводимость полупроводников в значительной степени зависит от температуры и наличия примесей. Чистые полупроводники (собственные) в промышленности почти не применяются, т.к. обладают малой проводимостью и не обеспечивают одностороннюю проводимость.

В р-области основные носители – дырки.

В п-области оновные носители – электроны.

Полупроводники – кристаллы, электропроводимость которых лежит между электропроводимостью диэлектриков и проводников и имеет совершенно другую зависимость от температуры.

Естественные полупроводники – кремний, германий. Подвижные носители заряда в собственных полупроводниках возникают обычно в результате термогенерации. Из-за малости интервала запрещённой зоны и под действием тепла часть электронов может быть переведена из валентной зоны в зону проводимости.

В примесных полупроводниках в зависимости от зоны проводимости может преобладать либо дырочная, либо электронная проводимость.

Пример 1 : Если в 5-ти валентный кремний ввести 4-ёх валентный фосфор, то 4 валентных электрона примесного атома примут участие в возникновении ковалентной связи, а пятый окажется избыточным. Он легко превращается в свободный. Увеличение концентрации свободных электронов приводит к рекомбинации дырок, и их становится в значительной степени меньше. => Основные носители – электроны. Такие примеси называют n – типа (электронного типа). Неосновными дырки.

Пример 2 : При введении в кремний (4-х валентный) 3-х валентный атом бора, то 3 атома образуют ковалентную сявязь, а для четвёртой связи атом примеси забирает электрон из другой связи – образуются дырки. Таким образом увеличивается концентрация дырок, что приводит к уменьшению концентрации электронов. Такая проводимость р – типа (дырочного типа).

По-моему, но не уверен (примесные, примеры).

Полупроводники – кристаллы, электропроводимость которых лежит между электропроводимостью диэлектриков и проводников и имеет совершенно другую зависимость от температуры.

Естественные полупроводники – кремний, германий. Подвижные носители заряда в собственных полупроводниках возникают обычно в результате термогенерации. Из-за малости интервала запрещённой зоны и под действием тепла часть электронов может быть переведена из валентной зоны в зону проводимости.

В примесных полупроводниках в зависимости от зоны проводимости может преобладать либо дырочная, либо электронная проводимость.

Пример 1 : Если в 5-ти валентный кремний ввести 4-ёх валентный фосфор, то 4 валентных электрона примесного атома примут участие в возникновении ковалентной связи, а пятый окажется избыточным. Он легко превращается в свободный. Увеличение концентрации свободных электронов приводит к рекомбинации дырок, и их становится в значительной степени меньше. => Основные носители – электроны. Такие примеси называют n – типа (электронного типа). Неосновными дырки.

Пример 2 : При введении в кремний (4-х валентный) 3-х валентный атом бора, то 3 атома образуют ковалентную сявязь, а для четвёртой связи атом примеси забирает электрон из другой связи – образуются дырки. Таким образом увеличивается концентрация дырок, что приводит к уменьшению концентрации электронов. Такая проводимость р – типа (дырочного типа).

4. P – N переход. Прямое и обратное вкл.

5. ВАХ P – N перехода.

6. Классификация диодов. Выпрямительные д.

1- область p-n перехода.

Пример 1 : Если в 5-ти валентный кремний ввести 4-ёх валентный фосфор, то 4 валентных электрона примесного атома примут участие в возникновении ковалентной связи, а пятый окажется избыточным. Он легко превращается в свободный. Увеличение концентрации свободных электронов приводит к рекомбинации дырок, и их становится в значительной степени меньше. => Основные носители – электроны. Такие примеси называют n – типа (электронного типа). Неосновными дырки.

Пример 2 : При введении в кремний (4-х валентный) 3-х валентный атом бора, то 3 атома образуют ковалентную сявязь, а для четвёртой связи атом примеси забирает электрон из другой связи – образуются дырки. Таким образом увеличивается концентрация дырок, что приводит к уменьшению концентрации электронов. Такая проводимость р – типа (дырочного типа).

В контактирующих слоях имеет место диффузия дырок из р - слоя в п - слой, так же и электронов из п - слоя в р - слой. ВАХ:

При прямом включении (ток от р к п) потенциальный барьер уменьшается при увеличении напряжения, и переход передёт в неравновесное состояние, через него будет протекать прямой ток.

При обратном включении при увеличении напряжения потенциальный барьер возрастает. Ток через переход будет очень мал – обратный ток (~10^-15 A).

Облать U>0: нормальный режим работы. Когда при увеличении напряжения ток возрастает.

Облясть U_K<U<0 : Обратный режим при уменьшении напряжения ток практически не изменяется ~10^-15 A.

