- •«Национальный исследовательский
- •I. Основы АнАлоговой электроники
- •1. Задачи, решаемые электронной техникой, и элементы, необходимые для их решения
- •1.1. Электрические сигналы. Временное и спектральное представление
- •1.2. Усиление электрических сигналов
- •1.3. Модуляция сигналов
- •1.3.1. Амплитудная модуляция
- •1.3.2. Импульсно-кодовая модуляция
- •1.3.3. Широтно-импульсная модуляция
- •А б Рис. 1.19. Компаратор: а – схема; б – временные диаграммы при шим1.4. Фильтрация сигналов
- •1.5. Хранение и отображение информации
- •1.6. Преобразование электрической энергии
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты первой главы
- •2. Математический аппарат описания электронных элементов
- •2.1. Описание нелинейных элементов
- •2.2. Линеаризация нелинейных уравнений
- •2.3. Частотный анализ линеаризованных цепей
- •2.4. Временной анализ линеаризованных цепей
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты второй главы
- •3. Полупроводники – основа современной элементной базы электроники
- •3.1. Преимущества полупроводниковых элементов перед электровакуумными
- •3.2. Физические основы электропроводности полупроводников
- •3.3. Электропроводность беспримесного (собственного) полупроводника
- •3.4. Электропроводность примесных полупроводников
- •3.4.1. Донорная примесь
- •3.4.2. Акцепторная примесь
- •3.6. Инерционностьp-n-перехода
- •3.6.1. Зарядная емкостьp-n-перехода
- •3.6.2. Диффузионная емкость
- •3.7. Пробой p-n-перехода
- •3.7.1. Тепловой пробой
- •3.7.2. Электрический пробой
- •3.8. Математическая модельp-n-перехода
- •3.9. Переходметалл – полупроводник
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты третьей главы
- •4. Многопереходные электронные элементы
- •4.1. Полупроводниковые триоды (биполярные транзисторы)
- •4.2. Активный режим работы биполярного транзистора
- •4.3. Статические характеристики биполярного транзистора для активного режима
- •4.4. Инерционность биполярного транзистора
- •4.5. Пробой коллекторного перехода
- •4.7. Нелинейная модель биполярного транзистора
- •4.8. Линеаризованная модель биполярного транзистора
- •4.9. Ключевой режим биполярного транзистора
- •4.10. Полевые транзисторы
- •4.11. Полевые транзисторы с управляющимp-n-переходом
- •4.12. Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •4.13. Ключевой режим работы полевых транзисторов
- •4.14. Тиристоры
- •4.15. Элементы оптоэлектроники
- •4.15.1. Управляемые источники излучения
- •4.15.2. Фотоприемники
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты четвертой главы
- •5. Основы теории электронных усилителей
- •5.1. Общие положения
- •Контрольные вопросы и задания
- •5.2. Обратная связь в усилительных устройствах
- •5.2.1. Влияние обратной связи на коэффициент усиления.
- •5.2.2. Влияние обратной связи на нестабильность усилителя
- •5.2.3. Влияние обратной связи на нелинейные искажения и шумы усилителя
- •5.2.4. Влияние обратной связи на входное и выходное сопротивления усилителя
- •5.2.5. Устойчивость усилителей с обратной связью
- •5.2.6. Коррекция частотных характеристик для обеспечения устойчивости усилителя
- •Контрольные вопросы и задания
- •5.3. Принципы построения усилительных каскадов
- •5.3.1. Цепи задания и стабилизации режима покоя
- •5.3.2. Элементы связи усилительных устройств
- •К Рис. 5.34. Оптическая связь онтрольные вопросы и задания
- •5.4. Операционные усилители
- •5.4.1. Модели оу
- •5.4.2. Масштабирующий инвертирующий усилитель
- •5.4.3. Масштабирующий неинвертирующий усилитель
- •5.4.4. Суммирующий усилитель
- •5.4.5. Вычитающий усилитель
- •5.4.6. Интегрирующий усилитель
- •5.4.7. Нелинейные функциональные преобразователи сигналов
- •Контрольные вопросы и задания
- •5.5. Усилители мощности
- •5.5.1. Линейные усилители мощности
- •5.5.2. Усилители мощности ключевого типа
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты пятой главы
- •6. Автогенераторы
- •Основные результаты шестой главы
- •7. Источники вторичного электропитания электронных устройств
- •7.1. Классическая схема вторичного источника (без преобразования частоты сети)
- •7.2. Функциональные элементы вторичных источников электропитания
- •7.2.1. Преобразователи переменного напряжения
- •7.2.2. Стабилизаторы постоянного напряжения
- •7.3. Вторичные источники с преобразованием частоты сети
- •Vd Схема упр.
