ЭКЗАМЕН ЭЛЕКТРОНИКА ver2206

Стабилитроны выпускают с напряжением стабилизации от 5В до 400В и мощностью от 250мВт до 50Вт.

2.6 Стабистор

Стабистор – полупроводниковый диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь ВАХ, т.е. в прямом смещении напряжение слабо зависит от тока.

В области прямого смещения падение напряжения составляет в среднем 0,7В-2В, потому стабистор

используют только для малых напряжений.

Стабистор обладает отрицательным температурным коэффициентом напряжения, т.е. при нагреве напряжение на стабисторе падает. В данном случае включение балластного диода нужно для тепловой компенсации, он включается последовательно, как и в схеме стабилитрона.

Дифференциальное сопротивление стабистора определятся на прямой ветви по формуле rдиф = Uст/ Iст.

Стабисторы используются в качестве опорных элементов и для температурной компенсации.

Основные параметры стабистора:

-Напряжение стабилизации Uст

-Минимальный (крутизна ВАХ резко снижается) и максимальный (чтобы не перегрелся) токи стабилизации

-rдиф

-Максимальная рассеиваемая мощность Pmax при которой диод не перегревается до состояния потери мощности

2.7 Диод туннельный (диод Эсаки)

Туннельный диод – диод, в котором за счет высокой концентрации примесей возникает узкий барьер и наблюдается туннельный перенос зарядов через переход.

ВАХ туннельного диода имеет область отрицательного дифференциального сопротивления, т.е. область в которой положительному приращению напряжения соответствует отрицательное приращение тока. Это свойство позволяет генерировать и усиливать электромагнитные колебания. Туннельные диоды способны работать на частотах до сотен ГГц.

электроника Стр.11

Основные параметры туннельного диода:

-Ток пика Ip – максимально возможный ток прямого направления

-Пиковое напряжение Up

-Минимальный ток и напряжение

-Максимальный перепад напряжений

Дифференциальное сопротивление определятся на прямой ветви по формуле rдиф = Uст/ Iст.

Диоды Эсаки применяются как быстрые переключатели на повышенных частотах, усилители, для приема и усиления электромагнитных колебаний.

2.8 Супрессор (TVS-диод)

Супрессор (transient voltage suppressor) – полупроводниковый ограничитель напряжения. Он предназначен для ограничения скачкообразного изменения напряжения в цепи. Как только амплитуда

входного сигнала превысит пороговое значение, диод перейдет в режим лавинного пробоя: импеданс супрессора падает до очень низкого значения проводимости, позволяя проходить большим токам и фиксируя напряжение на заданном уровне.

Супрессоры должны иметь минимальные обратные токи (чтобы не влиять на работу схемы) и быструю скорость реакции на скачок.

Основные параметры супрессора:

-VRWM – максимальное обратное рабочее напряжение – напряжение, которое можно приложить к TVSдиоду с гарантией того, что он не будет проводить значительный ток IR.

-VBR – напряжение пробоя, при котором TVS-диод начинает проводить обратный ток IBR

-VCLAMP – напряжение ограничения (фиксации)

-IPP – максимальный импульсный ток, который может пройти через устройство

электроника Стр.12

Дифференциальное сопротивление определятся на обратной (?) ветви по формуле rдиф = Uст/ Iст. Супрессоры применяются в силовой электронике, телекоммуникации, схемах управления и цифровых интерфейсах в общем случае везде лол

2.9 Варикап

Варикап – полупроводниковый диод, работа которого основана на явлении барьерной емкости от

обратного напряжения запертого перехода.

Внешнее обратное напряжение, втягивая электроны в n область, а дырки в p, расширяет переход и изменяет барьерную емкость. Основной характеристикой варикапа является зависимость его емкости от

значения напряжения – вольт-фарадная характеристика.

Основные параметры варикапа:

-Номинальная емкость

-Диапазон ее изменения

-Допустимое обратное напряжение

-Допустимая рассеиваемая мощность

Дифференциальное сопротивление определятся на обратной (?) ветви по формуле rдиф = Uст/ Iст.

