35 Образование р-n перехода его свойства при прямом и обратном включении.

Образование электронно-дырочного перехода. Ввиду неравномерной концен-

трации на границе раздела p и n полупроводника возникает диффузионный ток, за счёт ко-

торого электроны из n-области переходят в p-область, а на их месте остаются некомпенсированные заряды положительных ионов донорной примеси. Электроны, приходящие в p область, рекомбинируют с дырками, и возникают некомпенсированные заряды отрицательных ионов акцепторной примеси. Ширина p-n перехода – десятые доли микрона. На границе раздела возникает внутреннее электрическое поле p-n перехода, которое будет тормозящим для основных носителей заряда и будет их отбрасывать от границы раздела.Прямое и обратное включение p-n перехода.

Приложим внешнее напряжение плюсом к p-области. Внешнее электрическое поле направлено навстречу внутреннему полю p-n перехода, что приводит к уменьшению потенциального барьера. Основные носители зарядов легко смогут преодолеть потенциальный барьер, и поэтому через p-n переход будет протекать сравнительно большой ток, вызванный основными носителями заряда Такое включение p-n перехода называется прямым, и ток через p-n переход, вызванный

основными носителями заряда, также называется прямым током. Считается, что при прямом включении p-n переход открыт. Если подключить внешнее напряжение минусом на p-область,а плюсом на n-область, то возникает внешнее электрическое поле, линии напряжённости которого совпадают с внутренним полем p-n перехода. В результате это приведёт к увеличению потенциального барьера и ширины p-n перехода. Основные носители заряда не смогут преодолеть p-n переход, и считается, что p-n переход закрыт. Оба поля – и внутреннее и внешнее - являются ускоряющими для неосновных носителей заряда, поэтому неосновные носители заряда будут проходить через p-n переход, образуя очень маленький ток, который называется обратным током. Такое включение p-n перехода также называется обратным..

К основным свойствам p-n перехода относятся:

свойство односторонней проводимости;

температурные свойства p-n перехода;

частотные свойства p-n перехода;

пробой p-n перехода.

Электрический пробой – это обратимый пробой, т. е. при уменьшении обратного напряжения p-n переход восстанавливает свойство односторонней проводимости. Если обратное напряжение не уменьшить, то полупроводник сильно нагреется за счёт теплового действия тока и p-n переход сгорает. Такое явление называется тепловым пробоем p-n перехода. Тепловой пробой необратим. 36однокаскадные и многокаскадные усилители

Типичная схема усилительного каскада на транзисторе с ОЭ показана на рис.3.4,а.

Входное усиливаемое переменное напряжение Uвх подводится ко входу усилителя через разделительный конденсатор С1. Конденсатор С1 препятствует передаче постоянной составляющей напряжения входного сигнала на вход усилителя, которая может вызвать нарушение режима работы по постоянному току транзистора VT. Усиленное переменное напряжение, выделяемое на коллекторе транзистора VT, подводится к внешней нагрузке с сопротивлением Rн через разделительный конденсатор С2. Этот конденсатор служит для разделения выходной коллекторной цепи от внешней нагрузки по постоянной составляющей коллекторного тока Iкр

 Две схемы многокаскадных усилителей.

В качестве примера на рис. 3 приведены две принципиальные электрические схемы многокаскадных усилителей: на биполярных транзисторах (а) и на полевых транзисторах (в).

В этих схемах усилителей в качестве первого входного каскада включен эмиттерный (катодный, истоковый) повторитель, который обеспечивает согласование высокоомного датчика сигнала со входным сопротивлением усилителя. Такой каскад, не усиливая входной сигнал по напряжению, усиливает его по току и мощности.

Все остальные каскады собираются по схеме с общим эмиттером (общим катодом, общим истоком), давая усиление и по току и по напряжению (транзисторный вариант), и в основном по напряжению (ламповый вариант).

Последний двухтактный каскад УМ (транзисторный вариант) и однотактный каскад УМ на лучевом тетроде (и полевом транзисторе) обеспечивают усиление сигнала по мощности, отдаваемой в нагрузку. 

