Экзаменационный билет № 29

1. Стабилизаторы напряжения: Коэффициент стабилизации

Стабилизатором постоянного напряжения называется устройство, поддерживающее с требуемой точностью напряжение на нагрузке при изменении в заданных пределах напряжения сети и сопротивления нагрузки.

Стабилизаторы постоянного напряжения подразделяются на параметрические и компенсационные. Параметрическими стабилизаторами напряжения называются устройства с нелинейными элементами, параметры которых с изменением напряжения изменяются таким образом, что напряжение на нагрузке остаётся почти неизменным по величине.

Преимущества параметрических стабилизаторов постоянного напряжения - простота схемы. Недостатки - низкий КПД, невозможность регулирования выходного напряжения, небольшой коэффициент стабилизации и возможность работы только при малых токах нагрузки.

Стабилизаторы компенсационного типа - работа основана на сравнении фактического значения выходного напряжения с заданным. Компенсационные стабилизатор состоит из трёх узлов: источник опорного напряжения, сравнивающий и усилительный элемент, регулирующий элемент.

2. Фотодиоды, фототранзисторы, фоторезисторы (определение, УГО, принцип действия, параметры и применение)

Фотодиод. Фотодиодом называется двухэлектродный полупроводниковый прибор с одним электронно-дырочным переходом, обратный ток которого изменяется под действием лучистой энергии и является его рабочим током. Фотодиод подобен вентильному элементу. Фотодиоды могут включаться по двум схемам: с внешним источником электрического питания (фотодиодный режим) и без него (вентильный или фотогальванический режим).

Фотодиодный режим. В отсутствии потока лучистой энергии через p-n- переход протекает небольшой обратный ток – темновой ток, обусловленный неосновными носителями зарядов. При облучении благодаря внутреннему эффекту возникают дополнительные электроны и дырки, происходит рост тока в цепи диода, а следовательно и падения напряжения на сопротивлении нагрузки. Оно пропорционально световому потоку, воздействующему на диод. Вентильный режим. В отсутствии облучающего потока лучистой энергии темнового тока в цепи диода нет, т.к. p-n- переход находится в равновесном состоянии. При облучении в полупроводнике создаются дырки и электроны за счет разрыва ковалентных связей. Под действием электрического поля p-n- перехода дырки проходят в p-область, а электроны- в n-область. Происходит накопление электронов в n-области и дырок – в p-области. Это приводит к росту диффузионных токов, динамическому равновесию и разности потенциалов между электродами.

Фототранзисторы. Фоторезисторы и фотодиоды являются пассивными преобразователями лучистой энергии. Фототранзистор – активный преобразователь, в нем происходит не только преобразование энергии, но и усиление. Фототранзисторы имеют структуру плоскостного транзистора p-n-p или n-p-n-типа с тремя электродами: Э, К, Б.Две схемы включения: со свободной базой и со смещением на базе с общим эмиттером.

Светодиоды. Светодиодом называют полупроводниковый диод с одним электронно-дырочным переходом, в котором происходит непосредственное преобразование электрической энергии в энергию светового излучения (видимого или инфракрасного) за счет рекомбинации электронов и дырок. В обычных диодах процесс рекомбинации заканчивается выделением энергии, которая отдается кристаллической решетке, т. е. превращается в теплоту. Однако у полупроводников, выполненных на основе арсенида галлия, карбида кремния, при рекомбинации происходит излучение света. Характеристики светодиодов. Светодиоды нуждаются в источнике питания с большим внутренним сопротивлением. Для этого последовательно с источником питания включают резистор R₀, в результате ток, проходящий через светодиод, меньше зависит от напряжения питания. Основными характеристиками для светодиодов являются вольт-амперная I_np=f(U), а также зависимость мощности и яркости излучения от прямого тока. Длина световой волны, определяющая цвет свечения, зависит от материала полупроводника и введенных примесей. Так, длина волны излучения приборов из фосфида галлия соответствует зеленому цвету, а введением примесей можно получить более длинно­волновое излучение, которое соответствует желтому и красному цветам.

Основные параметры светодиода. КПД светодиода определяется отношением мощности излучения к электрической мощности, подводимой к диоду, и лежит в пределах 0,1 — 1%. Низкие напряжения (менее 3 В) и малые токи (5—10 мА) обеспечивают совместимость светодиодов с интегральными микросхемами. Это обстоятельство, а также небольшие габариты, высокая надежность, большой срок службы и низкая стоимость делают светодиоды особенно удобными в схемах современных ЭВМ (например, в схемах индикации, системах фотопамяти и др.). Применение. Светодиоды находят примене­ние в индикаторных схе­мах, в вычислительной тех­нике, ядерной радиоэлект­ронике, автоматике, электронных цифровых часах и т. д. Широкое применение получили не отдельные светодиоды, а матрицы светодиодов, позволяющие воспроизводить цифру или букву от Л до Я, применяются в устройствах отображения информации и различных табло. Светодиоды нашли широкое применение в создании нового класса приборов, получивших название оптронов . Характеристики и параметры фотоэлементов.

- световая характеристика.

ВАХ Вакуумного ФЭ: а) и газонаполненного б)

Спектральная характеристика ФЭ. 1 - сурьмяно-цезиевый фотокатод; 2 - а кислородно-цезиевый . сурьмяно-цезиевый фотокатод обладает наибольшей чувствительностью к длинам волн порядка 0,4—0,5 мкм, что соответствует голубому и зеленому свету, а кислородно-цезиевый —красному свету (длина волны в пределах 0,8 мкм).

Параметры ФЭ: Основным параметром фотоэлементов является чувствительность. Различают чувствительность интегральную и спектральную. В формуле I_ф = K*Ф, коэффициент пропорциональности К называется интегральной чувствительностью фотоэлемента (К=I_ф/Ф) и выражается в мкА/лм. Спектральной чувствительностью фотоэлемента называется чувствительность его к монохроматическому излучению определенной длины волны λ. Спектральная чувствительность показывает значение тока, протекающего в цепи фотоэлемента, при облучении заданной длиной волны λ световым потоком в 1 лм и измеряется в мкА/лм. Темновой ток — ток в фотоэлементе, включенное в цепь питания при полном затемнении (Ф=0). Темновой ток вакуумных фотоэлементов значительно меньше, чем газонаполненных. С величиной темнового тока необходимо считаться, в особенности при измерении слабых световых потоков. Термостойкость — величина, определяющая диапазон рабочих температур (обычно от +50 до —20° С). Стабильность фотокатодов — свойство сохранять постоянство параметров во времени. Утомляемость — уменьшение чувствительности при резком увеличении освещенности фотокатода. Это явление проявляется в том, что при большом световом потоке чувствительность фотоэлементов быстро уменьшается во времени, доходя иногда до 25% первоначальной величины. Если такой фотоэлемент поместить на некоторое время в темноту, то его чувствительность восстанавливается почти до первоначального значения.

3. Задача. Определить угловую частоту затухающих колебаний w₀ и

частоту f₀ для колебательного контура с индуктивностью L = 2 Гн

и емкостью С = 3 Ф.

Решение: Ѡ₀ = 1/ѴLC; f = 1/2πѴLC;