Варикапы применяются для электрической настройки колебательных контуров в аппаратуре. При параллельном включении конденсаторов их емкости складываются, так с помощью варикапа можно выполнять регулировку общей емкости, т.е. частоты контура. С2 в этой схеме блокирует прохождение обратного напряжения.

электроника Стр.13

2.10 Светодиод

Светодиод – диод, способный генерировать оптическое излучение. Его работа основана на инжекционной электролюминесценции, т.е. генерации оптического излучения в переходе под прямым внешним напряжением. Так электроны в атомах переходят в возбужденное состояние с более высоким уровнем энергии W2 – метастабильным уровнем возбуждения. При возвращении с этого уровня на исходный W1 происходит испускание фотонов с длинной волны =1,23(W2-W1).

Они имеют высокий КПД, узкий спектр излучения и хорошую диаграмму направленности, высокое быстродействие и малое напряжение питания. Цвет диода обеспечивается полупроводниковым

материалом (вместо кремния и германия в светодиодах используется арсенид-фосфид галлия), а яркость пропорциональная току.

Основные параметры светодиода:

-Падение напряжения

-Допустимые Umax и Umax.обр.

-Номинальный ток

Дифференциальное сопротивление определятся на прямой ветви по формуле rдиф = Uст/ Iст.

Светодиоды различаются по мощности. Можно также выделить индикаторные: SMD, DIP, сверхъяркие и осветительные: СОВ chip-on-board, SMD LED и всякие-всякие другие.

2.11 Фотодиод

Фотодиод – диод, в котором обеспечивается возможность воздействия оптического излучения на p-n

электроника Стр.14

переход. Когда потока излучения нет, концентрация носителей, потенциалы и зонная диаграмма

соответствуют таковым обычной p-n структуры.

При воздействии излучения в направлении перпендикулярном плоскости перехода, поглощаются фотоны с энергией больше, чем ширина запрещенной зоны, в n области возникают пары электрон-дырка, т.е. фотоносители. При диффузии фотоносителей основная доля носителей не успевает рекомбинировать и доходит до границы p области. Здесь они разделяются электрическим полем, а т.к. электроны не могут преодолеть поле перехода, они скапливаются у границы перехода и n области.

Так, ток в фотодиодах – дрейфовый ток дырок, он называется фототоком Iф. Фотоносители заряжают соответствующие области, получившаяся разность потенциалов называется фотоЭДС Eф. Генерируемый ток светодиода обратный, т.е. от катода к аноду, он тем больше, чем больше освещенность. Фотодиоды используются для получения электрической энергии, например в солнечных батареях.

Основные параметры фотодиода:

-Интегральная чувствительность – отношение фототока к интенсивности излучения

-Рабочее напряжение

-Теневой ток

-Максимальное обратное напряжение Umax ф

-Допустимая рассеиваемая мощность

Дифференциальное сопротивление определятся на обратной (?) ветви по формуле rдиф = Uст/ Iст. У фотодиода есть 2 режима включения: фотодиодный и фотогальванический. Фотодиодный режим

реализуется при подаче на фотодиод внешнего обратного напряжения (обратный ток пропорционален потоку). Фотогальванический – режим работы без внешнего источника напряжения (тут возникает фотоЭДС).

2.12 Оптопара (или оптрон) Оптопара – частный случай оптрона, а именно диодный оптрон Оптрон – пара светодиод + фотодиод, помещенные в один корпус так, чтобы светочувствительная

площадка фотодиода располагалась напротив излучающей площадки светодиода. Они широко используются в качестве гальванической развязки.

электроника Стр.15

Входные и выходные цепи не связаны электрически, передача сигнала осуществляется через оптическое излучение. Оптрон – один из основных способ повысить помехоустойчивость аппаратуры. Он позволяет развязать электрические цепи питания источника и приемника. Так, устройства могут иметь разные корпуса, т.е. быть гальванически развязанными и не подверженными воздействию помех.

