Український державний університет залізничного транспорту

Кафедра спеціалізованих комп’ютерних систем

ЕЛЕКТРОНІКА ТА МІКРОСХЕМОТЕХНІКА

Частина 1 «Аналогова електроніка»

Електронна версія лекцій

Харків 2015

ЗМІСТ

Вступ

Тема 1 Напівпровідникові елементи

1.1 Електропровідність напівпровідників (властивості напівпровідників и можливість їх технічного використання

1.2 Елементи електронних схем

Тема 2 Біполярні і польові транзистори та їх схеми, тиристори

2.1 Біполярні транзистори. Пристрій и фізичні процеси в біполярному транзисторі

2.2 Польові транзистори

2.3 Тиристори

Тема 3 Випрямлячі та стабілізатори

3.1 Випрямлячі. Класифікація, параметри, схеми

3.2 Стабілізатори. Класифікація, параметри, схеми

Тема 4 Аналогові підсилювачі

4.1. Параметри, характеристики, показники і класифікація аналогових підсилювачів

4.2 Підсилювачі змінного струму

4.3 Підсилювачі постійного струму

Тема 5. Операційні підсилювачі

1. Класифікація і характеристики операційних підсилювачів

2. Види операційних підсилювачів

Тема 6 Аналогові ключі

1. Ключові схеми на транзисторах

2. Ключові перемножителі

Список літератури

Вступ

Електроніка - це галузь науки і техніки, яка займається вивченням фізичних основ функціонування, дослідженням, розробкою і застосуванням приладів, принцип дії яких грунтований на протіканні електричного струму у вакуумі, газі, в твердому тілі. Такими приладами є: електронні прилади (струм у вакуумі), іонні прилади (струм в газі), напівпровідникові прилади. Нині найбільш поширені напівпровідникові прилади.

Частина електроніки, яка займається питаннями застосування різних приладів, називається промисловою електронікою. Вона розділяється на два напрями:

1. Інформаційна електроніка - займається питаннями управління різними процесами. До облаштувань інформаційної електроніки відносяться: аналогові підсилювачі і перетворювачі сигналів, генератори сигналів, оптоелектронні пристрої, логічні елементи, цифрові пристрої, мікропроцесорні системи. Вони призначені для виміру, обробки, передачі, зберігання і відображення інформації.

2. Енергетична (силова) електроніка - займається перетворенням параметрів електроенергії. До облаштувань енергетичної електроніки відносяться: випрямлячі, інвертори, перетворювачі частоти, регулятори напруги.

Електроніка є універсальним і виключно ефективним засобом при рішенні найрізноманітніших проблем в області збору і перетворення інформації, автоматичного і автоматизованого управління, вироблення і перетворення енергії.

Тема 1 Напівпровідникові елементи

План вивчення теми:

1.1 Електропровідність напівпровідників (властивості напівпровідників і можливості їх технічного використання)

1.2 Елементів електронних схем

1.1 Електропровідність напівпровідників (властивості напівпровідників і можливості їх технічного використання)

До напівпровідників відносяться тверді тіла (матеріали) які при кімнатній температурі мають питомий опір =10^-3... 10¹⁰ Ом см (з питомою електропровідністю від 10³ до 10 ^-10 1\Ом см), які залежать від температури. На відміну від провідників в п\п вільні носії струму з'являються тільки за умови повідомлення кристала енергії ззовні. Чистий напівпровідник має дуже маленьку власну провідність, яка виникає в результаті порушення валентних зв'язків, за рахунок теплової енергії.

Дія напівпровідникових приладів грунтована на явищах електропровідності в твердих тілах. Згідно квантової теорії будови речовини електрон в атомі може мати тільки цілком певні (дискретні) значення енергії і орбітальної швидкості, тобто електрон може рухатися навколо ядра тільки по певних орбітах, кожною з яких відповідає строго певна енергія (енергетичний рівень). Сукупність енергетичних рівнів утворює енергетичний спектр електрона в атомі.

Розглянемо зонну діаграму напівпровідників. Усі істотні процеси в напівпровідникових приладах можна вивчити, розглядаючи тільки дві верхні дозволені енергетичні зони, оскільки саме вони обумовлюють провідність коли можливий перехід електрона на сусідній, більш високий енергетичний рівень, а це означає, що в провідності можуть брати участь тільки електрони тих зон, в яких є вільні рівні енергії. Такі вільні рівні завжди є в самій верхній дозволеній зоні. Тому верхню дозволену зону твердого тіла називають зоною провідності, дивись рисунок 1.1.

Передостання дозволена зона називається валентною. При температурі абсолютного нуля ( К) вона виявляється повністю заповненою, і, отже, електрони цієї зони не можуть брати участь в провідності. Між цими дозволеними зонами розташована заборонена зона.

Рисунок 1.1 - Зонна діаграма напівпровідника

Взаємне положення двох верхніх дозволених зон (провідності і валентній) твердого тіла при До лежить в основі класифікації металів, напівпровідників і діелектриків. У металів зона провідності і валентна зона перекриваються, тобто заборонена зона між ними відсутня, тому навіть при нульовій температурі в зоні провідності знаходиться значна кількість електронів, що і пояснює наявність електропровідності у металів при температурі абсолютного нуля. У напівпровідників і діелектриків при нульовій температурі верхня дозволена зона порожня і провідність відсутня. Відмінність між напівпровідниками і діелектриками в основному кількісне і полягає в значно більшій ширині забороненої зони у діелектриків.

У напівпровіднику при температурі, відмінній від абсолютного нуля, деякі електрони з верхньої частини валентної зони можуть перейти в зону провідності, здолавши заборонену зону. В результаті, як зона провідності, так оскільки у верхній дозволеній зоні тепер є вільні електрони, а у валентній зоні - незаповнені енергетичні рівні, інакше що називаються дірками. Процес утворення вільного електрона і дірки називається генерацією пар електрон-дірка. Середній час, впродовж якого електрон знаходиться у збудженому стані, називається часом життя електрона.