Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы электроники и цифровой схемотехники. Учебное пособие
.pdf
и печатного монтажа. Они могут иметь различные характеристи-
±
±
±
±
ки - законы изменения сопротивления от угла поворота (линейный, логарифмический, обратно-логарифмический) и др. Проволочные переменные резисторы имеют лучшие характеристики по
сравнению с непроволочными и имеют ряд особенностей. Они
обладают хорошей стабильностью, теплопроводностью, высоким
значением собственной индуктивности, однако существенно дороже непроволочных [6].
1.2. Конденсаторы
Конденсаторы бывают постоянные, переменные и подстроечные. С 1968 года введена классификация, по которой в обозначении конденсатора первой идет буква «К», а затем цифра, обозначающая тип диэлектрика, 2-я цифра – порядковый номер разработки.
Обозначение конденсаторов по типу диэлектрика приведено в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Обозначение Тип диэлектрика
К10 Керамические U
К15 Керамические U
К20 Кварцевые
К31 Слюдяные малой мощности
К50 Электролитические фольговые алюминиевые
К51 Электролитические фольговые танталовые
К52 Объемно- пористые
К53 Оксиднополупроводниковые
<1600 В
ном
>1600 В
ном
Маркировка конденсаторов. Первая буква используется
вместо десятичной запятой: м – микрофарады (10-6), н - нанофарады (10-9), п – пикофарады (10
-12
). Вторая буква используется
для обозначения допуска (табл. 1.4).
Таблица 1.4
Допуск, %
Обозначение
допуска
0,1
B(Ж) C(У) D(Д) F(Р)
Прецизионные (точные)
0,2
0,5
1
11
Окончание табл. 1.4
±2±5±10±20±
30 +50
-10
G(Л) I(И) K(С) M(В) N(Ф) T(Э) S(Б) Z(А)
Широко применяемые
+50
-20
+80
20
Например, 1Н5Ф означает конденсатор емкостью 1,5 нФ с
допуском±30 %.
Электрическая прочность характеризуется значениями номинального U
ное U
– максимальное напряжение в течение длительного вре-
ном
мени. Испытательное U
перегрузке. U
и испытательного U
ном
– напряжение при кратковременной
исп
=(1,1…1,3) U
исп
ном
напряжений. Номиналь-
исп
.
Эксплуатировать конденсатор лучше при напряжении ниже
U
. Сопротивление изоляции характеризует ток утечки. Зависит
ном
от удельного, объемного и поверхностного сопротивлений диэлектрика и его размеров. При нормальных условиях имеет величину порядка 10 000 МОм. Диэлектрическая проницаемость диэлектрика зависит от температуры. Площадь обкладок, зазор между ними определяет емкость конденсатора. Конденсатор имеет
температурный коэффициент емкости. В зависимости от конструкций промышленные конденсаторы имеют температурный коэффициент емкости от 10-5 до 10
-2 оС-1
.
Особенности выбора конденсатора. С учетом особенностей
конкретной схемы необходимо правильно выбирать тип конденсатора.
Требуется учитывать: ток утечки, возможность появления остаточного
напряжения, стабильность при изменении температуры и т. п. С точки
зрения уменьшения тока утечки желательно выбирать конденсаторы,
рассчитанные на напряжение выше рабочего. Для повышения температурной стабильности необходимо выбирать конденсаторы с низким
значением температурного коэффициента емкости. Особенно это учитывается при выборе электролитических конденсаторов. Большинство
электролитических конденсаторов сильно теряют емкость при понижении температуры и не работают при температуре выше 85оС. Танталовые конденсаторы (К51) работают в диапазоне от минус 60 до
плюс 200оС. Кроме этого, они имеют высокую удельную емкость.
12
Конденсаторы переменной емкости. Конденсатором переменной емкости называют такой конденсатор, емкость которого
может быть многократно плавно изменена в процессе эксплуатации. В общем случае емкость можно изменить за счет относительной диэлектрической проницаемости, площади взаимного
перекрытия пластин и расстояния между ними.
Изменение емкости за счет изменения зазора практически
не используется, так как существенно изменяется стабильность
конденсатора. В основном емкость изменяют за счет изменения
площади. Одну группу пластин делают неподвижными, а другую
вращают вокруг оси. Конденсатор переменной емкости характеризуется рядом дополнительных параметров: номинальными значениями минимальной и максимальной емкости, углом поворота,
законом изменения емкости от угла поворота (достигается за счет
определенной формы пластин) и числом секций.
