Контрольные вопросы

1. Пассивные компоненты электронных устройств (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности).

2. Основные свойства и характеристики полупроводников. Собственная и примесная проводимости. Зонная энергетическая диаграмма. Уровень Ферми. Генерация и рекомбинация носителей. Время жизни и диффузионная длина. Диффузия и дрейф.

3. Электронные переходы, р-n переход при прямом и обратном смещении. Особенности реальных р-n переходов. Виды пробоев р-n переходов.

4. Полупроводниковые диоды. Стабилитроны, стабисторы. Диоды Шоттки.

5. Тиристоры.

6. Биполярные транзисторы (структура, принцип и режимы работы). Диффузионные и дрейфовые транзисторы. Схемы включения биполярных транзисторов.

7. Полевые транзисторы. Полевой транзистор с управляющим р-n переходом.Полевые транзисторы с изолированным затвором с индуцированным и встроенным каналом.

8. Схемы включения полевых транзисторов.

9. Элементы оптоэлектроники. Управляемые источники света. Фотоприемники. Оптроны, оптоэлектронные ИС.

10. Электронные усилители: классификация, параметры, характеристики. Усилители постоянного тока.

11. Усилительный каскад на биполярном транзисторе.

12. Усилительные каскады на полевых транзисторах.

13. Обратная связь в усилителях. Виды обратных связей в усилителях и способы их создания. Влияние обратных связей на параметры и характеристики усилителей.

14. АЧХ и ФЧХ усилителей. Аппроксимация АЧХ и ФЧХ по Боде. Способы коррекции АЧХ и ФЧХ.

15. Дифференциальный усилитель.

16. Операционный усилитель (ОУ).

17. Инвертирующий усилитель на ОУ.

18. Неинвертирующий усилитель на ОУ. Повторитель напряжения.

19. Сумматор на основе инвертирующего усилителя.

20. Дифференциальные усилители на ОУ.

21. Нелинейные преобразователи сигналов. Логарифмирующий усилитель. Антилогарифмирующий усилитель.

22. Перемножители сигналов.

23. Пассивные и активные фильтры. Активные RС-фильтры нижних и верхних частот. Полосовые фильтры.

24. Генераторы. Генераторы синусоидальных колебаний. LС-генераторы.

25. RC-генераторы.

26. Устройства сравнения аналоговых сигналов. Компараторы.

27. Импульсные устройства. Генераторы прямоугольных сигналов. Триггер Шмитта. Мультивибраторы.

28. Цифро-аналоговые преобразователи.

1

Резисторы. Резисторы R, условное обозначение которых показано на рис. 1.1, используются в электрических цепях для обеспечения требуемого распределения токов и напряжений между отдельными участками цепи.

Если к резистору приложить напряжение , то ток , сопротивление резистора и выделяемая на нём мощность определяются следующими соотношениями:

; ; ;

Основу резистора составляет резистивный элемент, выполненный из материалов, обладающих электронным типом проводимости. Если к резистору приложено напряжение 1В и через него протекает ток 1А, то сопротивление резистора равно 1 Ом. При последовательном и параллельном соединении n резисторов их общие сопротивления соответственно равны:

По постоянству значения сопротивления резисторы различают на:

постоянные - с фиксированным сопротивлением;

переменные - с изменяющимся сопротивлением;

специальные - сопротивление зависит от действия внешних факторов.

К специальным резисторам относятся:

варисторы - сопротивление зависит от напряженности электрического поля;

терморезисторы - сопротивление зависит от температуры;

фоторезисторы - сопротивление зависит от освещения резистора;

магниторезисторы - сопротивление зависит от магнитного поля.

В зависимости от вида проводящего резистивного элемента резисторы бывают проволочные и непроволочные. Наибольшее применение нашли непроволочные резисторы.

Рис.1.1. Условное обозначение резисторов: а – постоянные, б – подстроечные, в – переменные, г – терморезисторы, д - варисторы

Основные характеристики резисторов.

Стабильность сопротивления резисторов во времени характеризуется коэффициентом старения , где - время; - сопротивление резистора непосредственно после изготовления. Коэффициент старения резисторов существенно изменяется от партии к партии. Поэтому в технических условиях указывают коэффициент значительно меньший, чем у большей части резисторов.

Номинальная мощность рассеивания указывает, какую максимальную мощность может рассеивать резистор в течение длительного времени при заданной стабильности сопротивления. Она определяется размерами резистора, конструкцией и свойствами резистивного слоя.

Специальные резисторы.

У варисторов сопротивление изменяется с изменением приложенного напряжения. Они используются как стабилизаторы и ограничители напряжения.

К терморезисторам относятся резисторы, сопротивление которых меняется с изменением температуры.

Магниторезисторы - полупроводниковые резисторы с резко выраженной зависимостью электрического сопротивления от магнитного поля.

Позисторы - это терморезисторы с большой величиной положительного температурного коэффициента сопротивления (ПТКС).

Конденсаторы. Конструктивно конденсатор представляет собой две обкладки, между которыми находится диэлектрик. Конденсатор ёмкостью обладает свойством накопления энергии электрического поля. Электрические характеристики и область применения конденсаторов зависят от типа диэлектрика между обкладками. Конденсаторы бывают как постоянной, так и переменной емкости. По способу изменения емкости конденсаторы бывают с механически и электрически управляемой емкостью.

Рис.1.4. Условное обозначение конденсаторов: а - постоянной ёмкости;

б - электролитический полярный; в - переменной ёмкости; г - подстроечный; д - вариконд;

е - дифференциальный; ж - многосекционный; з - варикап.