Область U_K: Такой обратный режим работы, при котором при изменении тока напряжение остаётся практически постоянным. Режим стабилизации. Характеризуется минимальным током стабилизации и максимальным током стабилизации.

Обзаст Х: Пробой перехода. После начала пробоя незначительное увеличение обратного напряжения приводит к резкому увеличению обратного тока.

Бываюn Туннельный, лавинный, и тепловой пробой.

Туннельный и лавинный – электрический пробой.

Диод – пассивный нелинейный элемент с двумя выводами. Диод – элемент с одним р-п переходом, что обеспечивает одностороннюю проводимость.

ВАХ:

А). Реальная ВАХ диода.

Б). ВАХ идеального диода.

Диоды : Стабилитрон (сконструирован для работы в режиме пробоя), диод Шотки (металл – полупроводник), туннельный диод (наличие на участке прямой ВАХ участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением (правее нуля на ВАХ что-то вроде /\/)), варикап (ёмкость, управляемая напряжением),

Фотодиод (проводит при облучении его светом), светодиод.

Стабилитрон: Используется участок пробоя п-р перехода, когда при небольшом изменении тока, напряжение остаётся постоянным.

Выпрямители на основе диодов: однополупериодный, двухполупериодный (мостовой).

7. Схемы выпрямления. Одно и двух полупер.

8. Мостовая схема выпрямления.

9. Полупроводниковый стабилитрон.

Диод – нелинейный пассивный полупроводниковый элемент с односторонней проводимостью.

Выпрямители преобразую переменный ток в постоянный.

Однополупериодная схема выпрямления:

Двухполупериодная схема (Мостовая):

Если параллельно нагрузке включить ёмкость, то сигнал примет более сглаженную форму, причём чем больше емкость, тем сигнал более постоянный.

Диод – нелинейный пассивный полупроводниковый элемент с односторонней проводимостью.

Выпрямители преобразую переменный ток в постоянный.

Двухполупериодная схема (Мостовая):

Если параллельно нагрузке включить ёмкость, то сигнал примет более сглаженную форму, причём чем больше емкость, тем сигнал более постоянный.

Стабилитрон – полупроводниковый диод, сконструированный для работы в режиме пробоя.

В указанном режиме при значительном изменении тока, напряжение изменяется незначительно.

Основные параметры стабилитрона:

U_ст – напряжение стабилизации

I_ст.мин – минимальный ток стабилизации

I_ст.мах –максимальный ток стабилизации

r_ст – дифференциальное сопротивление стабилитрона на участке пробоя(r=dU/dI)

Схема параметрического стабилизатора напряжения:

10. Сглаживающие фильтры.

11. Классификация транзисторов.

12. Биполярные транзисторы. Области работы.

Сглаживающие фильтры применяются для сглаживания выпрямленного сигнала.

Сглаживающие фильтры : RC – фильтр,, стабилитрон.

Схема сглаживания конденсатором:

Диодный мост создаёт двухполупериодный сигнал.

На выходе:

1-2 : Происходит зарядка конденсатора.

2-3 : Разрядка конденсатора, засчёт которой сигнал не опускается до 0.

3-4 : Опять конденсатор разряжается.

При использовании стабилитрона:

Стабилитрон включается Параллельно нагрузке. Необходимо, чтобы диапазон изменения тока был в диапазоне стабилизации стабилитрона, иначе может привести к пробою.

Транзистор – активный компонент, имеющий 2 p-n перехода и способный усиливать сигнал по мощности за счет внешнего источника питания.

Со стрелкой Эмитер, слева База, без стрелки Коллектор.

Классификация: биполярные (носители электроны и дырки), униполярные ( носители электроны) (бывают полевые и МОП (металл оксид полупроводник)).

Так же делятся на: 1) низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные.

2). По мощности : малой, средней и большой мощности.

Существует 4 режима работы транзистора:

1. U_EB<0 & U_KB<0 => насыщение

2. U_EB>0 & U_KB>0 => отсечка

3. U_EB<0 & U_KB>0 => активный

4. U_EB>0 & U_KB<0 => инверсный

Транзистор нельзя однозначно заменить двумя диодами. Т. к. из-за малой толщины базы почти все электроны, пройдя базу, через достигают коллектора. Только малая доля электронов рекомбенирует в базе с дырками. Убыль этих дырок компенсируется протеканием тока базы i_B. => i_B<<i_E.

Транзистор – активный компонент, имеющий 2 p-n перехода и способный усиливать сигнал по мощности за счет внешнего источника питания.

Со стрелкой Эмитер, слева База, без стрелки Коллектор.

