Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне

Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке R_L. Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов.

46. Компенсационные стабилизаторы, структурные схемы стабилизаторов последовательного и параллельного типов.

Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя

Часть выходного напряжения U_out снимаемая с потенциометра R2 сравнивается с опорным напряжением U_z на стабилитроне D1, разность напряжений усиливается операционным усилителем U1 и подаётся на базу регулирующего транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя. Для устойчивой работы схемы петлевой сдвиг фазы должен быть близок к 180°+n*360°. Так как часть выходного напряжения U_out подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя U1, то операционный усилитель U1 сдвигает фазу на 180°, регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который фазу не сдвигает. Петлевой сдвиг фазы равен 180°, условие устойчивости по фазе соблюдается.

47. Простейший стабилизатор с регулирующим транзистором, принцип работы.

Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе

Основными моментами, необходимыми для понимания работы этого стабилизатора, являются:

1) Напряжение U_be практически не зависит от величины тока, протекающего через p-n переход и для приборов на основе кремния приблизительно составляет 0,6В. В расчётах схем на биполярных транзисторах чаще всего используют именно такое значение, реже 0,7В. Это напряжение, необходимое для преодоления так называемого потенциального барьера p-n перехода, существующего между областями эмиттера и базы;

2) Напряжение U_z практически не зависит от величины тока, протекающего через стабилитрон и равно напряжению стабилизации стабилитрона.

Но выходное напряжение U_out = U_z — U_be. То есть выходное напряжение U_out постоянно и не зависит от тока, протекающего по нагрузке. Можно сказать, что выходное напряжение не зависит от величины нагрузки R_L. Изменения входного напряжения U_in (если оно несколько больше ожидаемого выходного напряжения) также не приводят к изменениям выходного напряжения U_out. Вариант объяснения работы этого стабилизатора, начинающийся с предположения об изменении выходного напряжения U_out с последующей компенсацией за счёт изменения тока, не даёт понимания откуда берётся первоначальное изменение U_out. На самом деле незначительные изменения U_out вызваны незначительными изменениями напряжений U_be=0,6 В и U_z, вызванными изменениями протекающих через них токов. А причиной изменения токов является изменение величины нагрузки R_L + изменение входного напряжения U_in.

48. Стабилизатор с транзисторным усилителем ошибки, принцип работы.

Итак, на Х1 подаётся минус источникa напряжения, а с Х2 берётся стабилизированное и ограниченное в выходном токе напряжение. Если вкратце, то VТ3 – регулирующий, VТ4 – компаратор и усилитель сигнала ошибки стабилизатора напряжения, VТ1 - компаратор и усилитель сигнала ошибки стабилизатора выходного тока, VТ2 - датчик наличия ограничения выходного тока. За основу был взят распространённый вариант стабилизатора напряжения.

49. Стабилизатор с усилителем ошибки на ОУ, принцип работы.

Если необходимо собрать регулируемый в широких пределах стабилизатор тока или стабилизатор тока с токозадающим резистором на порядок или даже два ниже, чем на схемах, изображенных на рис. 1 – рис. 6, можно применить схему с усилителем ошибки на ОУ (операционном усилителе). Схема такого стабилизатора тока показана на рис. 7.

Рис. 7.

В данной схеме токозадающим является резистор R7. ОУ DA2.2 усиливает напряжение токозадающего резистора R7 – это усиленное напряжение ошибки. ОУ DA2.1 сравнивает опорное напряжение и напряжение ошибки и регулирует состояние полевого транзистора VT1.

Обратите внимание, что схема требует отдельного питания, подаваемого на разъем XP2. Напряжение питания должно быть достаточным для работы компонентов схемы и не превышать значения напряжения пробоя затвора MOSFET VT1.

В качестве генератора опорного напряжения в схеме на рис. 7 применена микросхема DA1 REF198 с выходным напряжением 4,096В. Это достаточно дорогая микросхема, поэтому ее можно заменить обычной кренкой, а если напряжение питания схемы (+U) является стабильным, то и вовсе обойтись без стабилизатора напряжения в данной схеме. В этом случае переменный резистор R подсоединяется не к REF, а к +U. В случае электронного управления схемой вывод 3 DA2.1 можно подключить непосредственно к выходу ЦАП.

