1. Классификация и маркировка полупроводниковых приборов, области их применения. Принцип действия p-n перехода.

2. Выпрямительные диоды. Назначение, вольтамперная характеристика, основные и предельные параметры. Условия выбора диода.

3. Фотодиоды. Назначение, вольтамперные характеристики, основные параметры, режимы работы, схемы включения, применение.

4. Светодиоды. Назначение, вольтамперная характеристика, основные параметры, режимы работы, схема включения, применение.

5. Стабилитроны. Вольтамперная характеристика, основные параметры, схема включения, точность стабилизации.

6. Биполярные транзисторы. Принцип действия, основные свойства, схемы включения.

7. Биполярные транзисторы. Статические характеристики БТ в схеме ОЭ, определение входного сопротивления и выходной проводимости.

8. биполярные транзисторы. Система h-параметров. Основные и предельные параметры.

9. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом. Принцип действия, статические характеристики, основные и предельные параметры.

10. Полевые транзисторы с изолированным затвором. Принцип действия, статические характеристики, особенности применения.

11. Тиристоры / тринисторы. Вольтамперные характеристики, режимы работы, схема включения, основные и предельные параметры, условия выбора тринистора.

12. Усилительные устройства. Разновидности, применение, принцип действия усилительного каскада.

13. Многокаскадные усилители. Основные показатели и виды межкаскадных связей. Определение общего коэффициента усиления.

14. Обратные связи в усилителях. Виды и типы ОС, их влияние на показатели усилителя.

15. Обратные связи в усилителях. Определение параметров K_у, R_вх, R_вых в усилителе с последовательно-параллельной ОС.

16. Усилительный каскад ОЭ. Графический анализ работы каскада. Выбор рабочей точки, причины нелинейных искажений выходного сигнала.

17. Усилительный каскад с эмиттерной стабилизацией режима работы. Схема, принцип действия, определение параметров K_у, R_вх, R_вых, область применения.

18. Усилительный каскад ОК. Схема, принцип действия, определение параметров K_у, R_вх, R_вых, область применения.

19. Усилители мощности. Схема УМ на комплиментарных транзисторах. Принцип действия, условия выбора транзисторов, причины нелинейных искажений выходного сигнала.

20. Усилители мощности. Сравнительный анализ работы и энергетические показатели каскада классов А и В. Определение КПД.

21. Операционные усилители на ИС. Назначение и области применения. Структура и основные параметры ОУ на ИС.

22. Инвертирующий масштабный ОУ. Схема включения, определение параметров K_у, R_вх.

23. Неинвертирующий масштабный ОУ. Схема включения, определение параметров K_у, R_вх.

24. Суммирующий и вычитающий ОУ. Схемы включения и уравнения передачи.

25. Интегрирующий и дифференцирующий ОУ. Схемы включения, уравнения передачи, реакция на ступенчатое и импульсное воздействие.

26. Цифровые устройства, основные типы, отличия цифровых и аналоговых сигналов. Логическая функция и таблица состояний. Закон Де-Моргана.

27. Импульсный режим работы БТ. Режим насыщения и условия его обеспечения. Определение рассеиваемой мощности в режиме насыщения.

28. Импульсный режим работы БТ. Режим отсечки и условия его обеспечения. Определение рассеиваемой мощности в режиме отсечки.

29. Импульсный режим работы БТ. Область переключения, время включения и выключения транзистора. Мощность, рассеиваемая на транзисторе при переключении.

30. Импульсный режим работы БТ. Характеристики импульсного сигнала. Схема импульсного каскада. Определение полной мощности, выделяемой транзистором, условия его выбора.

31. Логические элементы. Классификация. Элементы «И» и «ИЛИ» на ДРЛ-логике. Схемы, принцип действия, логическая функция, таблица состояний.

32. Логические элементы ТТЛ. Базовый элемент «И-НЕ». Принцип действия. Входная и передаточная характеристики.

33. Логические элементы ТТЛ. Основные достоинства и недостатки, условия согласования с источником сигнала и нагрузкой.

34. Логические элементы на КМОП-транзисторах. Основные параметры, достоинства и недостатки. Элемент «НЕ», схема, принцип действия.

35. Логический элемент «И-НЕ» на КМОП-транзисторах. Схема, принцип действия.

36. Логический элемент «ИЛИ-НЕ» на КМОП-транзисторах. Схема, принцип действия.

37. Триггеры. Основные типы, применение. Структура асинхронных и синхронных RS-тригеров. Принцип действия, таблица состояний.