Биполярный транзистор является наиболее распространенным полупроводниковым элементом.

Биполярный транзистор имеет 2 типа проводимости.

Биполярный транзистор нельзя однозначно заменить двумя диодами. Т. к. из-за малой толщины базы почти все электроны, пройдя базу, через достигают коллектора. Только малая доля электронов рекомбенирует в базе с дырками. Убыль этих дырок компенсируется протеканием тока базы i_B. => i_B<<i_E.

Применяется:

1. В усилителях.

2. В ТТЛ элементах.

3. В активных фильтрах.

4. ….

13. Три схемы включения биполярного транз.

14. Схема включения ОБ.

15. Схема включения ОЭ.

Три схемы включения:

1. С Общей Базой (ОБ):

Вход ЭБ ; Выход КБ ; Схема не обеспечивает усиления по току, но усиливает напряжение. Входное сопротивление малое.

2. С Общим Эмитером (ОЭ):

Вход БЭ ; Выход КЭ ; Обеспечивает усиление по току и напряжению. Входное сопротивление больше, чем у схемы с ОБ.

3. С Общим Коллектором (ОК) :

Вход БЭ ; Выход Е_п-КЭ ; Усиливает ток, но не усиливает напряжение.

4. С Общей Базой (ОБ):

Вход ЭБ ; Выход КБ ; Схема не обеспечивает усиления по току, но усиливает напряжение. Входное сопротивление малое.

Выходное большое.

5. С Общим Эмитером (ОЭ):

Вход БЭ ; Выход КЭ ; Обеспечивает усиление по току и напряжению. Входное сопротивление больше, чем у схемы с ОБ.

16. Схема включения ОК.

17. Эквивалентные схема биполярного транз.

18. Частотные характеристики УК в обл. НЧ.

С Общим Коллектором (ОК) :

Вход БЭ ; Выход Е_п-КЭ ; Усиливает ток, но не усиливает напряжение.

Выходной сигнал практически эквивалентный выходному.

Входное большое, выходное малое. Ослабляет сигнал по напряжению.

Малая зависимость от температуры.

1. Режимы отсечки и насыщения.

2. Активный режим работы

3. Инверсная область

4)Схема Эберса-Молла работает для всех режимов:

U_вых=KU_ВХ

U_ВХ=(ER_ВХ)/(R_G+R_ВХ +1/jwC)

 - постоянная времени в области низких частот.

=С(R_G+R_ВХ )

A(w)=K_u/sqr(1+(1/w)^2) : A(w_H) = K_u/sqr(2) => w_H=1/

H(t)=1-exp(-t/)

19. Частотные характеристики УК в обл. ВЧ.

20. Классы усиления.

21. Работа транз. с нагрузкой. Опред. раб. т.

U_вых=KU_ВХ

U_ВХ=(ER_ВХ)/(R_G+R_ВХ +1/jwC)

 - постоянная времени в области dscjrb[ частот.

=С(R_G+R_ВХ )

A(w)=K_u/sqr(1+(w)^2) : A(w_B) = K_u/sqr(2) => w_B=1/

_H – Время нарастания/фронта

_C – Время спада

Классы усиления:

1. Класс усиления А.

Ток выходной цепи протекает в течении всего периода изменения входного напряжения. Амплитуда выходного сигнала может достигать Е_п/2. Усилитель работает в активной области, рабочая точка А. Усилитель имеет малое КПД меньше 0.5. Из-за маленького коэффициента искажения и малого КПД используют в маломощных усилительных каскадах.

2. Класс В

Ток выходной цепи протекает только в течении половины периода изменения входного сигнала. Мощность рассеивания –> 0 , т.к. транзистор работает в режиме отсечки, рабочая точка класса В. Большие искажения. В усилителях практически не применяется.

3. Класс АВ

Ток выходной цепи протекает больше половины периода времени изменения вх напряжения. Применяется для построения выходных каскадов усилителей мощности. Высокое КПД. Малые искажения.

4. Класс С

Ток выходной протекает на интервале меньшем половины периода. Транзистор больше половины периода находится в режиме отсечки. Применяется в мощных резонансных усилителях.

5. Класс Д

Ключевой режим работы транзистора. Транзистор работает либо в режиме насыщения, либо в режиме отсечки. Выходной ток может принимать только 2 значения : I_­MIN & I_MAX. КПД->1.

Для определения рабочей точки транзистора надо сначала :

1. Произвести расчёт схемы на постоянной составляющей.

2. Произвести расчёт на переменном токе.

Рабочие точки бывают : 1) В середине активной области – А.

2. На границе активной и области отсечки – В.