Для настройки схемы необходимо выставить ползунок переменного резистора R1 в верхнее по схеме положение, подстроечным резистором R3 установить необходимое значение тока – это значение будет максимальным. Теперь резистором R1 можно регулировать ток через VT1 от 0 до установленного при настройке максимального тока. Элементы R2, C2, R4 необходимы для предотвращения возбуждения схемы. Из-за этих элементов временные характеристики не являются идеальными, что видно по осциллограмме на рис. 8.

Рис. 8.

На рис. 8 луч 1 (желтый) показывает напряжение нагружаемого ИП (источника питания), луч 2 (голубой) показывает напряжение на токозадающем резисторе R7. Как видно, в течение 80 мкс через схему протекает ток в несколько раз больше установленного.

50. Функциональная электроника, предмет изучения в примерах.

Электроника позволяющая реализовать функцию того или иного электронного устройства путем непосредственного использования физических явлений в твердом теле. Для переработки информации в функциональных устройствах электроники используются физические явления, не связанные обязательно с электропроводимостью, например, оптические и магнитные явления распространения ультразвука. Наиболее разработанные направления функциональной электроники:

- оптоэлектроника

• акустоэлектроника

• магнетоэлектроника

• криоэлектроника

• хемотроника

• диэлектрическая электроника

• Биоэлектроника

51. Оптоэлектроника, виды оптронов.

Оитоэлектрический прибор определяется как прибор чувствительный к электромагнитному излучению видимых инфракрасных и ультрафиолетовых областях или же как прибор, использующий такое электромагнитное излучение для своей работы. Оптоэлектроника основана на электронно-оптическом принципе получения, передачи, обработки информации, носителем которой является электрически нейтральный фотон. Совмещение двух способов обработки передачи информации – оптического и электрического, позволяет досягать огромного быстродействия и высокой плотности размещения хранимой информации. Важнейшим преимуществом элемента оптоэлектроники является оптически связаны, а электрически изолированы между собой. Основной элемент оптоэлектроники является оптрон. Он представляет собой 4-х полюсник, состоящий из трех элементов:

• фотоизлучателя

• каналы и среды передачи света

• фотоприемник

заключенных в герметичном, светонепроницаемом корпусе.

Оптрон в электронных цепях может выполнять следующие функции:

• переключение

• усиление

• согласование

• преобразование

• индикация

П ример (схема передачи и усиления)

Принцип работы:

Передаваемая информация, закодирована изменяющимся напряжением, поступает на вход оптрона и модулирует (изменяет) яркость светоизлучаемого диода. Модулированный световой поток, через оптический канал связи, подается на фотодиод и модулирует его обратное сопротивление. Из-за значительно большего напряжения питания выходной цепи, происходит усиление входного сигнала.

Оптическая связь между передачами и приемником информации может осуществляться с помощью волоконно-оптического кабеля. Такая связь обладает очень высокой помехоустойчивостью и надежностью. Широкополостность такого канала связи огромная. Например, только по одной линии может быть передано 10¹⁰ телефонных разговоров или 10⁶ телевизионных программ.

51. Акустоэлектроника.

АКУСТОЭЛЕКТРОНИКА - раздел акустики, на стыке акустики твёрдого тела, физики полупроводников и радиоэлектроники. А. занимается исследованием принципов построения УЗ-устройств для преобразования и обработки радиосигналов. Преобразование СВЧ-сигнала в звуковой, длина волны к-рого в 10³ раз меньше, значительно облегчает его обработку. Для выполнения операций над сигналами используются взаимодействие УЗ с электронами проводимости (см. Акустоэлектронное взаимодействие ),эл--магн. полями, оптич. излучением, а также нелинейное взаимодействие акустич. волн (см. Нелинейная акустика). Акустоэлектронные устройства позволяют производить разл. операции над сигналами: преобразования во времени (задержку сигналов, изменение их длительности), частотные и фазовые (сдвиг фаз, преобразование частоты и спектра), изменение амплитуды (усиление, модуляция), а также более сложные функциональные преобразования (интегрирование, кодирование и декодирование, получение функций свёртки, корреляции сигналов и т. д.). Выполнение таких операций часто необходимо в радиолокации, технике дальней связи, системах автоматич. управления, вычислительных и др. радиоэлектронных устройствах.

Акустоэлектронные методы в ряде случаев позволяют осуществлять эти операции более простым и рациональным способом

52. Магнетоэлектроника.