- •Vd Схема упр. Ul
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты седьмой главы
- •II. Основы цифровой электроники
- •1. Введение
- •2. Логические функции
- •2.1. Логические функции и способы их представления
- •2.2. Основы алгебры логики
- •2.2.1. Функция не
- •2.2.2. Функция или
- •2.2.3. Функция и
- •2.3. Логические элементы и-не, или-не
- •2.3.1. Элемент и-не (штрих Шеффера)
- •2.3.2. Элемент или-не (стрелка Пирса)
- •2.4. Синтез логических устройств
- •2.5. Выбор системы логических элементов
- •2.6. Минимизация логических функций
- •Контрольные вопросы и задания
- •3. Характеристики и параметры логических элементов, основы схемотехники
- •3.1. Логические уровни, нагрузочная способность
- •3.2. Логические элементы с тремя состояниями
- •3.3. Быстродействие логических элементов
- •3.4. Помехоустойчивость логических элементов
- •3.5. Число входов логических элементов
- •3.6. Специальные типы логических элементов. Логические элементы с открытым коллектором
- •3.6.1. Расширители числа входов
- •3.6.2. Схема согласования уровней
- •3.6.3. Логический элемент с разрешением по входу
- •Контрольные вопросы и задания
- •4. Цифровые устройства комбинационного типа
- •4.1. Преобразователи кодов, шифраторы, дешифраторы
- •4.2. Мультиплексоры
- •4.3. Сумматоры
- •4.4. Цифровые компараторы
- •Контрольные вопросы и задания
- •5. Последовательностные цифровые устройства
- •5.1. Триггеры
- •5.1.5. Триггер Шмитта
- •5.2. Цифровые счетчики импульсов и делители частоты следования
- •5.2.1. Двоичные счетчики
- •5.2.2. Недвоичные счетчики
- •5.3. Регистры
- •Контрольные вопросы и задания
- •6. Генераторы импульСныхСигналов
- •6.1. Автогенераторы прямоугольных импульсов (мультивибраторы)
- •6.2. Ждущий (заторможенный) режим генераторов
- •6.3. Интегральные таймеры
- •6.4. Генераторы линейно изменяющегося напряжения (тока)
- •Контрольные вопросы и задания
- •7. УстройствасОпРяжЕнияцифровых и аналоговых систем
- •7.1. Цифроаналоговые преобразователи
- •7.2. Аналого-цифровые преобразователи
- •7.2.1. Ацп последовательного приближения
- •7.2.2. Ацп параллельного типа
- •7.2.3. Ацп интегрирующего типа
- •Контрольные вопросы и задания
- •8. Введение в микропроцессорную технику
- •8.1. Арифметическо-логические устройства
- •8.2. Полупроводниковые запоминающие устройства
- •8.3. Программируемые логические интегральные матрицы
- •8.4. Интерфейсные устройства
- •Контрольные вопросы и задания
- •Приложение справочные данные интегральных схем
- •Литература
- •Оглавление
Основные результаты третьей главы
Электропроводность чистых полупроводников при низкой температуре (Т0 К) практически равна нулю. Существенно увеличить ее можно за счет введения ничтожно малых относительных объемов примеси. В беспримесном полупроводнике свободные носители генерируются парами электрон-дырка. В примесных полупроводниках превалируют свободные носители одного типа: электроны (n-тип), дырки (р-тип). При некоторой температуре, называемой критической, примесный полупроводник вырождается в собственный (беспримесный). Критическая температура ограничивает верхний потолок температуры, при которой полупроводниковые элементы сохраняют свои функциональные возможности.
