4. Дифференциальный усилительный каскад выполняют по принципу сбалансированного моста, два плеча которого образованы резисторами R_к1, и R_к2, а два других — транзисторами Т₁ и T₂. Выходное напряжение  снимается  между   коллекторами   транзисторов   (т. е-   с диагонали моста) или с коллекторов.

На транзисторе T₃ собрана схема источника стабильного тока I_э, определяющего сумму эмиттерных токов I_э1 и I_Э2транзисторов T₁ T₂. В схему источника стабильного тока входят резисторы R1, R₂, R₃ и источник питания E_К2. Транзистор T₄в диодном включении предназначен для повышения стабильности тока I_э в зависимости от изменения температуры (элемент температурной компенсации). Дифференциальный каскад допускает подачу входных сигналов от двух источников (на оба входа U_ВХ1, U_ВХ2) или от одного источника входного сигнала (рис. 2.33). В последнем случае входной сигнал подается на базу одного из транзисторов или между обеими базами. Входы U_ВХ1 и U_ВХ2 при схемах соединения по рис, 2.33 называются дифференциальными.

 

Питание каскада производится от источников + E_K1  и — E_K2 с равными напряжениями. Ввиду последовательного соединения этих источников суммарное напряжение питания схемы Е_п = Е_к1 – Е_к2. С помощью напряжения питания Е_К2снижают потенциал эмиттеров транзисторов T1, T₂ относительно общей точки схемы («земли»). Это позволяет подавать сигналы на входы усилителя без введения дополнительных компенсирующих напряжений.

5. Принцип и строение выпрямительного диода

При прямом включении выпрямительного диода ощутимый ток через него начинает протекать при достижении на диоде определенного напряжения Uоткр. Этот ток называется прямым Iпр. Его изменения на напряжение Uоткр влияют слабо.Естественно, прямой ток диода до бесконечности увеличивать нельзя, при его определенном значении Iпр.макс этот полупроводниковый прибор выйдет из строя.

Полупроводниковый диод представляет собой полупроводниковую пластинку с двумя областями разной проводимости: электронной (n - типа) и дырочной (p - типа). Между ними - разделяющая граница, называемая p-n — переходом (область на границе двух полупроводников с различными типами электропроводности). Рабочий элемент - кристалл германия, обладающий проводимостью n—типа за счёт небольшой добавки донорной примеси.

6.Ступіні інтеграції

мала інтегральна схема (МІС) - до 100 елементів у кристалі,

середня інтегральна схема (СІС) - до 1000 елементів в кристалі,

велика інтегральна схема (ВІС) - до 10 тис. елементів в кристалі,

надвелика інтегральна схема (НВІС, VLSI - англ. Very-large-scale integration) - понад 10 тис. елементів в кристалі.

Надвелика ступінь інтеграції - Ступінь інтеграції мікропроцесорної інтегрованої мікросхеми, що містить більше 100000 елементів

Використовується в різних аналогових та цифрових елементах автоматики, вимірювальної та обчислювальної.

7.

Схема резистивного усилительного каскада на полевом транзисторе с p-n-переходом.

8. Классификация усилителей электрических сигналов проводится:

по виду используемых актив­ных элементов - усилители электронные, магнитные, оптико-электронные и др.,

по виду основного усиленного сигнала - усилители напряжения, тока или мощности,

по виду связи между каскадами - усилители с непосредственными связями, реостатные или резистивные, резистивно-емкостные (RC-усилители), трансформаторные, резистивно-трансформаторные,

по способу усиления - усилители непосредственного (прямого) усиления и усилители с преобразованием спектра усиливаемого сиг­нала (усилители типа М-ДМ, модемы),

по характеру зависимости между входным и выходным сигнала­ми - усилители линейные и нелинейные (с отсечкой, логарифмические и др.),

по полосе пропускания: усилители широкополосные или видеоусилители, звуковые, узко­полосные, усилители постоянного тока.

Вопрос №9:

Речовини, які мають низьку провідність порівняно з провідниками і більшу провідність, ніж у діелектриків називають напівпровідниками. 2. Напівпровідники - це речовини, в яких кількість вільних носіїв заряду дуже залежить від температури (термістори). При низьких температурах напівпровідники є діелектриками, однак уже при кімнатній температурі напівпровідники проводять струм. 3. Питомий опір напівпровідників на декілька порядків більший, ніж у металів, і швидко зменшується зі збільшенням температури, так як збільшується кількість вільних носіїв заряду. 4. Чистим напівпровідникам властива власна провідність. Носіями заряду є електрони та дірки (відсутність електрона). 5. На провідність напівпровідників суттєво впливають домішки. 6. Якщо у 4-валентний кремній додати 5-валентний мишяк, то утворюється домішкова провідність п-типу, яким властива електронна провідність. Такі домішки називають донорними. Основними носіями є електрони, а неосновними - дірки. 7. Якщо у 4-валентний кремній додати 3-валентний індій, то утворюється домішкова провідність р-типу, яким властива діркова провідність. Такі домішки називають акцепторними. Основними носіями є дірки, а неосновними - електрони. 8. На провідність напівпровідників впливає потік світла, що падає на нього (фотоелементи і фотодіоди). 9. Р-п-перехід - це контакт між напівпровідниками р та п типу. У результаті зустрічної дифузії електронів та дірок поблизу р-п-переходу утворюється запираючий електричний шар, поле якого припиняє подальший перехід електронів у р-область і дірок у п-область. 10. Якщо зовнішнє електричне поле направлене від р до п то ширина запираючого шару зменшується, запираючий шар звужується і через р-п-перехід іде струм (пряме включення). 11. Якщо зовнішнє електричне поле направлене від п до р то запираючий шар розширюється, його опір збільшується і струм через р-п-перехід не йде струм (зворотне включення). 12. Отже р-п-перехід має односторонню провідність і широко застосовується у напівпровідникових приладах.

