2. Резисторы (сопротивления) — это наиболее распростра­ненные компоненты электронной аппаратуры, с помощью которых осуществляется регулирование и распределение элек­трической энергии между цепями и элементами схем.

В зависимости от назначения резисторы подразделяются на две группы: 1) общего назначения (диапазоны номиналов 10м — 10 МОм, номинальные мощности рассеивания 0,062— 100 Вт); 2) специального назначения, которые подразделяются на: а) высокоомные резисторы (от десятков мегаом до сотен тераом, рабочее напряжение 100—400 В); б) высоковольтные (сопротив­ления до 10 Ом, рабочее напряжение единицы — десятки кВ); в) высокочастотные (имеют малые собственные емкости и индукти­вности); г) прецизионные (повышенная точность — допуск 0,001 — 1%, стабильность, номиналы 0,1 Ом — 10 МОм, номи­нальные мощности рассеивания до 2 Вт).

Конденсатор – устройство, обдающее определённой ёмкостью. Электрические характеристики, конструкция и область их применения зависят от типа диэлектрика между его обкладками. По виду ди­электрика конденсаторы постоянной емкости можно подраз­делить на пять групп: 1) с газообразным диэлектриком (воз­душные, газонаполненные, вакуумные); 2) с жидким диэлект­риком; 3) с твердым неорганическим диэлектриком (керамичес­кие, стеклокерамические, стеклоэмалевые, стеклопленочные, то­нкослойные из неорганических пленок, слюдяные); 4) с твердым органическим диэлектриком (бумажные, металлобумажные, фторопластовые, полиэтиленфталатные); 5) с оксидным диэлек­триком (электролитические, оксидно-полупроводниковые, ок­сидно-металлические), выполняемые с использованием алюми­ния, титана, ниобия, сплавов тантала и ниобия. У конденсаторов различают номинальное Сном и фактичес­кое Сф значения емкости. Номинальная емкость указывается на его маркировке в сопроводительной документации; фак­тическая— это значение емкости, измеренное при данной температуре и определенной частоте. Допускаемое отклонение емкости обычно задается в про­центах:

Катушки индуктивности, за исключением дросселей, пред­назначенных для использования в цепях питания, не являются комплектующими изделиями, как, например, резисторы и кон­денсаторы. Они изготовляются на сборочных заводах и имеют те параметры, которые необходимы для конкретных изделий. Катушки индуктивности – представляет собой проводник, намотанный на сердечник, который может быть магнитным, либо не магнитным. Катушки индуктивности, как правило, имеют цилиндричес­кую или спиральную форму витков и выполняются как однослойными, так и многослойными. Характер намотки зависит от назначения катушки индуктивности. Так, для уменьшения межвитковых емкостей витки укладывают на каркас с определенным ша­гом или применяют специ­альные способы намотки, когда витки укладываются не параллельно, а под не­которым углом друг к дру­гу (универсальная намотка).

Трансформаторами называются статические устрой­ства, обеспечивающие преобразования параметров переменных напряжений и токов. Трансформаторы позволяют: изменять уровни и фазу напряжений (токов); согласовывать сопротив­ления источника сигнала и нагрузки; разделять цепи по постоянному току; изменять форму переменного напряжения (тока).Различают трансформаторы питания электронной аппара­туры и сигнальные трансформаторы. Трансформаторы питания электронной аппаратуры — это трансформаторы малой мощности, предназначенные для преобразования напряжения электрической сети в напряжения, необходимые для питания электронных устройств. Сигнальные трансформаторы — это трансформаторы ма­лой мощности, предназначенные для точной передачи, преоб­разования и запоминания электрических сигналов. Их подраз­деляют на входные (обеспечивающие согласование входных сопротивлений электронных узлов и источников сигнала), выходные (обеспечивающие согласование выходных сопротив­лений электронных устройств с сопротивлениями нагрузок) и импульсные (обеспечивающие преобразование и формирова­ние импульсных сигналов). Магнитопроводы трансформаторов электронной аппаратуры имеют различные конфигурации. Широко используются стер­жневые, броневые и тороидальные конструкции (рис. 1.15).

3 Аналоговые электронные устройства предназначены для прие­ма, преобразования и передачи электрического сигнала, изменяю­щегося по закону непрерывной (аналоговой) функции. В аналого­вом электронном устройстве (АЭУ) каждому конкретному значе­нию реальной физической величины на входе датчика соответ­ствует однозначное, вполне определенное значение выбранного электрического параметра постоянного или переменного тока. Это может быть напряжение или ток на участке электрической цепи, его частота, фаза и т. П

Достоинствами АЭУ являются: теоретически максимально до­стижимые точность и быстродействие; простота устройства.