3. Посередине между А и В – АВ

4. В середине области отсечки ­– D

5. Посередине между В и D – С.

Для этого схему заменим эквивалентными (например для ОЭ):

Далее транзистор заменяется эквивалентной схемой замещения.

Расчёт рабочей точки класса А:

Дано Ток коллектора, напряжение питания, параметры транзистора.

Потенциал эмиттера на 5-20% ниже напр питания, поэтому:U_E=0.1*Ep

Определяем коэффициенты : =B/(B+1). I_E=I_K. Теперь можно найти R_E=U_E/I_E

Для упрощения берём R_B=R_E. Отсюда легко найти R₁ и R₂, т.к. они соединены параллельно. R_B=R₁ || R₂

;, I_B=I_K/B, U_BE – из справочника, для К 0.7

Для других классов меняется схема замещения транзистора.

22. Классификация усилителей.

23. Виды обратной связи в усилителях.

24. Виды межкаскадной связи в усилителях.

Классифицируют:

1. однокаскадные или многокаскадные

2. По виду межкаскадных соединений : непосредственная, резистивная, конденсаторная, трансформаторная.

3. По усиливающему параметру : усил напряжения, тока мощности, усилитель- формирователь.

4. По частотным свойствам: широкополосные, узкополосные, усилители постоянного тока, избирательный усилитель.

5. По виду обратной связи

Обратная связь – подача какого-то параметра (U, I) на вход.

Положительная обратная связь – суммирование входного с выходным сигналом при =0 (разность фаз).

Отрицательная обратная связь – суммирование входного с выходным сигналом при = (разность фаз).

Усилители с отрицательной обратной связью, а генераторы с положительной.

Делят ОС: 1) по току и напряжению. 2) параллельная и последовательная.

Последовательная ОС по току:

Параллельная по току:

Последовательная ОС по напряжению:

Параллельная ОС по напряжению:

Усилители бывают однокаскадные и много каскадные.

Каскад:

K_U=Sum(K_Ui)

K_I=Sum(K_Ii)

Виды межкаскадных связей: а) Емкостная межкаскадная связь (Когда необходимо передать симметричный относительно оси времени сигнал):

б) Трансформаторная связь (увеличивается КПД, для частот <10kHz):

в) Резистивная: См конденсаторную, вместо конденсатора резистор.

г) Непосредственная (необходимо согласование сопротивлений): см начало.

25. Широкополосные усил. Коррекция усил.

26. Избирательные усилители.

27. Дифференциальные усилители.

Широкополосный усилитель с полосой пропускания от w_H верхней w_B.

Полоса пропускания определяется по АЧХ : А=0.7*А_МАХ, где А_МАХ – максиальное значение амплитуды на АЧХ. Широкополосный усилитель имеет широкую полосу пропускания, по сравнению с избирательным.

Коррекция усилителей необходима. Когда у усилителя плохая АЧХ или ФЧХ, или которая нас не устраивает. Коррекцию производят с помощью обратной связи и резонансного контура.

Можно расширить АЧХ, исправить впадины в АЧХ и убрать лишние выступы.

Пример:

Для коррекции в данном случае воспользуемся колебательным контуром RLC. Частота колебания должно попасть во впадину АЧХ, а добротность контура должна быть такой, чтобы компенсировать впадину. Если добротность слишком большая, то получится выступ, что нас не устраивает. Если малая – то впадина останется.

Избирательные усилители имеют очень узкую полосу пропускания

(f_H-f_B->0). То есть избирательные усилители пропускают очень малый диапазон частот, можно сказать, что они пропускают только определённую частоту. Могут применяться для расшифровки сигналов при передачи сигнала, зашумленного большим количеством гармоник. Такие усилители можно применять в подслушивающих устройствах.

28. Униполярные транзисторы.

29. Базовые логические элементы ИМС.

30. Эволюция базовых логических элементов.

Униполярные транзисторы – перенос заряда осуществляется носителями только одного знака либо дырками, либо электронами.

Два типа униполярных транзисторов:

1. С управляющим п-р переходом

2. МОП – транзисторы

Транзистор с управляющим п-р переходом:

С – сток ; И – исток ; З – затвор

I_c = f (U_cu, U₃)

U_c = f (U_cu, U₃)

I_u = f (U_3u,U_cu)

МОП транзисторы:

С – сток ; И – исток ; З – затвор ; П –Подложка

Логический элемент (логический вентиль) – это электронная схема, выполняющая некоторую простейшую логическую операцию.

БЛЭ может быть реализован в виде отдельной ИМС, очень часто ИМС содержит несколько БЛЭ. БЛЭ используются в цифровой электронике для преобразования цифровых сигналов.