 

 

Рис. 3. Две схемы многокаскадных усилителей;

 а - на биполярных транзисторах;

 в- на полевых транзисторах с и-каналом

 

В этих схемах между первым и вторым, между вторым и третьим каскадами применена резистивно-емкостная связь, в которую по переменной составляющей усиливаемого сигнала входят элементы, указанные далее в эквивалентной схеме (рис. 4).

Между третьим и четвертым - выходным - каскадами применена трансформаторная связь при помощи переходного трансформатора ТР1, которая обеспечивает повышение КПД каскада предварительного усиления, устраняет гальваническую связь между этими каскадами по постоянному току и напряжению, согласует величину выходного тока (транзисторный вариант) или напряжения (ламповый вариант) предоконечного каскада с необходимой величиной входного тока или входного напряжения выходного - оконечного - каскада.

37 Однополупериодный выпрямитель ,Эл.схема,принцип работы график напряжения, достоинства и недостатки

Выпрямительные устройства предназначены для преобразования электрической энергии переменного тока в электрическую энергию постоянного

тока.

Выпрямители бывают управляемые и неуправляемые. В зависимости от числа фаз источника питания существуют однофазные и трехфазные выпрямители. По способам преобразования переменного тока различают однополупериодные и двухполупериодные выпрямители.

На рис. 23 приведена электрическая схема и временные диаграммы напряжения и тока в однофазном однополупериодном выпрямителе.

Рис. 23

Вследствие односторонней проводимости диода (вентиля) ток в нагрузке проходит в один полупериод, а в другой полупериод тока в цепи нет. В положительный полупериод . В отрицательный полупериод .

Таким образом, в нагрузке имеем пульсирующий ток, который можно представить в виде суммы двух составлящих: постоянной и переменной. Постоянную составляющую тока или напряжения можно определить как среднее значение мгновенной величины за период.

Основными параметрами, характеризующими работу выпрямителя являются:

1 - средние значения тока и напряжения на нагрузке

2 - коэффициент пульсаций

,

где - амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения.

Для однополупериодного выпрямителя = 1,57.

Подобные выпрямители служат для питания цепей малой мощности и

высокого напряжения, например электронно-лучевых трубок.

Достоинства данной схемы:

1. Простота конструкции.

2. Малое число диодов.

Недостатки:

1. Большой коэффициент пульсаций.

2. Наличие постоянной составляющей тока в обмотке трансформатора.

38. однофазный двухполупериодный выпрямитель

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 - Напряжение на одной половине вторичной обмотки трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

В этом выпрямителе используются два вентиля, имеющие общую нагрузку и две одинаковые вторичные обмотки трансформатора(или одну со средней точкой).

Практически схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, имеющих два разных источника и общую нагрузку. В одном полупериоде переменного напряжения ток в нагрузку проходит с одной половины вторичной обмотки через один вентиль, в другом полупериоде - с другой половины обмотки, через другой вентиль.

Преимущество: Эта схема выпрямителя имеет в 2 раза меньше пульсации по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления. Емкость конденсатора при одинаковом с однополупериодной схемой коэффициенте пульсаций может быть в 2 раза меньше.

Недостатки: Более сложная конструкция трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.

39 однофазовый однопериодный выпрямитель

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 - Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

Как видно на осциллограммах напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт и напряжение в нагрузку подается только с заряженного в предыдущий полупериод конденсатора. При отсутствии конденсатора пульсации выпрямленного напряжения довольно значительны.

Недостатками такой схемы выпрямления являются: Высокий уровень пульсации выпрямленного напряжения, низкий КПД, значительно больший, чем в других схемах, вес трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.

Данная схема выпрямителя применяется крайне редко и только в тех случаях, когда выпрямитель используется для питания цепей с низким током потребления

40. Операционный усилитель

Операционный усилитель (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.