38. D-триггер. Структура, принцип действия, обеспечение счетного режима, применение.

39. JK-триггер. Структура, принцип действия, таблица состояний.

40. Двоичные счетчики импульсов с последовательным переносом. Схема, принцип действия, диаграмма работы, таблица состояний, недостатки.

41. Двоичные счетчики импульсов с параллельным переносом. Принцип построения. Универсальный реверсивный счетчик импульсов на ИС, обозначение, режимы работы.

42. Делители частоты. Способы построения. Структура делителя частоты с заданным коэффициентом деления на основе суммирующего счетчика и логического элемента.

43. Делители частоты на основе вычитающего счетчика со входами предустановки. Схема включения, режимы работы. Первичная запись коэффициента деления.

44. Регистр памяти с параллельным вводом. Схема, принцип действия.

45. Регистр сдвига. Схема, принцип последовательного ввода чисел.

46. Мультиплексор. Обозначение, принцип действия, логическая функция, связь между числом информационных и адресных входов.

47. Демультиплексор. Обозначение, принцип действия, логическая функция, связь между числом входов и выходов.

48. Сумматоры. Принцип суммирования одноразрядных двоичных чисел. Схема, обозначение, логическая функция полусумматора.

49. Сумматоры. Принцип суммирования многоразрядных двоичных чисел. Схема и принцип действия n-разрядного параллельного сумматора с последовательным переносом.

50. Формирователи импульсов. Назначение. Типовые ФИ с запуском по фронту и по срезу. Триггер Шмидта. ФИ с защитой от дребезга электромеханических контактов.

№1. Классификация и маркировка полупроводниковых приборов, области их применения. Принцип действия p-n перехода.

Полупроводниковые приборы (пп):

1. Диоды p-n: (Выпрямительные; Импульсные; Стабилитроны; Фотодиоды; Светодиоды; Светодиоды; Варикапы)

2. Транзисторы: (Биполярные p-n-p, n-p-n; Полевые (униполярные); Фототранзисторы)

3. Тиристоры p-n-p-n: (Динисторы; Симисторы; Тринисторы; Запираемые тиристоры; Фототиристоры)

Маркировка:

КТ3102A

K – Материал полупроводника

(Г,К,А – приборы широкого применения с приемкой ОТК затвора производителя)

(1,2,3 – приборы спец. Применения с приемкой заказчика)

Т – структура и принцип :

Д – диод выпрямительный, или импульс

С – стабилитрон

А – светодиод

Т – биполярный транзистор

П – полевой транзистор

Н – динистор

У – тиристор

3102 – номер серии (разработки) – основные электрические параметры

31 – характеризует мощность и рабочую частоту

123 – маломощные приборы

456 – средней мощности

789 – большой мощности

147 – низкой частоты

258 – средних частот

369 – высоких частот

A – характеризует доп. Электрические параметры: мах напряжение диода или коэф. Усиления транзистора.

Пп приборы находят широкое применение в эл. технике. По конструктивному исполнению делятся на: дискретные и интегральные микросхемы.

По характеру обрабат. сигналов интегральная схема делится на: аналоговые непрерывные во времени сигналы и цифровые дискретности.

p-n переход образуется на границе 2-х пп p-типа и n-типа при их соприкосновении.

При соприкосновении пп n-типа и p-типа на границе раздела происходит взаимное уничтожение подвижных носителей и образуется запирающий слой, лишенный подвижных носителей зарядов. Толщина слоя – 2-3 мкм. Дальнейшему уничтожению препятствуют неподвижные ионы. В р-те у границы образуется двойной слой ионов, из-за чего образуется собственное запирающее электрич. поле.

Если к p-n переходу подвести внешнее электрич. поле от источника питания, совпадающего по направлению с запирающим слоем, то зона, лишенная носителей расширяется и через p-n переход ток не протекает.

Если внешнее эл. поле направлено против собственного, а его величина больше контактной разности потенциалов, то запирающий слой исчезает, сопротивление на границе p-n резко падает и появляется прямой ток, величина которого может быть значительна и определяться собственным сопротивлением пп.

Т.о. p-n переход обладает несимметричной проводимостью.

№2. Выпрямительные диоды. Назначение, вольтамперная характеристика, основные и предельные параметры. Условия выбора диода.

Основные материалы для производства 2-х проводниковых приборов Ge и Si (валентность IV)

Выпрямительные диоды строятся на одном p-n переходе и применяются для преобразования переменного тока в постоянный. Кроме того, диод может использоваться как элемент сравнения уровней 2-х напряжений (логических элементов ТТЛ, ДРЛ, ДТЛ)

Вольтамперная характеристика:

Основные параметры:

1. I_{пр.макс} – максимально допустимый постоянный прямой ток, обеспечивающий длительную работу диода без разрушения. *

2. U_пр. – прямое падение напряжения.

3. U_{обр.макс} – max допустимое постоянное обратное напряжение

4. I_обр. – обратный ток

5. T_макс – максимально допустимая рабочая температура

Условия выбора диода:

По току диод выбирается, исходя из среднего значения рабочего тока.