1.3. Полупроводниковые диоды
Полупроводниковым диодом (рис. 1.2) называется прибор
с двумя выводами и одним p-n переходом. Принцип работы полупроводникового диода основан на использовании односторонней проводимости, электрического пробоя и других свойств p-n
перехода. Диоды различают по назначению, материалу, конструктивному исполнению, мощности и другим признакам. В зависимости от технологии изготовления различают точечные диоды,
сплавные, микросплавные, эпитаксиальные и другие. По функциональному назначению диоды делятся на выпрямительные,
универсальные, импульсные, смесительные, СВЧ, стабилитроны,
стабисторы, варикапы, динисторы, тиристоры, симисторы, фотодиоды, светодиоды и т. д. По конструктивному исполнению диоды бывают плоскостные и точечные. По используемому материалу - кремниевые, германиевые, арсенид-галлиевые. Диоды обладают односторонней проводимостью и служат: для выпрямления
переменного тока, стабилизации тока и напряжения, формирования импульсов, для регулирования мощностей и т. д.
13
Рис. 1.2. Полупроводниковый диод
Выпрямительные диоды применяются для преобразования переменного тока в постоянный. Они делятся на: маломощные (до 0,3 А), средней мощности (до 10 А), мощные (более 1000 А),
низкочастотные (до 1 кГц) и высокочастотные (до 100 кГц).
Свойства выпрямительных диодов характеризуются вольтамперной характеристикой и параметрами, которые приводятся в
справочной литературе.
Основные параметры диодов (рис. 1.3):
- средний выпрямленный ток Jср ,
- прямое падение напряжения Uпр,
- обратный ток диода при заданной температуре J
- напряжение отсечки U
- мощность рассеивания Р
отс
,
рас
,
обр
,
- рабочая частота fр и др.
Рис. 1.3. Вольт-амперная характеристика выпрямительного диода
В ряде случаев для увеличения тока используется параллельное включение диодов (рис. 1.4). Для выравнивания токов
через диоды последовательно с диодами включаются резисторы.
14
Рис. 1.4. Параллельное включение диодов Рис. 1.5. Диодный мост
Наряду с выпрямительными диодами для выпрямления переменного тока используются мосты (рис. 1.5). Выпрямительные
мосты состоят из четырех диодов, размещенных в корпусе и залитых эпоксидной смолой.
Высокочастотные диоды предназначены для преобразования и обработки высокочастотных сигналов (до десятков гигагерц). Обычно это точечные диоды с минимальными паразитными параметрами.
Импульсные диоды нашли применение в пленочных схемах, например, в формирователях импульсных сигналов, в схемах
автоматического регулирования, в вычислительных устройствах.
Импульсные диоды обладают высоким быстродействием и минимальным временем восстановления.
Стабилитроны - это разновидность диодов, предназна-
ченных для стабилизации напряжения. Вольт-амперная характеристика стабилитрона имеет вид как на рис. 1.6. Рабочий участок
характеристики АВ лежит в области электрического пробоя диода и характеризуется малым изменением напряжения Uст при значительных изменениях тока.
Рис. 1.6. Вольт-амперная характеристика одноанодного стабилитрона
15
Стабилитроны могут быть одноанодные, двуханодные
(рис. 1.7), универсальные, прецизионные. Двуханодные стабилитроны обеспечивают стабилизацию двух полярных напряжений.
Обычно они представляют собой два одноанодных стабилитрона,
включенных последовательно навстречу друг другу.
Основными параметрами стабилитрона являются:
- напряжение стабилизации Uст ,
- минимальный ток стабилизации J
- максимальный ток стабилизации J
- дифференциальное сопротивление r
мин стаб
мак стаб
диф
,
,
,
- допустимая мощность рассеивания,
- температурный коэффициент напряжения стабилизации.
Все стабилитроны подразделяются на маломощные, средней мощности и мощные. Условные обозначения приведены в
табл. 1.5.
Таблица 1.5
Мощность Напряжение
стабилизации (В)
Малая
Средняя
Большая
0,5¸9,9 КС133А 3,5
10¸99 КС213А 13
100¸199 КС333А 133
0,5¸9,9 КС456А 5,6
10¸99 КС515А 15
100¸199 КС620А 120
0,5¸9,9 КС756А 5,6
10¸99 КС815А 15
100¸199 КС620А 120
Обозначение Напряжение
стабилизации (В)
Рис. 1.7. Вольт–амперная характеристика двуханодного стабилитрона
16
Стабисторы, как и стабилитроны, предназначены для
стабилизации напряжения. Однако в отличие от последних рабочим участком у них является прямая ветвь вольт-амперной характеристики. Стабисторы работают при прямом напряжении и позволяют стабилизировать малые напряжения (0,35-1,90) В. Основные параметры и условные обозначения у стабисторов такие
же, как и у стабилитронов.
Тиристоры (тринисторы) представляют собой многослойную структуру, имеющую три вывода: анод, катод и управляющий электрод. ВАХ тиристора приведена на рис. 1.8. На
управляющий электрод поступает управляющий ток J
жающий напряжение включения U
a б в
Рис. 1.8. Условное обозначение: а - незапираемого; б - запираемого
тиристора; в - ВАХ тиристора
вкл
.