Оптрон также позволяет совмещать работу устройств, находящихся под разными потенциалами. Рисунок для транзисторного оптрона просто замените его на фотодиод (если так ваще можно лол)

Основные параметры диодного оптрона:

-Uвх

-Iвх. макс

-Uвх. обр. макс – максимальное входное обратное напряжение прикладываемое ко входу оптопары

-Iт - выходной (тепловой) ток фотодиода при отсутствии входного

-Iвых. обр - выходной обратный ток при заданном напряжении на выходе и отсутствие входного тока.

-Uвых. макс. обр - максимальное обратное напряжение выходной цепи, при котором фотодиод работает

надежно и долговременно;

-tнр - время нарастания выходного сигнала

-tсп - время спада выходного сигнала

Дифференциальное сопротивление определятся на прямой ветви по формуле rдиф = Uст/ Iст.

3 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ. ТРИОДЫ

3.1 Транзисторы. Классификация по структуре. Классификация по основным параметрам. Основные характеристики из спецификации

Транзистор – полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи 2 электродов управляется третьим. Это

радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, с тремя выводами, способный небольшим входным сигналом управлять значительным током в выходной цепи. Это позволяет

использовать его для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов.

В общем случае транзисторы делятся на дискретные и интегральные. Дискретные транзисторы выполнены в виде самостоятельного устройства в отдельном корпусе. Интегральный транзистор – прибор, входящий в состав интегральной схемы (или любой схемы выполненной на одной подложке), интегрированный в подложку. От количества транзисторов зависит степень интеграции МС.

электроника Стр.16

Характеристики транзистора по спецификации:

-Коэффициент усиления по току β или hFE

-Максимальное напряжение коллектор-эмиттер/сток-исток

-Максимальный ток коллектора/стока

3.2 Биполярный транзистор: общие сведения, конструктивные особенности, назначение, характеристики, разновидности, внутренняя структура

Биполярный транзистор – полупроводниковый прибор из трех чередующихся областей с различными типами проводимости (npn или pnp). Имеет 3 вывода:

-База – центральный слой, самый тонкий. На выводе находится небольшой управляющий ток

-Коллектор – самый широкий, на него подается ток большой амплитуды

-Эмиттер – вывод, на который идет ток коллектора, амплитуда на его выходе чуть больше чем на входе

Чередующиеся области образуют два перехода. К БЭ прикладывают прямое напряжение под действием которого электроны из n области идут в базу, создавая ток эмиттера. Концентрация примесей в эмиттере сильно больше чем в базе, потому лишь небольшая часть электронов рекомбинируют. Большая часть

электроника Стр.17

собирается коллекторным напряжением и, устремляясь к полюсу внешнего источника, создает ток коллектора.

Электроны, рекомбинировавшие с дырками базы, составляют ток базы IБ, Ток коллектора таким образом определяется как: IК = IЭ-IБ = IЭ, где – коэффициент передачи тока эмиттера.

Основное назначение биполярного транзистора – управление током в выходной цепи с помощью

изменения тока во входной.

Биполярные транзисторы бывают npn или pnp типа.

Т.к. у транзистора всего 3 вывода, то один из них должен быть общим, принадлежать как входной, так и выходной цепи. Так существует 3 схемы подключения: ОБ, ОК, ОЭ.

Основные характеристики транзисторов:

-rЭ дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода в прямом направлении

-rБ объемное сопротивление базы

-rК дифференциальное сопротивление коллекторного перехода в обратном направлении

-СЭ емкость эмиттерного перехода

-СК емкость коллекторного перехода

3.3 Биполярный транзистор: модель на резисторах и конденсаторах, диодная модель, модель Эберса - Молла

Схема на резисторах и конденсаторах: ваааау ну что за название Эта модель используется для определения первичных параметров транзистора, характеризующие его физические свойства не зависимо от схемы подключения:

-rЭ дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода в прямом направлении

-rБ объемное сопротивление базы

-rК дифференциальное сопротивление коллекторного перехода в обратном направлении

-СЭ емкость эмиттерного перехода

-СК емкость коллекторного перехода

Сопротивления БЭ и КБ зависят от режима работы транзистора и определяются как дифференциальное сопротивление для данной рабочей точки.