Символы "+" и "-" не означают, что на одном входе потенциал всегда должен быть более положительным, чем на другом; эти символы просто указывают относительную фазу выходного сигнала (это важно, если в схеме используется отрицательная ОС). Во избежание путаницы лучше называть входы "инвертирующий" и "неинвертирующий", а не вход "плюс" и вход "минус". На схемах часто не показывают подключение источников питания к ОУ и вывод, предназначенный для заземления. Операционные усилители обладают колоссальным коэффициентом усиления по напряжению и никогда (за редким исключением) не используются без обратной связи. Можно сказать, что операционные усилители созданы для работы с обратной связью. Коэффициент усиления схемы без обратной связи так велик, что при наличии замкнутой петли ОС характеристики усилителя зависят только от схемы обратной связи. Конечно, при более подробном изучении должно оказаться, что такое обобщенное заключение справедливо не всегда. Начнем мы с того, что просто рассмотрим, как работает операционный усилитель, а затем по мере необходимости будем изучать его более тщательно.

41 Параметрический стабилизатор напряжения

Параметрический стабилизатор наиболее простой. Его работа основана на свойствах полупроводникового диода, а точнее на одной из его разновидностей – стабилитрона. Типичная наипростейшая схема параметрического стабилизатора приведена на рис.

5.1.В стабилитронах используется явлениеэлектрического лавинного пробоя. При этом в широком диапазоне изменения тока через диод напряжение изменяется на нем очень незначительно. Входное напряжение через ограничительный резистор Rбал подводится к параллельно включенным стабилитрону и сопротивлению нагрузки. Поскольку напряжение на стабилитроне меняется незначительно, то и на нагрузке оно будет иметь тот же характер. При увеличении входного напряжения практически все изменение Uвх передается на Rн, что приводит к увеличению тока в нем. Увеличение этого тока происходит за счет увеличения тока стабилизации при почти неизменном токе нагрузки. Другими словами, все изменение входного напряжения поглощается в ограничительном (балластном) резисторе. Часто стабилитрон работает в таком режиме, когда напряжение источника гуляет (т. е. нестабильно), а сопротивление нагрузки постоянно. Для нормального режима стабилизации сопротивление резистора Rогр должно иметь определенное значение. Если напряжение Uвх гуляет от Umin до Umax, то для расчета Rогр можно воспользоваться формулой:

Rогр = (Uвх.ср - Uст)/(Iср + Iн),

где Uвх.ср = 0,5(Uвх.min + Uвх.max) – среднее значение напряжения источника,

Iср. = 0,5(Imin + Imax) – средний ток стабилитрона,

Iн = Uн/Rн - ток нагрузки.

42,43 Полевой транзистор - полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного электрического поля, создаваемого входным сигналом. Протекание рабочего тока в полевом транзисторе обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками).

Классификация полевых транзисторов

По физической структуре и механизму работы полевые транзисторы условно делят на две группы. Первую образуют транзисторы с управляющим р-n переходом или переходом металл — полупроводник, т.н. барьер Шоттки, вторую — транзисторы с управлением посредством изолированного электрода (затвора), т.н. МДП-транзисторы (металл - диэлектрик - полупроводник); англ. MOSFET-(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом — это полевой транзистор, затвор которого изолирован (то есть отделён в электрическом отношении) от канала p-n переходом, смещённым в обратном направлении.

          С каналом n-типа                  С каналом p-типа З — затвор, И — исток, С — сток (англ. G-gate, S-sourse, D-drain) Такой транзистор имеет два контакта к области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда, и один или два управляющих p-n перехода, смещённых в обратном направлении (см. рис. 1). При изменении обратного напряжения на p-n переходе изменяется его толщина и, следовательно, толщина области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда. Область, толщина и поперечное сечение которой управляется внешним напряжением на управляющем p-n переходе и по которой проходит управляемый ток основных носителей, называют каналом. Электрод, из которого в канал входят основные носители заряда, называют исток И (англ. source S). Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда, называют сток С (англ. drain D). Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвор З (англ. gate G).