Вопрос №10:

Існує три основних типи логічних схем:

• Схема заперечення НЕ – інвертор. Схема є одновходовой, на виході якої сигнал «Y» виникає при відсутності сигналу «х» на вході. На принципових схемах елемент НЕ зображується у вигляді прямокутників (рис. 20.1). Його умовним символом служить цифра 1, розташована всередині прямокутника в лівому верхньому кутку, і кружок, що позначає лінію виходу. Розташована біля зображення логічного елемента таблиця істинності дозволяє зробити висновок, яким буде сигнал на виході при певній комбінації логічних сигналів на вході.

• Схема збігу І являє собою багатовхідних схему, на виході якої сигнал «Y» виникає тільки при наявності сигналів «Хі, х2 … хп »одночасно на всіх виходах. На рис. 20.2 наведено графічне зображення логічного елемента з двома входами-2И і його таблиця істинності. Характерною відмінністю цього елемента на схемах, є наявність усередині прямокутника англійського знака «&» (Англійська союз «і» – логічне множення), в лівому верхньому кутку.

• Схема складання АБО – багатовхідних схема, сигнал «у» на виході якої, з’являється за наявності сигналу хоча б на одному з входів. На рис. 20.3 представлено графічне зображення схеми та її таблиця істинності.

   

Рис. 20.1. Умовне графічне позначення логічного елемента НЕ (а) і таблиця істинності (б)

   

Рис. 20.2. Умовне графічне позначення логічного елемента І (а) і таблиця істинності (б)

   

Рис. 20.3. Умовне графічне позначення логічного елемента АБО (а) і таблиця істинності (б)

Вопрос №11, 73:

Основным количественным параметром усилителя яв­ляется коэффициент усиления. В зависимости от функци­онального назначения усилителя различают коэффициен­ты усиления по напряжению КU,току KIили мощности КР:

где — амплитудные значения переменных составляющих соответственно напряжения и тока на входе;

— амплитудные значения переменных сос­тавляющих соответственно напряжения и тока на выходе;

— мощности сигналов соответственно на входе и выходе.

Коэффициенты усиления часто выражают в логариф­мических единицах — децибелах:

Усилитель может состоять из одного или нескольких каскадов. Для многокаскадных усилителей его коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиле­ния отдельных его каскадов: К = K1 · К2 ·... · Кn. Если ко­эффициенты усиления каскадов выражены в децибелах, то общий коэффициент усиления равен сумме коэффициен­тов усиления отдельных каскадов:

Обычно в усилителе содержатся реактивные элементы, в том числе и «паразитные», а используемые усилительные элементы обладают инерционностью. В силу этого коэф­фициент усиления является комплексной величиной:

где — модуль коэффициента усиления;

— сдвиг фаз между входным и выходным напряже­ниями с амплитудами и Помимо коэффициента усиления, важным количест­венным показателем является коэффициент полезного действия

где — мощность, потребляемая усилителем от источ­ника питания.

Роль этого показателя особенно возрастает для мощ­ных, как правило, выходных каскадов усилителя.

К количественным показателям усилителя относятся также входное Rвх и выходное сопротивления усили­теля:

где и Iвх — амплитудные значения напряжения и тока на входе усилителя

Вопрос №12:

Терморезистор — полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводникового материала от температуры^[1].

Для терморезистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, относительно невысокая долговременная стабильность характеристик.

Терморезистор изготавливают в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преимущественно методами порошковой металлургии. Их размеры могут варьироваться в пределах от 1–10 мкм до 1–2 см.

Основными параметрами терморезистора являются: номинальное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, интервал рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния.

ВОПРОС № 12

Эксплуатационные возможности термисторов, во многом определяются свойствами материала, из которого изготавливаются их чувствительные элементы (ЧЭ). Основная часть термисторов, выпускаемых промышленностью, изготовлена из поликристаллических оксидных полупроводников – из окислов металлов переходной группы таблицы Менделеева (от титана до цинка). Термисторы в форме стержней, трубок, дисков или пластинок получают методами керамической технологии, то есть путем обжига заготовок при высокой температуре. Главным их недостатком является то, что работая при максимальных температурах они подвержены деградации, старению. Это сокращает срок их службы при использовании при высоких температурах. Термисторы на известных монокристаллических полупроводниковых материалах также имеют существенные ограничения рабочих температур (250…300°С) и требуют защиты поверхности от многих воздействий внешней среды, что связано, как правило, с потерей термочувствительности и увеличением тепловой инерционности.