электроника Стр.18

Диодная модель транзистора:

В диодной модели переходы БЭ и БК представляются диодами. Режиме отсечки на базе напряжения нет и оба диода закрыты. В активном режиме БЭ открывается и через него течет большой ток. Хотя КБ включен в обратном направлении, электроны из БЭ проходят через базу и протягиваются электрическим полем через обратносмещенный диод.

Для pnp рассуждения аналогичны, только ток КЭ образован дырками.

Модель Эберса-Молла:

Линейное приближение, она хорошо работает при достаточно малых сигналах и напряжении КБ более 1В. Модель показывает возможные режимы работы транзистора (аналогично диодной модели), и

описывается 2 формулами ниже

Исходя из этой модели ток коллектора зависит от напряжения ЭБ экспоненциально:

3.4 Биполярный транзистор: статические входные выходные характеристики, напряжение Эрли,

режимы работы, h-параметры

Статические характеристики описывают взаимосвязь между входными и выходными характеристиками транзистора без нагрузки. Они позволяют определить его основные параметры: входное и выходное сопротивление, коэффициент усиления, рабочую точку.

электроника Стр.19

Семейство входных характеристик представляет собой зависимость IБ=f(UБЭ). UБЭ↑, тогда IБ↑, т.к. снижается потенциальный барьер, преодолеть его может большее число основных носителей эмиттера и большее их число может рекомбинировать с электронами базы. При увеличении UКЭ, ток базы уменьшается, ширина барьера увеличивается и число рекомбинировавших носителей становится меньше. Так, характеристики сдвигаются вправо.

Семейство выходных – зависимость IК = f(UКЭ). При напряжении на коллектора равное 0, ток коллектора

тоже равен 0. В начале они крутые, т.к. при UКЭ меньших по модулю чем UБЭ, коллекторный переход включен в прямом смещении, потому чтобы немного изменить UКЭ, надо сильно изменить IК. Этот участок характеризуется малым выходным сопротивлением rвых = ΔUКЭ/ΔIK. На участках UКЭ>UБЭ коллекторный переход смещен обратно и выходное сопротивление очень велико.

В реальном биполярном транзисторе на переходах UБЭ и UКБ вызывает изменение толщины обедненных слоев, следовательно и толщины базы. Это эффект Эрли. Это хорошо видно при подаче обратного

напряжения.

При увеличении обратного UКБ эффект Эрли приводит к уменьшению базы и далее к:

-Увеличению тока эмиттера (чтобы его сохранить нужно уменьшить напряжение на БЭ)

-К росту коэффициента переноса в базе т.е. уменьшению тока базы и роста α и β

-Увеличение тока коллектора

Напряжение Эрли – параметр, который характеризует величину эффекта Эрли. В общем случае десятки В и более.

Для учета эффекта Эрли уточняют формулу теплового тока транзистора:

где I0 - ток, определенный без учета эффекта Эрли uА - напряжение Эрли

Режимы работы транзистора:

- Активный: переход ЭБ включен в прямом направлении, а КБ в обратном

Происходит инжекция носителей из эмиттера в базу. Большинство из них не рекомбинируют в базе и втягиваются полем коллектора. Iк =αIэ, Iэ = Iк + Iб.

- Инверсный: ЭБ в обратном, КБ в прямом

Эмиттер играет роль коллектора и наоборот. Т.к. их толщина не одинакова, потому усиление небольшое, используется в некоторых цифровых схемах типа ключевых.

- Насыщения: оба перехода в прямом смещении.

Носители инжектируют в базу и из коллектора и из эмиттера. Сопротивление транзистора уменьшается до минимально возможного, при расчетах его можно заменить на КЗ.

- Отсечки: оба перехода в обратном смещении.

Инжекции носителей в базу нет, Iэ = Iб = Iк = 0. Транзистор полностью закрыт, сопротивление очень велико, т.е. разрыв цепи. При расчетах его можно просто исключить.

электроника Стр.20