Недостатками АЭУ являются: низкая помехоустойчивость и нестабильность параметров, обусловленные сильной зависимостью свойств устройства от внешних дестабилизирующих воздействий, например температуры, времени (старение элементов), действия внешних полей и т. п.; большие искажения при передаче на значи­тельные расстояния; трудность долговременного хранения резуль­тата; низкая энергетическая эффективность.

Примером устройства аналогового отображения информации является обычный потенциометр (рис. 1.2), преобразующий линей­ное перемещение х в напряжение и_аыл.

Дискретные электронные устройства (ДЭУ) предназначены для приема, преобразования и передачи электрических сигналов, по­лученных путем квантования ' по времени и/или уровню исходной аналоговой функциих(1). Поэтому действующие в них сигналы пропорциональны конечному числу выбранных по определенному закону значений реальной физической величины, отображае­мой в виде различных параметров импульсов² или перепа-

Рис 1 3 Основные параметры импульсов (о) и перепадов (б) напряжениядов' напряжения или тока. Поскольку обычно интересуются не только конкретными значениями x(t), но и ее изменением, для передачи информации используют последовательности импульсов или перепадов. Основные параметры импульсных последователь­ностей, используемых в ДЭУ для отображения информации, опре­делим на примере импульсов и перепадов напряжения, показан­ных на рис. 1.3, а, б-

U_m — амплитуда импульса или перепада: наибольшее откло­нение напряжения от исходного, установившегося значения £/₀;

*ф, *с_П —длительности фронта и спада импульса — временной интервал между моментами, в которые мгновенное напряжение и удовлетворяет условию 0,W_n<-u*£0,9U_m.

Для перепадов аналогичные параметры называют длительно­стью фронта положительной /_Ф+ и отрицательной г_ф~;

t_n — длительность импульса — временной интервал между мо­ментами на соседних интервалах /ф и /cm Для которых « = 0,5(/_т;

Т — период следования импульсов — временной интервал меж­ду моментами на соседних интериалах ($ или /_сп, для которых u = 0,5U_m.

Величина /=1/Г называется частотой следования импульсов;

t_n = T—'Л, — длительность паузы между импульсами;

K₃ = tJT — коэффициент заполнения импульсов; y=T/t„ — скважность импульсов.

4Усилителем называют устройство, предназначенное для усиле­ния входного электрического сигнала по напряжению, току или мощности за счет преобразования энергии источника питания в энергию выходного сигнала.

Как следует из данного определения, суть процесса усиления электрических сигналов состоит в преобразовании энергии источ­ника питания усилителя в энергию выходного сигнала по закону, определяемому входным управляющим воздействием. Другими словами, любой усилитель модулирует энергию источника пита­ния входным управляющим сигналом. Этот процесс осуществ­ляется при помощи управляемого нелинейного элемента.

Классификация усилителей осуществляется по различным при­знакам их обобщенной структурной схемы, приведенной на рис. 5.1.

По виду усиливаемого сигнала они делятся на усилители гар­монических и импульсных сигналов.

Усилители гармонических (непрерывных) или квазигармониче­ских (почти гармонических) сигналов предназначены для усиле­ния сигналов, изменение которых происходит много медленнее длительностей переходных процессов в самих усилителях. Усилители импульсных сигналов предназначены 'для усиления импульсных периодических или непериодических сигналов. При этом длитель­ность собственных переходных процессов в усилителе не должна вызывать искажении исходной формы усиливаемых сигналов.

По типу усиливаемой величины их делят на усилители напря­жения, тока и мощности. Однако усиление сигнала по мощности наблюдается в любом усилителе в отличие от других типов пре­образователей электрического сигнала. Например, у трансформа­тора, преобразующего напряжение или ток, мощность на выходе всегда остается неизменной по отношению к его входной мощ­ности. Поэтому указанная классификация для усилителей имеет несколько условный характер, выражая лишь основное целевое назначение усилителя.

По диапазону усиливаемых част различают усилители постоянного тока и усилители переменного тока.

Усилитель постоянного тока (УПТ) усиливает входной сигнал в диапазоне от нулевой до некоторой верхней частоты 0<fупт < f_В

Усилитель переменного тока усиливает входной chiнал, лежа­щий в диапазоне от некоторой нижней (f_Н до некоторой верх­ней (f_В) частот f_Н < f < f_Н. Сигналы постоянного тока данным типом усилителя не усиливаются.

В свою очередь, среди усилителей переменного тока по кон­кретным значениям частот f_Н и f_В могут быть выделены следую­щие подгруппы устройств:

усилители низкой частоты (УНЧ)—устройства с диапазоном усиливаемых частот от единиц герц до сотен килогерц;

усилители высокой частоты (УВЧ) —устройства с диапазоном усиливаемых частот от сотен килогерц до соген мегагерц;

широкополосные усилители — устройства с диапазоном усиливаемых частот от десятков — сотен герц до сотен мегагерц;

избирательные (резонансные) усилители, обеспечиваю nine уси­ление в очень узком диапазоне частот.