К достоинствам рассматриваемых термисторов на основе монокристаллов алмаза можно отнести их стабильные характеристики, даже при длительном воздействии предельных температур, большой рассеиваемой мощностью, широким диапазоном рабочих температур, высоким быстродействием и устойчивостью к внешним воздействиям.

 

Чем определяются эти особенности?

Они определяются в первую очередь свойствами самого монокристалла искусственного алмаза.

Это, в первую очередь, высокая рабочая температура ЧЭ, которая определяется для бескорпусного исполнения величиной порядка 1000°С, при отсутствии эффектов старения (деградации полупроводника). А для термистора помещенного в защитную оболочку, ее теплостойкостью. Для стеклянных корпусов это температура порядка 300°С, керамических 600°С и даже 1000°С.

Во-вторых, это стойкость к агрессивным средам.

В-третьих, в специальных применениях, стойкость к радиации.

Самое главное, данные термисторы работают при тепловыделении на них (при прохождении тока), до 0,5 Вт, при керамических корпусах эта мощность может быть в несколько раз выше. В общем случае, предельная мощность тепловыделения определяется только температурой корпуса и способностью среды отводить тепло.

При этом все электрические характеристики не хуже обычных термисторов.

13.Существует три основные схемы включения транзисторов. При этом один из электродов транзистора является общей точкой входа и выхода каскада. Надо помнить, что под входом (выходом) понимают точки, между которыми действует входное (выходное) переменное напряжение. Основные схемы включения называются схемами с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК).

Схема с общим эмиттером (ОЭ). Такая схема изображена на рисунке 1. Во всех книжках написано, что эта схема является наиболее распространненой, т. к. дает наибольшее усиление по мощности.

Рис. 1 - Схема включения транзистора с общим эмиттером

слительные свойства транзистора характеризует один из главных его параметров - статический коэффициент передачи тока базы или статический коэффициент усиления по току ?. Поскольку он должен характеризовать только сам транзистор, его определяют в режиме без нагрузки (R_к = 0). Численно он равен:

при U_к-э = const

Этот коэффициент бывает равен десяткам или сотням, но реальный коэффициент k_i всегда меньше, чем ?, т. к. при включении нагрузки ток коллектора уменьшается.

Коэффициент усиления каскада по напряжению k_u равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения. Входным является перемнное напряжение u_б-э, а выходным - перемнное напряжение на резисторе, или что то же самое, напряжение коллектор-эмиттер. Напряжение база-эмиттер не превышает десятых долей вольта, а выходное достигает едениц и десятков вольт (при достаточном сопротивлении нагрузки и напряжении источника E₂). Отсюда вытекает, что коэффициент усиления каскада по мощности равен сотням, тысячам, а иногда десяткам тысяч.

Важной характеристикой является входное сопротивление R_вх, которое определяется по закону Ома:

и составляет обычно от сотен Ом до едениц килоом. Входное сопротивление транзистора при включении по схеме ОЭ, как видно, получается сравнительно небольшим, что является существенным недостатком. Важно также отметить, что каскад по схеме ОЭ переворачивает фазу напряжения на 180°

К достоинствам схемы ОЭ можно отнести удобство питания ее от одного источника, поскольку на базу и коллектор подаются питающие напряжения одного знака. К недостаткам относят худшие частотные и температурные свойства (например,в сравнении со схемой ОБ). С повышением частоты усиление в схеме ОЭ снижается. К тому же, каскад по схеме ОЭ при усилении вносит значительные искажения.

Схема с общей базой (ОБ). Схема ОБ изображена на рисунке 2.

Рис. 2 - Схема включения транзистора с общей базой

Такая схема включения не дает значительного усиления, но обладает хорошими частотными и температурными свойствами. Применяется она не так часто, как схема ОЭ.

Коэффициент усиления по току схемы ОБ всегда немного меньше еденицы:

т. к. ток коллектора всегда лишь немного меньше тока эмиттера.

Статический коэффициент передачи тока для схемы ОБ обозначается ? и определяется:

при u_к-б = const

Этот коэффициент всегда меньше 1 и чем он ближе к 1, тем лучше транзистор. Коэффициент усиления по напряжению получается таким же, как и в схеме ОЭ. Входное сопротивление схемы ОБ в десятки раз ниже, чем в схеме ОЭ.

Для схемы ОБ фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует, то есть фаза напряжения при усилении не переворачивается. Кроме того, при усилении схема ОБ вносит гораздо меньшие искажения, нежели схема ОЭ.

Схема с общим коллектором (ОК). Схема включения с общим коллектором показана на рисунке 3. Такая схема чаще называется эмиттерным повторителем.

Рис. 3 - Схема включения транзистора с общим коллектором

Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь. Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме ОЭ. Коэффициент усиления по напряжению приближается к единице, но всегда меньше ее. В итоге коэффициент усиления по мощности примерно равен k_i, т. е. нескольким десяткам.

В схеме ОК фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным - потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода.

Входное сопротивление схемы ОК довольно высокое (десятки килоом), а выходное - сравнительно небольшое. Это является немаловажным достоинством схемы.