Графические обозначения БЛЭ:

Выделяют следующие классы БЛЭ:

1. резисторно – транзисторная логика (РТЛ)

2. диодно – транзисторная логика (ДТЛ)

3. транзисторно – транзисторная логика (ТТЛ)

4. транзистороно-транзисторная логика с диодами Шотки (ТТЛШ)

5. эмитерно – связвнная логика (ЭСЛ)

6. логика на основе МОП (МДП)

7. на основе комплиментарных ключей (КМОП)

8. Логикка на основе арсенида галия.

Выделяют следующие классы БЛЭ:

1. резисторно – транзисторная логика (РТЛ)

2. диодно – транзисторная логика (ДТЛ)

3. транзисторно – транзисторная логика (ТТЛ)

4. транзистороно - транзисторная логика с диодами Шотки (ТТЛШ)

5. эмитерно – связанная логика (ЭСЛ)

6. логика на основе МОП (МДП)

7. на основе комплиментарных ключей (КМОП)

8. Логика на основе арсенида галлия.

В настоящее время наиболее широко применяется ТТЛ, ТТЛШ, КМОП, ЭСЛ. Для современных устройств рекомендуется использовать КМОП логику, а так же элементы на основе арсенида галлия из-за их высокого быстродействия.

Сейчас логические элементы выпускают в составе микросхем. Элементы на основе арсенида галлия обладают очень высокой скоростью работы около 10ГГц.

31. БЛЭ ТТЛ. Схема. Передаточная харак.

32. БЛЭ ТТЛ. Схема. Входная и выходная хар.

33-34. БЛЭ ЭСЛ. Св-ва и характеристики.

ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика.

Характерной особенностью ТТЛ является использование многоэмитерных транзисторов.

Упрошенная схема ТТЛ –элемента НЕ-И:

Если мысленно заменить моногоэмитерный транзистор диодами, то получим диодно – транзисторную логику.

Характеризуются:

1. напряжение питания.

2. Выходное напряжение низкого уровня

3. Выходное напряжение высокого уровня

4. Помехоустойчивость

5. Среднее время задержки распространения сигнала

6. Максимальная рабочая частота

Для увеличения быстродействия ТТЛ используют транзисторы с диодами Шотки (транзисторы Шотки).

ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика.

Характерной особенностью ТТЛ является использование многоэмитерных транзисторов.

Упрошенная схема ТТЛ –элемента НЕ-И:

Если мысленно заменить моногоэмитерный транзистор диодами, то получим диодно – транзисторную логику.

Характеризуются:

1. напряжение питания.

2. Выходное напряжение низкого уровня

3. Выходное напряжение высокого уровня

4. Помехоустойчивость

5. Среднее время задержки распространения сигнала

Максимальная рабочая частота

Эмитерно – Связвнная Логика.

Для высокоскоростных применений (выше 100 МГц) необходимо использовать ЭСЛ элементы, которые работают до 500 МГц.

Основой БЛЭ ЭСЛ является токовый ключ. Схема:

Микросхема ЭСЛ питаются отрицательным напряжением. Транзисторы не входят в режим насыщения, поэтому у ЭСЛ элементов высокое быстродействие.

Характеризуются:

1. напряжение питания

2. потребляемая мощность

3. коэффициент разветвления по выходу

4. задержка распространения сигнала.

35. БЛЭ КМОП. Св-ва и характеристики.

36. Схемы генерации. Мультивибратор. С-ва.

37. Схемы генерации. Одновибратор. Св-ва.

КМОП – логический элемент построен на полевых МОП транзисторах, которые работаю в режиме усиления и соединены как ключи, а не как повторители.

МОП транзистор – металл оксид полупроводник.

Схема НЕ-И:

Входы КМОП элементы чувствительны к статическому электричеству и могут выходить из строя при манипуляциях с ними.

Диапазон КМОП элементов простирается от 2 Мгц до 100 МГц.

Имеют ничтожную потребляемую мощность, хорошую помехозащищенность.

Мультивибратор – генератор импульсов почти прямоугольной формы.

Существует 2 вида: 1) автоколебательный (не обладают состояние устойчивого равновесия)

3. ждущий (одновибратор) (Обладает одним состоянием устойчивого равновесия)

Мультивибратор на основе ОУ:

Идеал: Реально:

Скважность: Q=t1/t2

Мультивибратор – генератор импульсов почти прямоугольной формы.

Существует 2 вида: 1) автоколебательный (не обладают состояние устойчивого равновесия)

4. ждущий (одновибратор) (Обладает одним состоянием устойчивого равновесия)

Схема одновибратора на основе ОУ: