4 Полевые транзисторы, классификация, структура и схема включения полевого транзи­стора с затвором в виде р—n-перехода

Полевым транзистором называют электропреобразовательный прибор, в котором ток канала управляется электрическим полем, возникающим с приложением напряжения между затвором и истоком, и который предназначен для усиления мощности электромагнитных колебаний.Каналом называют центральную область транзистора. Электрод, из которого в канал входят основные носители заряда, называют истоком, а электрод, через который основные носители уходят из канала,— стоком. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором. На рис.- графич. изображение полевого транзистора

Поскольку в полевых транзисторах ток определяется дви­жением носителей только одного знака, ранее их называли униполярными транзисторами, что подчеркивало движение носителей заряда одного знака.Полевые транзисторы изготовляют из кремния и в зависимости от электропроводности исходного материала подразделяют на транзисторы с р-каналом и n-каналом. Полевой транзистор с управляющим переходом —транзистор, у которого затвор электрически отделен от канала закрытым p-n-переходом.В транзисторе с n-каналом основными носителями заряда в канале являются электроны, которые движутся вдоль канала от истока с низким потенциалом к стоку с более высоким потенциалом, образуя ток стока I_с. Между затвором и истоком приложено напряжение Полевой транзистор с изолированным затвором — полевой транзистор, затвор которого электрически отделен от канала слоем диэлектрика. У полевых транзисторов с изолированным затвором для уменьшения тока утечки затвора I₃ между металлическими затворами и полупроводниковым каналом находится тонкий слой диэлектрика, обычно оксид кремния, а р-n-переход отсутствует

5 Интегральные микросхемы (линейно-импульсные и логические)

ИМС – микроэлектронное изделие, содержащее не менее пяти активных элементов (транзисторов, диодов) и пассивных элементов (резисторов, конденсаторов, дросселей), которые изготовляются в едином технологическом процессе, электрически соединены между собой, заключены в общий корпус и представляют неразделимое целое. По степени интеграции все ИМС принято подразделять на ИМС : первой степени интеграции – до 10 элементов, второй степени – от 10 до 100 элементов, и третьей степени – от 100 до 1000 элементов и т.д.В отличии от полупроводниковых диодов и транзисторов ИМС представляют собой не отдельные элементы, а целые функциональные устройства, предназначенные для преобразования электрических сигналов. По назначению все ИМС подразделяются на 2 класса : линейно-импульсные и логические. К линейно-импульсным относят МС, которые обеспечивают примерно пропорциональную зависимость между входными и выходными сигналами. Входным сигналом чаще всего является входное напряжение, реже входной ток, выходным сигналом – выходное напряжение. Простейшим примером линейно-импульсной микросхемы является широкополосный усилитель постоянного тока. Логические интегральные микросхемы, как правило, представляют собой устройства с несколькими входами и выходами. В них как входные, так и выходные напряжения могут принимать лишь определенные значения. Общетехнические параметры ИМС - механическая прочность, диапазон рабочих температур, устойчивость к пониженным и повышенным давлениям и влагостойкость – обычно не хуже, чем у диодов и транзисторов. Важным преимуществом интегральных микросхем является их высокая надежность. Другим не менее важным преимуществом являются их малые массогабаритные параметры. БИС, содержащие до нескольких десятков-сотен тысяч элементов, имеют массу, не превышающую нескольких грамм. ИМС обладают высоким быстродействием, так как их малые размеры обеспечивают снижение таких паразитных параметров, как межэлектродные емкости и индуктивности соединительных проводников. Это позволяет создать высокочастотные усилители и быстродействующие логические схемы. Достоинством ИМС является также их высокая экономичность. Низкие потребляемые мощности позволяют снизить расход электроэнергии, уменьшить массу источников питания устройств, выполненных с применением интегральных микросхем.

ИМС подразделяют на два класса : полупроводниковые; гибридные. Полупроводниковая ИМС – полупроводниковый кристалл, в толще которого выполняются все компоненты схемы : полупроводниковые приборы и полупроводниковые резисторы. Поверхность проводника покрывается изолирующим слоем окисла, по которому в нужных местах расположен слой металла, обеспечивающий соединения между элементами схемы. Основу гибридной ИМС составляет пленочная схема : пластина диэлектрика, на поверхности которого нанесены в виде пленок толщиной порядка 1 мкм компоненты схемы и межсоединения. Этим способом легко выполнимы пленочные проводниковые соединения, резисторы, конденсаторы. Бескорпусные полупроводниковые приборы, конденсаторы больших номиналов и магнитные элементы в гибридных ИМС выполняются навесными : эти элементы приклеиваются в определенных местах к плате, затем плата с пленочной схемой и навесными элементами помещается в герметизированный корпус, имеющий определенное количество выводов. Полупроводниковые ИМС в основном являются ИМС общего применения, Гибридная технология особенно предпочтительна при разработке ИМС частного применения,

Операционные усилители (ОУ). Параметры и характеристики.