14. Електронний підсилювач - підсилювач електричних сигналів, в підсилювальних елементах якого використовується явище електричної провідності в газах,вакуумі та напівпровідниках. Електронний підсилювач може являти собою як самостійний пристрій, так і блок (функціональний вузол) у складі якої-небудь апаратури - радіоприймача, магнітофона, вимірювального приладу і т. д.

Основными характеристиками электронных усилителей являются: 1) коэффициент усиления – главный параметр усилителя; Он показывает во сколько раз амплитуда выходного напряжения больше амплитуды входного напряжения.

     Коэффициент усиления усилителя является безразмерной величиной, но его часто выражают в децибелах (логарифмических единицах). Приведенные схемы усилителей являются однокаскадными. Для регистрации электрических сигналов одного каскада, как правило, бывает недостаточно. Поэтому используют усилители, состоящие из нескольких каскадов, которые подключаются последовательно друг с другом. Коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления всех каскадов.

   В медицинских приборах наиболее часто применяют трех и четырех каскадные усилители 2) частотная и фазовая характеристики — графическое или табличное задание зависимости коэффициентов усиления и сдвига фазы колебаний от их частоты; 3) переходная характеристика — изображение формы усиленной кривой во времени при подаче на вход сигнала прямоугольной формы; 4) амплитудная характеристика — зависимость амплитуды колебаний на выходе от величины амплитуды на входе; Амплитудная характеристика усилителя может быть представлена графиком зависимости амплитуды выходящего сигнала от амплитуды входящего сигнала. На графике есть линейная часть кривой, которая переходит в нелинейное насыщение, которое является результатом ограничения величины блока питания. Для того, чтобы избежать искажений необходимо, чтобы амплитуда входных сигналов соответствовала линейной части амплитудной характеристики усилителя. 5) коэффициент нелинейности — отклонение амплитудной характеристики (в процентах) от прямой линии; 6) уровень шумов — величина эффективного напряжения собственных помех, отнесенного к входу усилителя.

15. Электронно-дырочный переход:  Любой полупроводниковый прибор основан на одном или нескольких электронно-дырочных переходах.  Электронно*дырочный переход (p_n переход) это область контакта двух полупроводников с разными типами проводимости.  Поскольку в полупроводнике n-типа концентрация электронов значительно превышает концентрацию дырок (n >> p),а в полупроводнике p_типа – наоборот (p >> n), то при контакте двух полупроводников разных типов начинается процесс диффузии: дырки из p_области стремительно диффундируют (переходят) в n_область, а электроны, наоборот, из n_области в p_область.  В результате диффузии в n_области на границе контакта уменьшается концентрация электронов и возникает положительно заряженный слой. В p_области, наоборот, уменьшается  концентрация дырок и возникает отрицательно заряженный слой. Таким образом на границе полупроводников образуется двойной электрический слой, препятствующий дальнейшему  процессу диффузии электронов и дырок навстречу друг другу. Такой слой называется запирающим.   p_n_переход обладает одной удивительной особенностью: односторонней проводимостью, то есть способностью пропускать электрический ток только в одну сторону.  Рассмотрим два возможных варианта подачи напряжения на p_n_переход:  1) положительный полюс источника соединен с p_областью, а отрицательный – с n_областью.  Тогда в силу притягивания разноименных зарядов друг к другу напряженность электрического поля в запирающем слое будет уменьшаться. Естественно, это облегчает переход основных носителей через контактный слой. Дырки из p-области и электроны из n_области, двигаясь навстречу друг другу, будут пересекать p-n-переход, создавая ток в прямом направлении. Сила тока через p_n_переход в этом случае будет возрастать при увеличении напряжения источника.    2)Положительный полюс источника соединен с n_областью, а отрицательный – с p_областью.  Такое включение приведет к возрастанию напряженности поля в запирающем слое. Дырки в p_области и электроны в n_области небудут двигаться навстречу друг другу, что приведет к увеличению концентрации неосновных носителей в запирающем слое. Следовательно, ток через p_n_переход практически не идет. Напряжение, поданное на p_n_переход при таком включении, называют обратным. Весьма незначительный обратный ток обусловлен только собственной проводимостью полупроводниковых материалов, т. е. наличием небольшой концентрации свободных электронов в p_области и дырок в n_области. 

16. Симметричным мультивибратор называют при попарном равенстве сопротивлений резисторов R1 и R4, R2 и R3, ёмкостей конденсаторов C1 и C2, а также параметров транзисторов Q1 и Q2.

Симметричный мультивибратор генерирует прямоугольные колебания со скважностью 2 типа «меандр», то есть сигнал, в течение периода которого длительность импульса и длительность паузы одинакова.

Симметричный мультивибратор по «классической» схеме (см. рисунок) широко используется для учебных и демонстрационных целей в качестве простейшего по устройству генератора электрических колебаний. Работу этой схемы легко понять и она очевидна, а также не требует для своей реализации неудобных индуктивностей и трансформаторов.

№17

1.По характеру усиливаемх сигналов:

а)Гармонические

б) Импульснфе

2.ПО диапазону частот электрических сигналов:

а)УНЧ

б)УПТ

в)Селективные

г)Широкополюсные

3.По роду усиливаемой велечины

(усилители тока,напряжения,мощности.)

4.По способу соединения усилительных каскадов.

№18

ВАХ - Вольт Амперна Характеристика.

Вольт-амперная характеристика идеального p-n перехода

вольт-амперная характеристика идеального p-n перехода имеет ярко выраженный несимметричный вид. В области прямых напряжений ток p-n перехода диффузионный и экспоненциально возрастает с ростом приложенного напряжения. В области отрицательных напряжений ток p-n перехода - дрейфовый и не зависит от приложенного напряжения.

№19

Полевой транзистор можно включать по одной из трех основных схем: с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ).

о и-

о с-

оз -

25. Принцип дії

При протіканні через діод прямого струму відбувається інжекція електронів.

Процес самовільної рекомбінації інжектованих електронів, що відбувається, як в базовій області, так і в самому p-n переході, супроводжується їх переходом з високого енергетичного рівня на більш низький. Електрон після рекомбінації знаходиться у дуже нестабільному стані, оскільки він має зайву енергію (Евх,). В такому стані електрон довго перебувати не може. Він перейде на стаціонарну орбіту з нижчим енергетичним рівнем (Ест.) і випромінить квант світла. Тому Eкв.св. = Eнадл., Eнадл. = Евх - Ест Щоб кванти енергії – фотони, які вивільнились при рекомбінації відповідали квантам видимого світла збільшують кількість p-n переходів.

Не всі напівпровідникові матеріали ефективно випускають світло, при рекомбінації. Гарними випромінювачами є, як правило, прямозонні напівпровідники типу AIIIBV (наприклад, GaAs або InP) і AIIBVI (наприклад, ZnSe або CdTe). Варіюючи склад напівпровідників, можна створювати світлодіоди різних довжин хвиль, — від ультрафіолету (GaN) до середнього інфрачервоного діапазону (PbS).

Діоди зроблені з непрямозонних напівпровідників (наприклад, кремнієвий Si або германієвий Ge діоди, а також сплави SiGe, SiC), світло практично не випромінюють. Втім, у зв'язку з розвиненістю кремнієвої технології, роботи зі створення світлодіодів на основі кремнію активно ведуться. Останнім часом, великі надії пов'язують з технологією квантових точок і фотонних кристалів.

Конструкція

Основу будь-якого світлодіода становить светоизлучающий кристал з певною комбінацією епітаксійних шарів, найчастіше висловлених на підкладках з GaAs або GaP. Кристал має, як правило, форму квадрата зі стороною 0.35 - 0.5 мм. Для підвищення щільності струму через pn-перехід зменшують розміри активної області до декількох десятків мікрометрів шляхом формування мезаструктур або ізолюючих аморфних шарів, отриманих протонної бомбардуванням. Омічні контакти до кристалів виготовляють традиційними методами тонкоплівкової технології - вакуумним напиленням, електрохімічним або хімічним осадженням. Як правило, застосовують багатокомпонентні сплави типу Au - Zn, Au - Be, Au - Ni, Aa - Ge - Ni та ін Після операції нанесення контактів проводиться їх вжигание при температурах 500 - 6000С. Для з'єднання верхніх контактів з висновками застосовують термокомпрессіонную або лазерну зварювання, а нижніх - припої або струмопровідні клеї. Верхній омічний контакт світлодіода повинен, з одного боку, мати мінімальну поверхню для зменшення втрат світла, а з іншого боку, містити майданчик, достатню для зварювання, і мати форму, що забезпечує рівномірне розтікання струму по площі pn-переходу (рис.2.1). Нижній контакт може бути суцільним при непрозорою підкладці і у вигляді сітки або набору точок малої площі для кристалів з прозорою підкладкою. В останньому випадку контактний сплав повинен мати гарні, що відбивають. На рис.2.2. показані конструкції деяких найбільш поширених типів світлодіодів та їх діаграми спрямованості. Як видно, існують три типи світлодіодів: у металлостеклянном (АЛ 102), пластмасовому (АЛ 307) корпусі і безкорпусні (АЛ 301). Перший тип світлодіодів характеризується високою надійністю і стабільністю параметрів, а другий - технологічністю і низькою вартістю, великою стійкістю до дії ударних і вібраційних навантажень, можливістю управління діаграмою спрямованості випромінювання у напрямі як її розширення, так і звуження

26. При розгляді динамічного режиму вважаємо, що статичний режим забезпечений, на вхід підсилювального каскаду подано гармонійне напругу з частотою w.

Вважається, що режим роботи транзистора - малосигнальний (фактично лінійний), тобто сигнальні значення вихідних струмів D I _ВИХІД і напруг D U _ВИХІД малі в порівнянні з їх значеннями I _ВИХІД і U _ВИХІД у вихідній РТ

При малосигнальний режимі роботи транзистора взаємозв'язку і взаємозалежності між його струмами і напругами визначаються постійними коефіцієнтами, що не залежать від рівня сигналів (малосигнальний параметрами)

Істотною відмінністю підсилювальних приладів від пасивних елементів і ланцюгів є їх властивість односпрямованість передачі сигналів, що може бути охарактеризоване нерівністю | h ₂₁ |>> | h ₁₂ |

Вхідний гармонійне напруга (Ріс.6.10) через C _Е прикладається до ділянки база-емітер транзистора і викликає зміни струму бази, який у свою чергу викликає зміни колекторного струму. Таким чином у складі колекторного струму з'являється змінна складова з частотою вхідного гармонійного впливу і амплітудою . Джерелом цієї складової є транзистор. Враховуючи, що опір ємностей З _Е, З _Ф, З _Р для змінної напруги з частотою w мізерно малі, можна представити схему заміщення підсилювального каскаду по змінному струму.

