Содержание

1. ВВЕДЕНИЕ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРАХ

1.1. Определение электронных приборов. Классификация

электронных приборов

1.2. Режимы и параметры электронных приборов

2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

2.1. Физические явления в полупроводниках

2.2. Токи в полупроводниках

2.3. Уравнение непрерывности

2.4. Электрические переходы в полупроводниковых приборах

2.5. Электронно-дырочный переход в равновесном состоянии

2.6. Электронно-дырочный переход в неравновесном состоянии

2.7. Вольт-амперная характеристика p-n перехода

2.8. Пробой p-n-перехода

2.9. Емкости p-n-перехода

2.10. Полупроводниковые диоды

2.11. Общие параметры диодов

2.12. Выпрямительные диоды

2.13. Полупроводниковые стабилитроны

2.14. Импульсные диоды

2.15. Варикапы

2.16. Туннельные и обращённые диоды

2.17. Параметры туннельных диодов

3. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

3.1. Устройство и принцип действия биполярных транзисторов

3.2. Режимы работы биполярных транзисторов

3.3. Физические процессы в биполярном транзисторе в активном режиме

3.4. Модель Эберса-Молла

3.5. Статические характеристики биполярных транзисторов в схеме с ОБ

3.6. Статические характеристики транзисторов в схеме с ОЭ

3.7. Дифференциальные параметры транзисторов.Системы параметров

3.8. Система Z-параметров

3.9. Система Y-параметров

3.10. Система H–параметров

3.11. Определение дифференциальных h–параметров по статическим характеристикам транзистора

3.12. Физические параметры транзисторов

3.13. Зависимость статических характеристик транзисторов от температуры

3.14. Т-образная схема замещения транзистора на низких частотах

3.15. Связь физических параметров транзистора с h–параметрами

четырехполюсника

3.16. Работа биполярного транзистора в режиме усиления

3.17. Графоаналитический расчет рабочих параметров транзистора

3.18. Частотные свойства биполярных транзисторов

3.19. Эквивалентные схемы транзисторов на высоких частотах

3.20. Работа транзистора в импульсном режиме

3.21. Классификация транзисторов по мощности и частоте

3.22. Методы формирования транзисторных структур и конструкции

транзисторов различного назначения

4. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

4.1. Общие сведения о полевых транзисторах

4.2. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом

4.3. Статические характеристики полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

4.4. Полевой транзистор с управляющим переходом типа металл – полупроводник

4.5. Полевые транзисторы с изолированным затвором

4.6. Статические характеристики МДП-транзисторов

4.7. Влияние температуры на вольт-амперные характеристики полевых транзисторов

4.8. Дифференциальные параметры полевых транзисторов

4.9. Частотные свойства полевых транзисторов и эквивалентные схемы

4.10. Работа полевого транзистора в режиме усиления

5. ПРИБОРЫ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ

5.1. Устройство и принцип действия приборов с зарядовой связью

5.2. Параметры приборов с зарядовой связью

5.3. Применение ПЗС

6. ТИРИСТОРЫ

6.1. Общие сведения о тиристорах

6.2. Триодные тиристоры

6.3. Симметричные тиристоры (симисторы)

6.4. Однопереходные транзисторы

7. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ

7.1. Общие сведения

7.2. Многоэлектродные лампы

7.3. Действующий потенциал тетродов и пентодов

7.4. Статические характеристики и параметры электронных ламп

7.5. Дифференциальные параметры электронных ламп

7.6. Особенности электронных ламп СВЧ-диапазона

7.7. Мощные электронные лампы

1. Введение. Общие сведения об электронных приборах

1.1. Определение электронных приборов. Классификация

электронных приборов

Электронные приборы – это устройства, работа которых основана на использовании электрических, тепловых, оптических и акустических явлений в твёрдом теле, жидкости, вакууме, газе или плазме.

Наиболее общие функции, выполняемые электронными приборами, состоят в преобразовании информационных сигналов или энергии.

Само название «электронные приборы» указывает на то, что все процессы преобразования сигналов и энергии происходят либо за счёт движения электронов, либо при их непосредственном участии. Основными задачами электронного прибора как преобразователя информационных сигналов являются: усиление, генерирование, передача, накопление и хранение сигналов, а также выделение их на фоне шумов.

Электронные приборы можно классифицировать по их назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметрам, конструктивно-технологическим признакам, роду рабочей среды и т.д.

В зависимости от вида сигналов и способа обработки информации все существующие электронные приборы разделяют на электропреобразовательные, электросветовые, фотоэлектрические, термоэлектрические, акустоэлектрические и механоэлектрические.