1) Классификация усилителей.Устройство, предназначенное для усиления электрических сигналов, называется электронным усилителем. Основной классификацией усилителей является классификация по диапазону усиливаемых частот. 1. Усилители низкой частоты (УНЧ) – диапазон усиливаемых частот от 10Гц до 100кГц. 2. Усилители высокой частоты (УВЧ) – диапазон усиливаемых частот от 100кГц до 100МГц. 3. Усилители постоянного тока (УПТ). Они могут усиливать постоянный ток. Диапазон усиливаемых частот от 0Гц до 100кГц. 4. Импульсные усилители (ИУ) – широкополосные импульсные- и видеоусилители. Частотный диапазон усиливаемых частот от 1кГц до 100кГц. 5. Избирательные, или резонансные усилители – это усилители, работающие в узком диапазоне частот. 1) Виды обратной связи. Обратной связью в усилителе (в целом) или же в отдельно взятом каскаде называется такая связь между входом и выходом, при которой часть энергии усиленного сигнала с выхода передаётся на вход. По способу своего возникновения обратная связь может быть внутренней, паразитной и искусственной. Внутренняя ОС возникает за счёт внутренних свойств элементов схемы. Паразитная ОС возникает за счёт паразитных ёмкостей и индуктивностей. Стараются внутреннюю паразитную обратную связь возможно сильнее уменьшить. Искусственная ОС вводится специально для улучшения основных характеристик усилителя. По признаку петлевого усиления различают положительную ОС (ПОС) и ООС. При ПОС сигнал на вход усилителя через цепь ОС поступает в фазе со входным сигналом. При ООС сигнал, проходя цепь ОС, будет подаваться в противофазе с входным сигналом. В усилителях, в основном, применяется ООС; ПОС применяется в генераторах. В зависимости от того, каким образом цепь ОС подключается к выходу усилителя, различают ОС по току и по напряжению. В зависимости от того, каким образом цепь ОС подключается к выходу усилителя, различают параллельную и последовательную ОС усилителя.

Поскольку в усилителях цепь ОС состоит, в основном, из пассивных элементов, то β обычно меньше 1. В зависимости от того, будет ли изменяться β от частоты, различают частотозависимую и частотонезависимую ОС. По принципу действия операционный усилитель сходен с обычным усилителем. Как и обычный усилитель, он предназначен для усиления напряжения или мощности входного сигнала. Однако, тогда как свойства и параметры обычного усилителя полностью определены его схемой, свойства и параметры операционного усилителя определяются преимущественно параметрами цепи обратной связи. Операционные усилители выполняют по схеме усилителей постоянного тока с нулевыми значениями входного напряжения смещения нуля и выходного напряжения. Они характеризуются также большим коэффициентом усиления, высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Ранее подобные высококачественные усилители использовались исключительно в аналоговых вычислительных устройствах для выполнения таких математических операций, как суммирование и интегрирование. Отсюда и произошло их название -операционные усилители. Классификация и основные параметры ОУ. Операционным усилителем называется устройство, предназначенное для выполнения математических операций с аналоговыми сигналами, имеющее исключительно высокий коэффициент усиления, очень большое входное и малое выходное сопротивление и выполненное в микроэлектронном исполнении. Операционный усилитель включает в свой состав один или несколько дифференциальных каскадов УПТ, генератор стабильного тока для питания этих каскадов и выходные эмиттерные повторители для увеличения входного и уменьшения выходного сопротивления

Генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН).

ГЛИН предназначен для получения напряжения, которое в течение некоторого времени нарастает или спадает по линейному или близкому к линейному закону и используется в каскадах сравнения, схемах временной задержки импульсов, для получения временных разверток в электронно-лучевых трубках и т.д. Реализация ГЛИНа на ОУ и временные диаграммы входного и выходного напряжений даны на рис. Принцип работы основан на применении зарядного или разрядного устройства, интегрирующего конденсатора C и электронного ключа на транзисторе VT. При закрытом состоянии ключа происходит заряд конденсатора C от Е_зар. через R₃ с постоянной времени _зар=R₃C, что определяет длительность прямого (рабочего) хода. Замыкание ключа приводит к быстрой разрядке конденсатора и время обратного хода определяется сопротивлением насыщенного транзистора. Выходное напряжение повторяет форму напряжения на конденсаторе C и имеет вид “пилы”.Линейно изменяющимся(пилообразным) напряжением(ЛИН) называют импульсное напряжение, которое в течение некоторого времени изменяется практически по линейному закону, а затем возвращается к исходному уровню. ЛИН характеризуется следующими основными параметрами :периодом Т, длительностью рабочего хода Т_р, длительностью обратного хода Т_обр, амплитудой U_m, коэффициентом нелинейности . Обычно линейное изменение напряжения получают при зарядке и разрядке конденсатора. Функциональная схема ГЛИН на рис. справа.Высококачественные ГЛИН создают на основе операционных усилителей.