Конденсатор как законченное устройство обладает рядом паразитных параметров. Эквивалентная схема конденсатора показана на рис.1.5, где - определяется конструкцией, размерами обкладок и ограничивает частотный диапазон применения, - сопротивление изоляции, - сопротивление потерь.

Если к конденсатору приложено напряжение , то заряд , ёмкость , ток , энергия и мощность определяются следующими соотношениями:

; ; ; ;

Если на конденсаторе заряд равен 1Кл и разность потенциалов между обкладками равна 1В, то конденсатор имеет ёмкость 1Ф.

При последовательном и параллельном соединении n конденсаторов их общие ёмкости определяются выражениями соответственно:

Если конденсатор емкостью С включен в цепь переменного тока с частотой колебаний ω, то его сопротивление X_С определяется выражением:

Из выражения видно, что сопротивление конденсатора зависит от частоты электрических колебаний, которые приложены к конденсатору. Следовательно, сопротивление цепи, в которой содержится конденсатор, изменяется с изменением частоты электрических колебаний, действующих в цепи. Эти свойства конденсаторов используются для построения частотнозависимых и частотноизбирательных электрических цепей (дифференцирующих, интегрирующих, колебательных, фильтрующих и т.п.).

Основные характеристики конденсаторов.

На практике для характеристики потерь пользуются понятием добротности конденсатора или отношением реактивной мощности к активной. Конденсаторы характеризуются номинальной и фактической ёмкостью. Номинальная емкость указывается заводом-изготовителем, а фактическая определяется при данных температуре и частоте. Допустимое отклонение ёмкости задается в процентах:

По точности и отклонению ёмкости от номинального значения конденсаторы разделяются на классы.

Изменение ёмкости в зависимости от температуры характеризуется температурным коэффициентом ёмкости (ТКЕ).

Катушки индуктивности. Для создания катушек индуктивности используется эффект взаимодействия переменного тока с магнитным полем, наводимым этим током. Коэффициент пропорциональности между переменными напряжением и током с частотой ω является реактивным сопротивлением jωL, где L - индуктивность (коэффициент пропорциональности). Индуктивный элемент обладает свойством накопления энергии магнитного поля.

Для уменьшения габаритов и увеличения индуктивности провод наматывается в виде катушки. При протекании переменного тока через катушку сказывается взаимоиндукция между ее витками, что приводит к увеличению индуктивности.

Катушка индуктивности может быть представлена схемой замещения (рис.1.6), где - индуктивность катушки и выводов; - ёмкость обмоток, выводов, сердечника, экрана; - сопротивление потерь в ёмкости; - сопротивление потерь в катушке.

Индуктивность катушки может быть рассчитана по формуле

, мкГн.

Если к приложено напряжение , то потокосцепление , индуктивность , ток , мощность и энергия определяются следующими соотношениями:

; ; ; ;

Если через катушку протекает ток в 1А и создает магнитный поток в 1 Вб, то индуктивность катушки равна 1Гн.

При последовательном и параллельном соединении n катушек их общая индуктивность определяется следующими выражениями соответственно:

Если катушка, обладающая индуктивностью L, включена в цепь переменного тока с частотой колебаний ω, то ее сопротивление X_L определяется выражением:

Так как сопротивление X_L зависит от частоты ω, то сопротивление цепи, в которой включена катушка индуктивности, также будет зависеть от частоты электрических колебаний, действующих в цепи. Эти свойства катушек индуктивности, как и подобные свойства конденсаторов, используются для создания дифференцирующих, интегрирующих, колебательных и фильтрующих цепей.

Основные характеристики катушек индуктивности.

Качество катушки, используемой в колебательном контуре, определяется ее добротностью, характеризующей относительные потери мощности в ней.

Добротность определяется отношением реактивного сопротивления к активному:

(1.11)

Для снижения активного сопротивления провода обмотки катушек наматывают достаточно толстым проводом, применяя специальный многожильный провод, а для работы на высоких частотах покрывают его серебром. Магнитопроводы и сердечники выбирают с малыми потерями на гистерезис и вихревые токи.

Свойства катушки при изменении температуры характеризуются температурным коэффициентом индуктивности ТКL, показывающим отношение изменения индуктивности к интервалу температур , вызвавшему это изменение:

(1.12)

Изменение индуктивности во времени (старение) характеризуется коэффициентом старения:

(1.13)

Для увеличения индуктивности и повышения добротности применяют магнитопроводы с постоянными или регулируемыми параметрами.

2

Полупроводни́к — материал, который по своей удельной проводимости занимает промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличается от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством полупроводника является увеличение электрической проводимости с ростом температуры.^[1]

Полупроводниками являются вещества, ширина запрещённой зоны которых составляет порядка нескольких электрон-вольт (эВ). Например, алмаз можно отнести к широкозонным полупроводникам, а арсенид индия — к узкозонным. К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и другие), огромное количество сплавов и химических соединений (арсенид галлия и др.). Почти все неорганические вещества окружающего нас мира — полупроводники. Самым распространённым в природе полупроводником является кремний, составляющий почти 30 % земной коры.

В зависимости от того, отдаёт ли примесной атом электрон или захватывает его, примесные атомы называют донорными или акцепторными. Характер примеси может меняться в зависимости от того, какой атом кристаллической решётки она замещает, в какую кристаллографическую плоскость встраивается.

Проводимость полупроводников сильно зависит от температуры. Вблизи температуры абсолютного нуля полупроводники имеют свойства диэлектриков.