I_{пр.ср.макс.} >= 1,2 – 1,3 I_{пр.ср.раб.}

По напряжению диод выбирается в соответствии с амплитудным значением напряжения амплитудного питания.

U_{обр.макс} >= 1,2 – 1,3 U_{макс.пит}

Целесообразно выбирать диоды с наименьшими значениями I_обр. и U_пр.

№3. Фотодиоды. Назначение, вольтамперные характеристики, основные параметры, режимы работы, схемы включения, применение.

В фотодиодах используются свойства p-n перехода изменять обратное сопротивление под действием падающего на p-n переход светового потока, вследствие увеличения числа носителей заряда.

Фотодиод имеет оптический вход (окно). Фотодиоды предназначены для преобразования светового потока в электрический ток.

Имеет 2 режима работы:

III – фотодиодный режим – требует подключения к источнику питания, нужен для измерения обратного сопротивления от силового потока

IV – фотогенераторный режим – сам фотодиод является источником фотоЭДС и не требует дополнительного источника питания.

Схема включения фотодиода для режима III:

Под действием светового потока уменьшается обратное сопротивление VD1, увеличивается ток в контуре, а также увеличивается падение напряжения на R_н, U_вых – возрастает.

Параметры:

1. U_раб. – рабочее напряжение

2. I_т – темновой ток при Ф=0

3. S_i = ∆I_ф/∆Ф – интегральная токовая чувствительность

4. Спектральная характеристика S = f(λ) – зависимость чувствительности ФД от длины волны

5. λ_max – длина волны максимума спектральной чувствительности

U_вых = I_ф*R_н

Применение:

В бесконтактных импульсных датчиках угловой скорости; в бесконтактных путевых выключателях, в цикловых системах, в аналоговых датчиках перемещения.

№4. Светодиоды. Назначение, вольтамперная характеристика, основные параметры, режимы работы, схема включения, применение.

Принцип действия основан на генерации электромагнитных колебаний (света) специально сформированным p-n переходом при прохождении через него прямого тока.

ВАХ светодиода аналогичен х-ке выпрямительного диода.

Светодиод имеет оптическое окно для выхода потока излучения.

Основные параметры:

F[kδ] – сила света (канделла)

Iпр.Макс – макс. Допустимый прямой постоянный ток

U_пр – прямое падение напряжения на светодиоде

F = f(λ) – спектральная характеристика – зависимость силы света от длины волны.

Схема включения:

Включается через балансный резистор, который задает номинальный прямой ток.

R1=(U_пит – U_пр )/ I_пр.ном

Применение:

Как элемент индикации включенного состояния приборов и электрооборудования; матричные и сегментные светодиоды используются для буквенной и цифровой индикации различных параметров.

Совместно с фотодиодом светодиод образует фотоэлектронную пару (оптрон), который используется как датчик различных математических параметров.

№5. Стабилитроны. Вольтамперная характеристика, основные параметры, схема включения, точность стабилизации.

В этих приборах используется обратимый пробой p-n при обратном напряжении.

ВАХ:

U_ст – напряжение стабилизации. Нормируется при токе стабилизации I_ст.ном.

r_диф. = ∆U_ст / ∆I_ст = tgγ – дифференциальное сопротивление

Оценивается при номинальном токе и характеризует точность стабилизации напряжения. Для идеального стабилитрона r_диф. = 0. Стабилитроны выбирают с наименьшим значением r_диф.

ТКН = (∆U_ст / ∆T*U_ст.)*100% - температурный коэффициент напряжения. Показывает, как изменяется U_ст. при изменении температуры.

I_ст.мин – начало рабочего участка ВАХ

I_{ст.макс.} – обеспечивает исправную работу стабилитрона

Схема включения:

Включается через балансный резистор R_б, который задает режим работы стабилитрона на рабочем участке ВАХ.

R_б = (U_вх – U_ст) / (I_ст.мин + I_н)

R_н – резистор нагрузки

В схеме действуют два дестабилизирующих фактора - ∆U_вх и ∆I_н

Точность стабилизации данной схемы определяется параметром R_диф, а также величиной возмущающего воздействия.

∆U_вых = r_диф.* ∆I_ст.