Сглаживающие фильтры (емкостные и индуктивные)

Сглаживающим фильтром называют устройство, предназначенное для умень­шения пульсаций выпрямленного напряжения. В зависимости от назначения того или иного электронного блока (усилителя, генератора и т. д.), его места в электронном устройстве или системе (на входе, выходе и т. д.) коэффициент пульсаций напряжения питания не должен превышать определенных значений. Так, для основных каскадов автоматических систем он не должен превышать 10~2—10~3, для выходных усилительных каскадов—10~4—10~5, для автогенерато­ров — 10~5—10~6, а для входных каскадов электронных измери­тельных устройств — 10~6—10~7. Основными элементами сглаживающих фильтров являются кон­денсаторы, индуктивные катушки и транзисторы, сопротивления которых различны для постоянного и переменного токов. Для постоянного тока сопротивление конденсатора равно бесконечности, а со противление индуктивной катушки очень мало. Сопротивление транзистора постоянному току (статическое сопротивление) на два-три порядка меньше сопротивления переменному току (динамическое сопротивление). Основным параметром, характеризующим эффективность действия сглаживающего фильтра, является коэффициент сглаживания, равный отношению коэффициентов пульсаций на входе и выходе фильтра:q = pвх/pвых.Кроме выполнения требования к коэффициенту сглаживания фильтры должны иметь минимальное падение постоянного напряжения на элементах, минимальные габариты, массу, и стоимость.В зависимости от типа фильтрующего элемента различают емкостные, индуктивные и электронные фильтры. По количеству фильтрующих звеньев фильтры делятся на однозвенные и многозвенные.Емкостные фильтры. Этот тип фильтров относится к однозвенным фильтрам. Емкостный фильтр включают параллельно нагрузочному резистору Rн,. Индуктивные фильтры. Индуктивный фильтр, состоящий из дросселя Lф включают последовательно с нагрузочным резистором Rн .Он, так же как емкостный фильтр, относится к типу однозвенных фильтров.Индуктивные фильтры обычно применяют в трехфазных выпрямителях средней и большой мощностей, т. е. в выпрямителях, работающих на нагрузочные устройства с большими токами. В выпрямителях малой мощности использование индуктивного фильтра L^ нецелесообразно, поскольку они работают на высокоомные нагрузочные устройства. При этом выполнение условия приводит к необходимости включения дросселя с большими массой и габаритами, что является существенным недостатком индуктивного фильтра по сравнению с емкостным

Рис.. Схемы Г-образных LC-фильтра (а) и RC-фильтра (б)

.

Логические элементы: определения, обозначения, логические функции.

Логическая функция - это функция логических переменных, которая может принимать только два значения : 0 или 1. Логический элемент - это устройство, реализующее ту или иную логическую функцию. Y=f(X1,X2,X3,...,Xn) - логическая функция, она может быть задана таблицей, которая называется таблицей истинности. Число строк в таблице - это число возможных наборов значений аргументов. Оно равно 2ⁿ, где n - число переменных.Логические функции одной переменной

1. Функция константа 0, Y=0. Техническая реализация этой функции-соединение вывода Y с общей шиной с нулевым потенциалом. 2. Функция Y=f(X)=X - функция повторения. Техническая реализация этой функции - соединение между собой выводов X и Y. 3. Функция Y=f(X)=X - отрицание НЕ или инверсия (X - это НЕ X).Техническая реализация этой функции - инвертор на любом транзисторе или логическом элементе, или транзисторный ключ . 4. Функция константа 1, Y=1. Техническая реализация этой функции-соединение вывода Y с источником питания.

Логические функции двух переменных 1. Логическое ИЛИ (логическое сложение, дизъюнкция):

Y= X1 + X2 = X1VX2 Техническая реализация этой функции - два параллельно соединенных ключа 2. Логическое И (логическое умножение, конъюнкция, схема совпадений): Y = X1X2 = X1&X2.Техническая реализация этой функции - два последовательно соединенных ключа

3. Функция стрелка Пирса (ИЛИ-НЕ): Y = X1+X2 .

4. Функция штрих Шеффера (И-НЕ): Y = X1|X2 = X1X2

Есть ещё три логические функции двух переменных, имеющие специальные названия: импликация, эквивалентность, неравнозначность (исключающее ИЛИ, сложение по модулю 2). Последние две функции являются взаимно обратными, также как, например, функция И и функция штрих Шеффера. Таблицы истинности показывают, каким будет сигнал на выходе, т. е. низкого уровня (лог. 0) или высокого уровня (лог. 1), при той или другой комбинации сигналов на входах. В табл приведены элементы с двумя входами. Для логических элементов с большим числом входов правила функционирования, отражаемые таблицами истинности, сохраняются.