По виду соединительных цепей усилительных каскадов.Так как усилительные устройства строятся, как правило, на основе после­довательного включения нескольких типовых каскадов, то разли­чают усилители с гальванической (непосредственной) связью, предусматривающие передачу между каскадами сигнала как пе­ременного, так и постоянного токов; усилители с RС-связями, в ко­торых между выходом предыдущего и входом последующего каска­дов включают резистизио-емкостную цепь, исключающую передачу сигналов постоянной» тока; усилители с индуктивной (трансфор­маторной) связью, в которых между каскадами включается трансформатор.

По виду нагрузки различают усилители с активной, актинии индуктивной н емкостной нагрузкой. На практике встречаются также резонансные усилители, нагрузка в которых обладает свой­ствами резонансного контура.

5 Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор — полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими выпрямляющими электрическими перехода­ми и тремя (или более) выводами, усилительные свойства ко­торого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда. Роль выпрямляющего электрического перехода (как и в диоде) выполняет р-л-переход. В биполярном транзисторе используются одновременно два типа носителей зарядов — элек­троны и дырки (отсюда и название —биполярный). Переходы транзистора образованы тремя областями с чередующимися ти­пами проводимости. В зависимости от порядка чередования этих областей различают транзисторы р-п-р- и л-р-л-типа. В микро­электронике главную роль играют транзисторы л-р-л-типа. На рис. 2.6,5,9 показаны условные графические обозначения биполяр­ного транзистора.

Работа биполярного транзистора основана на взаимодействии двух р-л-переходов; это обеспечивается тем, что толщина Ь сред­ней области транзистора (базы) выбирается меньше длины сво­бодного пробега L (диффузионной длины) носителей заряда в этой области (обычно b^L).

Принцип работы биполярного транзистора рассмотрим на при­мере транзистора л-р-л-типа, для которого концентрация основ­ных носителей в л-области существенно выше, чем в р-области, т. е. справедливо неравенство л_я3>р_р. Для данной структуры (рис. 2.8, о.) левую л-область, которая в нашем примере будет инжектировать электроны в соседнюю р-область, называют эмит­тером, правую л-область, которая в дальнейшем должна экстрак-тировать находящиеся в соседней р-области электроны, называют коллектором, а среднюю область — базой. Соответственно примы-

б) Температурная стабилизация каскадов усиления с ОЭ

Транзистор, являясь полупроводниковым прибором, изменяет свои параметры при изменении рабочей температуры. Так, при повышении температуры, усилительные свойства транзистора ухудшаются. Обусловлено это рядом причин : при повышении температуры значительно увеличивается такой параметр транзистора, как обратный ток коллектора. Увеличение обратного тока коллектора транзистора приводит к значительному увеличению коллекторного тока и к смещению рабочей точки в сторону увеличения тока. При некоторой температуре коллекторный ток транзистора возрастает до такой величины, при которой транзистор перестает реагировать на слабый входной (базовый) ток. Попросту говоря - каскад перестает быть усилительным. Для того, чтобы расширить диапазон рабочих температур, необходимо применять дополнительные меры по температурной стабилизации рабочей точки транзистора. Самым простым способом является коллекторная стабилизация рабочего тока смещения. Рассмотренная нами выше схема каскада по схеме с общим эмиттером является схемой с фиксированным током базы. Ток коллектора в данной схеме зависит от параметров конкретного экземпляра транзистора и должен устанавливаться индивидуально при помощи подбора величины резистора R1. При смене транзистора начальный ток коллектора приходится подбирать заново, так как транзисторы даже одного типа имеют очень большой разброс статического коэффициента усиления тока базы (hFe).

Схема коллекторной стабилизации, обладая основными недостатками схемы с общим эмиттером (подбор резистора базового смещения под конкретный экземпляр транзистора), тем не менее позволяет расширить диапазон рабочих температур каскада. Как видим, данная схема отличается подключением резистора смещения не к источнику питания, а в коллекторную цепь. Благодаря такому включению удалось значительно (за счет применения обратной связи) расширить диапазон рабочих температур каскада. При увеличении обратного тока коллектора транзистора, увеличивается ток коллектора, что вызывает более полное открывание транзистора и уменьшение коллекторного напряжения. Уменьшение коллекторного напряжения, в свою очередь, уменьшает напряжение начального смещения транзистора, что вызывает уменьшение коллекторного тока до приемлемой величины. Таким образом - осуществляется отрицательная обратная связь, которая несколько уменьшает усиление каскада, но зато позволяет увеличить максимальную рабочую температуру.