Магнитоэлектроника - новое научно-техническое направление твердотельной электроники, в основе которого лежит использование явлений в полупроводниковых структурах, связанных с воздействием магнитного поля. Это научно-техническое направление сформировалось только в последние 20 лет, хотя гальваномагнитные явления и приборы известны давно.

Однако массовое применение приборов на основе различных гальваномагнитных эффектов началось только в связи с развитием автоматики, магнитной записи информации, устройств ввода и считывания информации и т. д.

Бурное развитие магнитоэлектропнки в последние годы определяется такими достоинствами гальваиомагнитных приборов, как возможность полной электрической развязки входных и выходных цепей, бесконтактного преобразования малых механических перемещений в электрические сигналы, детектирования величины и .направления индукции магнитного поля с высокой локальностью, создания «не искрящих» механических коммутаторов в электрических цепях, бесконтактного измерения электрических токов.

В настоящее время в магнитоэлектронике используются следующие гальваиомагнитные явления.

Эффект Холла - возникновение поперечной разности потенциалов при прохождении электрического тока в поперечном ему магнитном поле.

Эффект магнитосопротнвления - возрастание сопротивления полупроводника в магнитном поле.

Эффект Суля - отклонение линий тока инжектированных носителей магнитным полем к одной из граней полупроводника.

Эффект гальваномагниторекомбннационный-изменение концентрации носителей при прохождении тока в поперечном магнитном поле в полупроводнике со смешанной проводимостью вследствие изменения роли поверхностей рекомбинации.

Эффект магнитодиодный - изменение в магнитном поле неравновесной проводимости полупроводниковых структур с большим по сравнению с длиной диффузионного смещения расстоянием от инжектирующего контакта до неактивного. Известны и другие гальваномагнитные явления, но они еще не получили широкого практического применения.

53. Криогенная электроника.

Направление электроники, основанное на использовании сверхпроводимости твёрдого тела при криогенных (ниже 120 К) темп-рах. Позволяет создавать электрон. приборы с характеристиками, недостижимыми при обычных условиях (при значит. охлаждении происходит резкое ослабление теплового движения электронов, а следовательно, существенное снижение тепловых шумов, что повышает чувствительность приборов). Источником холода обычно служит сжижённый газ. В зависимости от темп-ры охлаждения криогенные приборы делятся на 3 класса: гелиевого (до 20 К), неоноводородного (до 70 К) и азотного (св. 70 К) уровней охлаждения. Применение К.э. привело к значит. увеличению дальности действия систем обнаружения целей и управления оружием, повышению их помехозащищённости, снижению габаритов приборов и электропотребления.

54. Хемотроника.

Направление электроники, занимающееся исследованиями явлений и процессов на границе электрод — электролит и в объёме электролита при протекании электрич. тока (обратимые электрохим. реакции на электродах, диффузионный, миграционный и конвективный перенос ионов в объёме электролита, образование двойного электрич. слоя на межфазной границе, фотохим. реакции, электрокинетич. явления и др.). На основе этих явлений и процессов создают разл. электрохимические преобразователи.

55. Диэлектрическая электроника.

Диэлектрическая электроника, область физики, занимающаяся исследованием и практическим применением явлений, связанных с протеканием электрических токов в диэлектриках. Концентрация электронов проводимости или каких-либо других свободных носителей заряда в диэлектриках (дырок, ионов) пренебрежимо мала. Поэтому до недавнего времени диэлектрики в электро- и радиотехнике использовались только как изоляторы (см. Электроизоляционные материалы). Исследования тонких диэлектрических плёнок показали, что при контакте с металлом в диэлектрик переходят электроны или дырки, в результате чего у контакта в тонком слое диэлектрика появляются в заметном количестве свободные носители заряда. Если диэлектрик массивный, то весь его остальной объём действует по-прежнему как изолятор, и поэтому в системе металл—диэлектрик—металл ток ничтожно мал. Если же между двумя металлическими электродами поместить тонкую диэлектрическую плёнку (обычно 1—10 мкм), то эмитируемые из металла электроны заполнят всю толщу плёнки и напряжение, приложенное к такой системе, создаст ток через диэлектрик.

56. Биоэлектроника.

1) раздел техники, изучающий использование электроники в биологии и медицине; 2) раздел биофизики, изучающий электронные процессы у биологических объектов

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------