Электропреобразовательные приборы представляют самую большую группу электронных приборов. К ним относят различные типы диодов и транзисторов, тиристоры, газоразрядные, электровакуумные приборы.

К электросветовым относят светодиоды, люминесцентные конденсаторы, лазеры, электронно-лучевые трубки.

К фотоэлектрическим – фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры, солнечные батареи.

К термоэлектрическим – полупроводниковые диоды, транзисторы, термисторы.

Акустоэлектрические усилители, генераторы, фильтры, линии задержки на поверхностных акустических волнах относятся к акустическим приборам.

В последнее время на стыке электроники и оптики сформировалась новая область техники – оптоэлектроника, привлекающая для решения задач формирования, хранения и обработки сигналов методы электроники и оптики. В данном пособии рассматриваются простейшие оптоэлектронные приборы, их устройство и применение. Успешно разрабатываются также приборы для отображения информации.

По виду рабочей среды различают следующие классы приборов: полупроводниковые, электровакуумные, газоразрядные, хемотронные (рабочая среда – жидкость).

В зависимости от выполняемых функций и назначения электронные приборы делят на выпрямительные, усилительные, генераторные, переключательные, индикаторные и др.

По диапазону частот – низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные; по мощности – малой мощности, средней мощности и мощные.

1.2. Режимы и параметры электронных приборов

Понятие режима электронного прибора включает в себя совокупность условий, определяющих его работу. Любой режим определяется совокупностью параметров. Различают электрический, механический, климатический режимы. Каждый из указанных режимов характеризуется своими параметрами.

Оптимальные условия работы прибора при эксплуатации, испытаниях или измерениях его параметров определяются номинальным режимом. Предельные параметры характеризуют предельно допустимые режимы работы. К ним относятся максимально допустимые значения напряжений на электродах прибора, максимально допустимая мощность, рассеиваемая прибором, и т.д.

Различают статический и динамический режимы. Если прибор работает при постоянных значениях напряжений на электродах, такой режим называется статическим. В этом случае все параметры не меняются во времени. Режим работы прибора, при котором напряжение хотя бы на одном из электродов меняется во времени, называется динамическим.

Кроме параметров режима, различают параметры электронного прибора (например, коэффициент усиления, внутреннее сопротивление, междуэлектродные ёмкости и др.). Связь между изменениями токов и напряжений на электродах в статическом режиме описывается статическими характеристиками. Совокупность статических характеристик при фиксированных значениях третьего параметра называют семейством характеристик.

История создания электронных приборов базируется на открытиях и исследованиях физических явлений, связанных с взаимодействием свободных электронов с электромагнитными полями и веществом.

Работы как отечественных, так и зарубежных учёных в течение XIX в. создали фундамент электроники. На его основе в 1873 г. русский инженер А.Н. Лодыгин изобрёл первый электровакуумный прибор – лампу накаливания. В 1904 г. английский учёный Д. Флеминг сконструировал электровакуумный диод. В 1907 г. появилась первая усилительная электронная лампа – триод, которую изготовил Ли де Форест (США). Большое влияние на развитие электроники оказали работы А.Г. Столетова, А.С. Попова, К.Ф. Брауна, Д. Томсона, О.У. Ричардсона, А. Эйнштейна и др., выполненные в XIX-XX вв.

В 1907 г. русский учёный Б.Л. Розинг предложил использовать электронно-лучевую трубку для воссоздания изображений. Важный вклад в развитие отечественной электроники внесли русские учёные В.И. Коваленков, А.Д. Папалекси, М.А. Бонч-Бруевич, О.В. Лосев и др.

Существенное влияние на развитие электронных приборов оказали работы школы академика А.Ф. Иоффе в 30-40 гг. XX в. В последующем на их основе были изобретены многие приборы.

В 1948г. американскими учёными Д. Бардиным, У. Браттейном и У. Шокли был разработан биполярный транзистор. В 50-е гг. были изобретены полевые транзисторы, солнечные батареи, оптроны, туннельные диоды, тиристоры и др.

Появление в 1960 г. первых интегральных схем положило начало развитию микроэлектроники.

Освоение диапазона сверхвысоких частот (СВЧ) привело к созданию ряда новых как электровакуумных, так и полупроводниковых приборов. Среди них клистроны, магнетроны, лампы бегущей волны (ЛБВ), лампы обратной волны (ЛОВ), лавинно-пролётные диоды, диоды Ганна и др.