терморезистор
тензорезистор
фоторезистор
диод
стабилитрон
варикап
диод
на основе
перехода
Шоттки
варистор
Рис.
3.17. Примеры условных
графических
изображений
электронных элементов
4. Многопереходные электронные элементы
Взаимодействие нескольких р-n-переходов позволяет выполнить электрически управляемые (усилительные) элементы, являющиеся основными компонентами современной электроники.
4.1. Полупроводниковые триоды (биполярные транзисторы)
Полупроводниковый триод (три вывода), биполярный (в электропроводности участвуют два типа носителей: основные и неосновные), транзистор (электрически управляемый резистор) – это электрически управляемые элементы, способные работать как в непрерывном (линейном) режиме управления, так и в ключевом.
Современные биполярные транзисторы способны пропускать токи в сотни ампер, выдерживать напряжение в несколько тысяч вольт, коммутируя мощности в несколько сотен ватт, сохраняя свои управляющие свойства в диапазоне частот управляющих сигналов в несколько тысяч мегагерц. Современные технологии позволяют в 1 см3полупроводника выполнить несколько тысяч транзисторов, что делает возможным выпускать функционально законченные электронные блоки (однокристальные ЭВМ, многофункциональные усилители) на основе одной конструктивной единицы – микросхемы.
Биполярный транзистор получается путем технологического соединения двух р-n-переходов с любым чередованием слоев –p-n-p-транзистор илиn-p-n-транзистор (рис. 4.1).
а б
Рис. 4.1. Схематическое изображение и условные обозначения: а–n-р-n-транзистора;б–р-n-р-транзистора
Биполярный транзистор имеет три вывода: эмиттер (от «эмиссия»), коллектор («собирать»), база (основание). Управляющим является переход база-эмиттер, а нагрузочная цепь включается или в цепь коллектор-база (схема с общей базой – ОБ), или в цепь коллектор-эмиттер (схема с общим эмиттером – ОЭ) – рис. 4.2.
а б
Рис. 4.2. Схемы включения транзистора как управляющего элемента: а– схема с ОБ;б– схема с ОЭ
Хотя конструкция биполярного транзистора выглядит симметричной, реально площадь перехода коллектор-база делается большей, чем эмиттер-база. В результате если поменять коллектор и эмиттер местами (инверсное включение биполярного транзистора), то управляющие свойства сохранятся, но значительно ухудшатся. Хотя на практике в качестве основной используется схема с ОЭ, для простоты пояснения физики процесса управления обычно рассматривается схема с ОБ. Так как биполярный транзистор состоит из двух р-n-переходов, а каждый из них можно включить как в прямом, так и в обратном включении, то (исключая из рассмотрения практически не используемый инверсный режим) транзистор может находиться в одном из трех состояний:активный (линейный) режим– коллекторный переход заперт, эмиттерный – открыт;режим отсечки(разомкнутый ключ) – оба перехода заперты;режим насыщения(замкнутый ключ) – оба перехода открыты (рис. 4.3).
а б в
Рис. 4.3. Режимы работы биполярного транзистора:
а – активный; б – отсечки; в – насыщения
Физика работы p-n-р-иn-p-n-транзистора одинакова, различаются лишь на обратные полярности всех напряжений и направлений токов. Далее будет рассматриватьсяn-p-n-транзистор как наиболее массовый (из-за технологических особенностей в изготовлении).