Применение:

В параметрических стабилизаторах напряжения (рис.1 – простейший из них), в компенсационных стабилизаторах в качестве источника эталонного напряжения.

№6. Биполярные транзисторы. Принцип действия, основные свойства, схемы включения.

Б

П- это полупроводниковый прибор с двумя p-n переходами и с общим промежуточным слоем – базой. Два другие слоя это эмиттер и коллектор. В БТ осуществляется движение зарядов всех типов (электронов и дырок)

Стрелка на выводе эмиттера показывает направление Э. тока в активном режиме.

Uэб=0-2 В; Uкб=10-1000 В.

Основным режимом является активный режим, при котором эмиттерный переход находится в открытом состоянии, а коллекторный - в закрытом. Транзисторы, работающие в активном режиме, используются в усилительных схемах. Помимо активного , выделяют инверсный режим, при котором эмиттерный переход закрыт, а коллекторный - открыт, режим насыщения, при котором оба перехода открыты, и режим отсечки, при котором оба перехода закрыты.

Условия работы БТ: 1) Переход Э-Б подключается к источнику напряжения в прямом направлении, а К-Б в обратном 2) Величина напряжения Uэб мала 0-2 В, а напряжение U_кб может быть большим 10-1000В, т.к. этот переход включен в обратном направлении.

Принцип действия (на примере ОЭ): Если напряжение U_бэ на базе отсутствует, то также нет и входного эмиттероного тока, а в коллекторной цепи идет незначительный обратный ток I_ко. При подаче на переход Б-Э напряжения U_бэ, создается достаточно большой ток эмиттера. Происходит непрерывная рекомбинация носителей на границе р-n перехода. За счет этого образуется ток базы I_б. Однако, большая часть носителей проходит слой базы и попадает в слой коллектора под действием его отрицательного потенциала. Этому способствует конструктивное исполнение слоя базы, который выполняется тонким, с большим удельным сопротивлением. При изменении входного напряжения U_бэ на малую величину, возникают большие изменения эмиттерного и коллекторного токов, которые и образуют в коллекторной цепи (на нагрузке) большие перепады токов, а следовательно, и большие перепады напряжений.

С

с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором(ОК). В схеме с общей базой (а) входной цепью является цепь эмиттера, а выходной - цепь коллектора. Ku=ΔUкб/ΔUэб >1 – коэф. Передачи по U. Ki=ΔIк/ΔIэ=α <1 – коэф. Усилен. По току. Kp= ΔPк/ΔPэ=1 - коэф. Усилен. По мощн. Rвх.об.-мало

хемы включения биполярного транзистора В большинстве электрических схем транзистор используется в качестве четырехполюсника, то есть устройства, имеющего два входных и два выходных вывода. Очевидно, что, поскольку транзистор имеет только три вывода, для его использования в качестве четырехполюсника необходимо один из выводов транзистора сделать общим для входной и выходной цепей. Соответственно различают три схемы включения транзистора:

В схеме с ОЭ б) входной цепью является цепь базы, а выходной - цепь коллектора. Ku>1, Kp>1, Ki>>1, Rвх.оэ>Rвх.об. В схеме с ОК в) входной цепью является цепь базы, а выходной - цепь эмиттера. Ku<1, Ki>>1, Kp>1, Rвх.ок>Rвх.оэ. Наилучшая схема – с ОЭ, находит наиб. Применение в усил. каскадах.

№7. Статические характеристики БТ в схеме ОЭ, определение входного сопротивления и выходной пр-ти.

В

Входная характеристика в схеме ОЭ представляет собой зависимость . Семейство входных характеристик кремниевого n-p-n-транзистора приведено на рис. 3.22. Выражение для идеализированной входной характеристики в активном режиме имеет вид:

Рабочий участок – наиболее прямолинейная часть хар-ки. По входным хар-кам можно определить входное сопротивление БТ, кот может оцениваться как по постоянному (rвх-) току так и по переменному(rвх~). ПОСТОЯННЫЙ ток:

схеме с общим эмиттером входным током является ток базы i_Б, а выходным - ток коллектора i_К, соответственно, входным напряжением является напряжение u_БЭ, а выходным - напряжение u_КЭ.

А – рабочая точка, определяет режим работы.

Входное сопротивление БТ по пост. току

ПЕРЕМЕНЫЙ ток:

Видно, что Rвх- >Rвх~. Rвх- постоянная зависит от: выбора раб. точки, от Uкэ – напряж. К-Э и от матер-ол п/ков (Ge, Si). Rвх~ переменная и не зависит от выбора раб. точки (на лин. Уч-ке хар-ки) и в некоторой степени зависит от Uкэ.