Лекция №8
Электроника
План лекции:
1. Введение. Исторические моменты в развитии электроники.
2. Основные направления развития электроники.
3. Р-n-переход и его свойства.
4. Полупроводниковые диоды.
4.1. Основные положения. Конструктивные особенности.
4.2. Принцип действия.
4.3. Вольт-амперная характеристика диода.
4.4. Пробой р-n-перехода.
4.5 Основные виды диодов. Условные обозначения диодов.
5. Транзисторы
5.1. Биполярные транзисторы.
5.2. Полевые (униполярные) транзисторы.
6. Интегральные микросхемы. Классификация.
7. Источники вторичного электропитания (ИВЭ). Общие положения.
Выпрямители.
7.1. Однополупериодный выпрямитель.
7.2. Двухполупериодный выпрямитель.
7.3. Сглаживающие фильтры.
Слайд № 1
1. Введение. Исторические моменты в развитии электроники
Слайд № 2
Электроника – отрасль науки и техники, изучающая:
– физические явления и процессы в полупроводниковых приборах;
– электрические характеристики и параметры полупроводниковых приборов;
– свойства устройств и систем, основанных на применении полупроводниковых приборов.
Слайд № 3
Самые важные исторические моменты в развитии электроники отмечаются следующими датами:
1885 г. – Джеймс Клерк Максвелл разработал теорию электромагнитных волн;
1883 г. – Томас Эдисон открыл термоэлектронную эмиссию;
1886 г. – Генрих Герц открыл электромагнитные волны, годом позже – фотоэмиссию;
Слайд № 4
1897 г. – Джозеф Томсон открыл электрон;
1906 г. – Ли де Форест изобрел триод;
1948 г. – Уильям Шокли, Уолтер Браттейн, Джон Бардин изобрели транзистор.
2. Основные направления развития электроники
Слайд № 5
Основные направления развития электроники:
Интегральная микроэлектроника – разработка и внедрение методов предельного уменьшения физических размеров элементов микросхемы, что приводит к увеличению функциональных возможностей микросхем, повышению их надежности и быстродействия, снижению энергопотребления; внедрение микропроцессорной техники в самые различные производственные процессы.
Функциональная электроника – создается на основе физической интеграции, то есть когда функциональные свойства диодов, тиристоров реализуются за счет атомарных, межмолекулярных связей.
Оптоэлектроника – основана на использовании процессов преобразования электрических сигналов в оптические и наоборот, преимущества – неисчерпаемые возможности повышения рабочих частот и использование принципа параллельной обработки информации.
3. Р-n-переход и его свойства
Полупроводники занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. К полупроводникам относятся элементы IY группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева, которые на внешней оболочке имеют 4 валентных электрона. Типичные полупроводники – Ge (германий), Si (кремний).
Слайд № 6
Чистые полупроводники кристаллизуются в виде решетки. Каждая валентная связь содержит два электрона, оболочка атома имеет восемь электронов, и атом находится в состоянии равновесия. Чтобы «вырвать» электрон в зону проводимости, необходимо затратить большую энергию.
Чистые полупроводники обладают большим удельным сопротивлением (от 0,65 Ом∙м до 108 Ом∙м). Для снижения высокого удельного сопротивления чистых полупроводников в них вводят примеси (такой процесс называется легированием, а соответствующие полупроводниковые материалы – легированными). В качестве (легирующих) примесей применяют элементы III и Y групп периодической системы элементов Д.И. Менделеева.
Элементы III группы имеют три валентных электрона, поэтому при образовании валентных связей одна связь оказывается только с одним электроном. Такие полупроводники обладают дырочной электропроводностью, так как в них основными носителями заряда являются дырки. Под дыркой понимается место, не занятое электроном, которому присваивается положительный заряд. Такие полупроводники называется полупроводниками р-типа, а примесь, благодаря которой в полупроводнике оказался недостаток электронов, называется акцепторной.
Элементы Y группы имеют 5 валентных электронов, поэтому при образовании валентных связей один электрон оказывается лишним. Такие полупроводники обладают электронной электропроводностью, так как в них основными носителями заряда являются электроны. Они называются полупроводниками n-типа, а примесь, благодаря которой в полупроводнике оказался избыток электронов, называется донорной.