27. Негативний зворотний зв'язок

тип зворотного зв'язку, при якому вихідний сигнал передається назад на вхід для погашення частини вхідного сигналу.

Негативний зворотний зв'язок робить систему стійкішою до випадкової зміни параметрів.

Негативний зворотний зв'язок в електроніці

оказовий приклад використання негативного зворотного зв'язку — будова підсилювача зі стабільним коефіцієнтом підсилення на основі операційного підсилювача (ОП).

Нехай дано деякий ОП з коефіцієнтом підсилення порядку 10 6 . На основі цього ОП потрібно створити підсилювач зі вхідним опором не менше 5 кОм і коефіцієнтом підсилення 2. Для цього на інвертуючий вхід ОП ставиться резистор з опором, трохи більшим від потрібного вхідного (припустимо, 7 кОм), а в ланцюг зворотного зв'язку — резистор з номіналом вдвічі більшим. Аналітична формула показує, що такий спосіб побудови підсилювачів є наближеним, однак в силу великої величини коефіцієнта підсилення, похибка від застосованих припущень виявляється меншою, ніж від неточності виготовлення елементів.

Зазвичай НЗЗ дозволяє домогтися гарних параметрів підсилювача, однак це справедливо в загальному випадку тільки для підсилення постійного струму або низьких частот. Оскільки з підвищенням частоти затримка, яка вноситься підсилювачем, починає давати суттєвий фазовий зсув підсилюваного сигналу, то і НЗЗ працює вже не відповідно до розрахунку. Якщо і далі підвищувати частоту, то коли затримка стане порядку напівперіоду сигналу (тобто близькою до 180 градусів по фазі), то НЗЗ перетвориться в ПЗЗ, а підсилювач — в генератор. Для запобігання цьому, ланцюг НЗЗ повинен робитися частотно-залежним.

У ЗВЧ-підсилювачах зворотний зв'язок непридатний, тому стабілізувати посилення ЗВЧ-каскадів вельми непросто. Однак, якщо потрібно стабілізувати не підсилення, а амплітуду (потужність) вихідного сигналу, це легко реалізувати у вигляді АРП.

Позитивний зворотний зв'язок

ип зворотного зв'язку, при якому зміна вихідного сигналу системи призводить до такої зміни вхідного сигналу, яке сприяє подальшому відхиленню вихідного сигналу від початкового значення.

Позитивний зворотний зв'язок прискорює реакцію системи на зміну вхідного сигналу, тому її використовують в певних ситуаціях, коли потрібна швидка реакція у відповідь на зміну зовнішніх параметрів. У той же час позитивний зворотний зв'язок призводить до нестійкості і виникнення якісно нових (автоколивальних) систем, званих генератори (виробники).

Автогенератор на основі підсилювача з мостом Вина в ланцюзі позитивного зворотного зв'язку є прикладом частотно-залежною ПОС.

Якщо цифровий логічний елемент охопити невеликий ПОС, вийде схема з гістерезисом ( або тригер Шмітта), яка з успіхом застосовується для усунення брязкоту контактів, усунення помилкових спрацьовувань датчиків (або кабельних приймачів) від впливу перешкод, та ін

Нелінійна позитивний зворотний зв'язок веде до того, що система починає розвиватися в режимі з загостренням.

28.

33.Вкажіть власитивості p-n переходу, які використовують при побудові напівпровідникових електронних приладів.

Пропускают ток в одном напрвлении.

34.Наведідь схему підсилювача постійного струму прямого підсилення. Поняття дрейфа нуля.

При непосредственной связи между каскадами усиления существенными становятся нестабильность напряжения питания, изменение параметров элементов схем во времени и под влиянием температуры. Эти причины вызывают в усилителе изменение потенциалов напряжений на транзисторах, которые усиливаются последующими каскадами и воспринимаются как полезный сигнал на выходе. Самопроизвольное изменение выходного напряжения УПТ при отсутствии входного сигнала называются дрейфом нуля усилителя.

35.Схарактеризуйте фотодіоди. Поясніть призначення, вольт амперну характеристику та схему ввімкнення.

Фотодиод – это полупроводниковый прибор, который имеет светочувствительную поверхность. В зависимости от величины освещённости этой поверхности, меняется ток через фотодиод, если на него подано напряжение (фотодиод включается в обратном направлении, как и стабилитрон). Этот эффект используется в различных оптических датчиках.



36.Основні технічні показники підсилювачів.

Найважливішими технічними показниками підсилювача є: коефіцієнти підсилення (по напрузі, струму і потужності), вхідний і вихідний опору, вихідна потужність, коефіцієнт корисної дії, номінальна вхідна напруга (чутливість), діапазон частот підсилюються, динамічний діапазон амплітуд і рівень власних перешкод, а також показники, що характеризують нелінійні, частотні та фазові спотворення підсилюється сигналу.