, сни-
упр
Тиристоры делятся на запираемые и незапираемые. Запираемые тиристоры способны переключатся из открытого состояния в закрытое при подаче на управляющий электрод сигнала отрицательной полярности. Незапираемые тиристоры отключаются
только при снижении анодного тока до уровня Jа< J
удерж
.
Таким образом, тиристор имеет два устойчивых состояния и используется в формирователях импульсов и в схемах автоматического управления.
Излучающие диоды представляют собой полупроводниковые диоды, излучающие из области p-n перехода кванты энергии.
Излучение происходит через прозрачную стеклянную пластину,
размещенную в корпусе диода. По характеристике излучения диоды делятся на две группы: диоды с излучением в видимой об-
17
ласти спектра, получившие название светодиоды, и диоды с излучением в инфракрасной области спектра, получившие название
ИК-диоды.
Светодиоды применяются в качестве световых индикаторов, а ИК-диоды в качестве источников излучения в оптоэлектронных приборах и в качестве первичных преобразователей информации [6].
Маркировка полупроводниковых приборов предусматривает
шесть символов. Первый символ - буква (для приборов общего
применения) или цифра (для приборов специального назначения),
указывающая исходный полупроводниковый материал, из которого
изготовлен диод: Г(1) - германий, К(2) - кремний, А(3) - арсенид
галлия.
Второй символ - буква, обозначающая подкласс диода: Д выпрямительные, высокочастотные и импульсные; В - варикапы,
С - стабилитроны и стабисторы; Н - динисторы; У - тиристоры;
Л - излучающие диоды и т. д.
Третий символ - цифра, указывающая назначение диода,
например: 1, 2, 3 - выпрямительные диоды, 5 - импульсные, 6 СВЧ и т. д.
Четвертый и пятый символы - двухзначное число, указывающее порядковый номер разработки ( у стабилитронов - номинальное напряжение стабилизации).
Шестой символ - буква, обозначающая параметрическую
группу прибора. Например: КД521А - кремниевый импульсный
диод, номер разработки 21, группа А, общего применения.
1.4. Полупроводниковые транзисторы
Все полупроводниковые транзисторы делятся на две группы: биполярные и униполярные (полевые) транзисторы.
Биполярным транзистором (рис. 1.9, в) называется полу-
проводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n переходами. Биполярные транзисторы различаются по структуре. В
зависимости от чередования областей различают биполярные
транзисторы типа “p-n-p” и “n-p-n” (рис. 1.9).
18
а б в
Рис. 1.9. Биполярные транзисторы типа: а - “p-n-p”; б - “n-p-n” ,
в – внешний вид
Принцип действия биполярного транзистора основан на использовании физических процессов, происходящих при переносе
основных носителей электрических зарядов из эмиттерной области в коллекторную через базу:
III += ,
КБЭ
где IЭ, IК, IБ - токи в цепи эмиттера, коллектора, базы.
Важнейшими параметрами, характеризующими качество
транзистора, являются дифференциальный коэффициент передачи тока из эмиттера в коллектор -a и дифференциальный коэффициент передачи тока из базы в коллектор -b. Современные
транзисторы имеютa =(0,9-0,99)<1 иb=(4 -10000).
Основными параметрами, характеризующими транзистор
как активный нелинейный четырехполюсник (рис. 1.10), являются:
- коэффициент усиления по току Ki;
- коэффициент усиления по напряжению KU;
- коэффициент усиления по мощности KP;
- входное сопротивление Rвх;
- выходное сопротивление R
вых
.
Рис. 1.10. Четырехполюсник
19
Обычно транзисторы включаются в электрическую схему
D
D
таким образом, чтобы один из его электродов был входным, второй выходным, а третий общий для входа и выхода. В зависимости от этого различают три способа включения транзистора: с
общей базой (ОБ) (рис. 1.11), с общим эмиттером (ОЭ) (рис. 1.12)
и с общим коллектором (ОК) (рис. 1. 13). Рассмотрим особенности каждой схемы.
В схеме с ОБ (рис. 1.11) входной сигнал поступает на
эмиттер, а выходной снимается с коллектора. Входным сопротивлением схемы Rвх является сопротивление открытого эмиттерного перехода, которое составляет десятки Ом. Выходное сопротивление определяется обратным включенным коллекторным
переходом. Поэтому R
Рис. 1.11. Включение транзистора с ОБ
вых
>>Rвх.
Коэффициент усиления транзистора с ОБ по току соответствует примерно коэффициенту передачиa=0,95-0,99.
Коэффициент усиления транзистора по напряжению:
K
где R
– входное сопротивление открытого эмиттерного перехода.
вхб
Так как Rн>> R
=
D
вхб
RI
нк
RI
вхб
э
, то KU>1.
U
вых
= ,
U
U
D
вх
R
н
a
=
R
вхб
Таким образом, схема включения транзистора с ОБ
не обеспечивает усиление по току, однако усиливает входной
сигнал по напряжению и мощности.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]