Коефіцієнт посилення - відношення сталих значень вихідної та вхідної сигналів підсилювача. Залежно від типу підсилюється величини розрізняють коефіцієнти підсилення:

1)по напрузі Ku = D U2 / D U1;

2)по току Ki = D I2 / D I1;

3)за потужністю Кр = Р2 / Р1,

де U 1, U 2, I 1, I 2 - діючі (або амплітудні) напруги і струми.

Так як P 1 = U 1 I 1 і P 2 = U 2 I 2, то коефіцієнт підсилення по потужності Kp = Ku Ki.

№37

№37Підсилювач постійного струму призначений для підсилення повільно змінних сигналів та сигналів нульової частоти. Робочи смуга частот таких підсилювачів знаходиться в межах від 0 до fв.

В пілсилювачах постійного струму використовується беспосередній гальванічний зв’язок між каскадами, тому в схемі відсутні реактивні елементи, такі як котушки чи конденсатори.

При відсутності вхідного сигналу напруга на виході підсилювача Uвих = 0. Резистори R3, R4 складають дільник напруги з коефіцієнтом передачі:

Кд = R4 / (R3 – R4)

Коефіцієнт підсилення всієї схеми

К = Ко * Кд = Ко * R4 / (R3 + R4)

де Ко – коефіцієнт підсилення схеми без дільника.

Недоліком підсилювача постійного струму є дрейф нуля – повільна зміна вихідної напруги при відсутності вхідного сигналу (Uвх = 0). Дрейф нуля зумовлений нестабільністю напруги живлення, впливом температури та нестабільністю параметрів елементів схеми.

Підсилювачі постійного струму реалізують в мікросхемному виконанні і вони являються основою великого класу спеціалізованих аналогових схем – операційних підсилювачів.

№38

Напівпровідниковий стабілітрон – це діод, призначений для роботи в режимі пробою на зворотній гілці вольт-амперної характеристики. В діоді, до якого прикладене зворотне, або замикаюче, напруга, можливі три механізми пробою: тунельний пробій, лавинний пробій і пробій вследствии теплової нестійкості – катастрофічного саморозігрівання струмами витоку. Тепловий пробій спостерігається у випрямних діодах, особливо германієвих, а для кремнієвих стабілітронів він не критичний. При настанні пробою струм через стабілітрон різко зростає, а його диференціальний опір падає до величини, що становить для різних приладів від часток Ома до сотень Ом. Тому в режимі пробою напруга на стабілітроні підтримується із заданою точністю в широкому діапазоні зворотних струмів.

Стабілітрони завоювали визначне місце в джерелах живлення, особливо низьковольтних. Переважно для цього застосовуються площинні кремнієві діоди, виготовлені за особливою технологією. При включенні їх у зворотньому напрямку і певній напрузі-на переході останній «пробивається», і надалі, незважаючи на збільшення струму через-перехід напруга на ньому залишився майже незмінною. Дякуючи цій властивості стабілітрони широко застосовують в якості самостійних стабілізуючих елементів, а також джерел зразкових напруг в стабілізаторах на транзисторах. Для отримання малих зразкових напруг стабілітрони включають в прямому напрямку, при цьому напруга стабілізації стабілітрона одного одно 0,7 … 0,8 В. Такі ж результати виходять при включенні в прямому напрямку звичайних кремнієвих діодів.

 

Для стабілізації низьких напруг розроблені і широко застосовуються спеціальні напівпровідникові діоди – Стабистор. Відмінність їх від стабілітронів в тому, що вони працюють на прямий галузі вольт-амперної характеристики, тобто при включенні в прямому (провідному) напрямку. Це повною мірою відноситься і до двох-анодного (двостороннього) стабілітрона, який можна включати в електричний ланцюг в будь-якому напрямку (по суті, це два зустрічно включених).

№39

Параметры по постоянному току

• Ограниченное усиление : коэффициент G _openloop не бесконечен (типичное значение 10 ⁵ 10 ⁶ на постоянном токе). Этот эффект заметно проявляется только в случаях, когда коэффициент передачи каскада с ОУ отличается от параметра G _openloop в небольшое число раз (усиление каскада отличается от G_openloop на 12 порядка или еще меньше).

• Ненулевой входной ток (или, что почти то же самое, ограниченное входное сопротивление): типичные значения входного тока составляют 10 ⁻⁹ 10⁻¹² А. Это накладывает ограничения на максимальное значение сопротивлений в цепи обратной связи, а также на возможности согласования по напряжению с источником сигнала. Некоторые ОУ имеют на входе дополнительные цепи для защиты входа от чрезмерного напряжения - эти цепи могут значительно ухудшить входное сопротивление. Поэтому некоторые ОУ выпускаются в защищенной и незащищенной версии.

• Ненулевое выходное сопротивление. Данное ограничение не имеет большого значения, так как наличие обратной связи эффективно уменьшает выходное сопротивление каскада на ОУ (практически до сколь угодно малых значений).

• Ненулевое напряжение смещения : требование о равенстве входных напряжений в активном состоянии для реальных ОУ выполняется не совсем точно - ОУ стремится поддерживать между своими входами не точно ноль вольт, а некоторое небольшое напряжение ( напряжение смещения). Другими словами, реальный ОУ ведет себя как идеальный ОУ, у которого внутри последовательно с одним из входов включен генератор напряжения с ЭДС U _см. Напряжение смещения - очень важный параметр, он ограничивает точность ОУ, например, при сравнении двух напряжений. Типичные значения U _смсоставляют 10 ⁻³ 10 ⁻⁶ В.

• Ненулевое усиление синфазного сигнала. Идеальный ОУ усиливает только разницу входных напряжений, сами же напряжения значения не имеют. В реальных ОУ значение входного синфазного напряжения оказывает некоторое влияние на выходное напряжение. Данный эффект определяется параметром коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС, англ. common-mode rejection ratio, CMRR ), который показывает, во сколько раз приращение напряжения на выходе меньше, чем вызвавшее его приращение синфазного напряжения на входе ОУ. Типичные значения: 10 ⁴ 10 ⁶.

6.2. Параметры по переменному току

• Ограниченная полоса пропускания. Любой усилитель имеет конечную полосу пропускания, но фактор полосы не особенно значим для ОУ, поскольку они имеют внутреннюю частотную коррекцию для увеличения запаса по фазе.

• Ненулевая входная ёмкость. Образует паразитный фильтр нижних частот.

• Ненулевая задержка сигнала. Данный параметр, косвенно связанный с ограничением полосы пропускания, может ухудшить действие ООС при повышении рабочих частот.

• Ненулевое время восстановления после насыщения

№40

№41

Штрих Ше́ффера — бинарная логическая операция, булева функция над двумя переменными. Введена в рассмотрение Генри Шеффером в 1913 г. (в отдельных источниках именуется как Пунктир Чулкова)

Штрих Шеффера, обычно обозначаемый |, эквивалентен операции НЕ-И и задаётся следующей таблицей истинности:

X	Y	X|Y
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Таким образом, высказывание X | Y означает, что X и Y несовместны, т.е. не являются истинными одновременно. От перемены мест операндов результат операции не изменяется.

Штрих Шеффера, как и стрелка Пирса, образует базис для пространства булевых функций от двух переменных. То есть используя только штрих Шеффера можно построить остальные операции. Например,

 — отрицание

 — конъюнк

 — дизъюнкцияция

— константа 1

В электронике это означает, что для реализации всего многообразия схем преобразования сигналов, представляющих логические значения, достаточно одного типового элемента. С другой стороны, такой подход увеличивает сложность реализующих логические выражения схем и тем самым снижает их надёжность. Примером может являться промышленная 155 серия.

Элемент 2И-НЕ (2-in NAND), реализующий штрих Шеффера обозначается следующим образом (по стандартам ANSI):

В европейских стандартах принято другое обозначение:

№42

Вольт-Амперная характеристика P-N перехода очень сильно зависит от температуры.

При повышении температуры перехода , токи через переход начинают возрастать быстрее

№43

Операционные усилители представляют собой усилители постоянного тока с низкими значениями напряжения смещения нуля и входных токов и с высоким коэффициентом усиления. По размерам и цене они практически не отличаются от отдельного транзистора. В то же время, преобразование сигнала схемой на ОУ почти исключительно определяется свойствами цепей обратных связей усилителя и отличается высокой стабильностью и воспроизводимостью. Кроме того, благодаря практически идеальным характеристикам ОУ реализация различных электронных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах. Поэтому операционные усилители почти полностью вытеснили отдельные транзисторы в качестве элементов схем ("кирпичиков") во многих областях аналоговой схемотехники.

На рис.1 дано схемное обозначение операционного усилителя. Входной каскад его выполняется в виде дифференциального усилителя, так что операционный усилитель имеет два входа. В дальнейшем будем, при необходимости, обозначать неинвертирующий вход буквой p (positive - положительный), а инвертирующий - буквой n (negative - отрицательный). Выходное напряжение U_вых находится в одной фазе с разностью входных напряжений:

U_вых = U₁ - U₂

Рис. 1. Обозначение ОУ

Чтобы обеспечить возможность работы операционного усилителя как с положительными, так и с отрицательными входными сигналами, следует использовать двухполярное питающее напряжение. Для этого нужно предусмотреть два источника постоянного тока, которые, как это показано на рис. 1, подключаются к соответствующим внешним выводам ОУ. Обычно интегральные операционные усилители работают с напряжением питания +/-15 В. В дальнейшем, рассматривая схемы на ОУ, мы, как правило, не будем указывать выводы питания.

Наконец, очень важное обстоятельство: операционный усилитель почти всегда охвачен глубокой отрицательной обратной связью, свойства которой и определяют свойства схемы с ОУ.

Принцип введения отрицательной обратной связи иллюстрируется рис. 2.

№44

Стре́лка Пи́рса — бинарная логическая операция, булева функция над двумя переменными. Введена в рассмотрение Чарльзом Пирсом (Сharles Peirce) в 1880—1881 г.г.

Стрелка Пирса, обычно обозначаемая ↓, эквивалентна операции НЕ-ИЛИ и задаётся следующей таблицей истинности:

X	Y	X ↓ Y
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0