Иванов Алексей Алексеевич

8-908-832-11-60

Есть книги.

Лабы на Электроник ворд бэнч (electronic world bench ) предпочтительна 5

Часть 1: Электротехника.

Тема №1: Основные понятия и определения. Основы электрических измерений, измерение тока, напряжения, мощности временных параметров. Погрешность измерения.

Электрический ток – направленное движение заряженных частиц.

Электрический ток – монотонное перемещение тока в пространстве.

Переменное напряжение – то что меняется с течением времени.

Пульсирующее напряжение – это переменное напряжение к которому добавлено постоянный ток.

f – частота в герцах

(омега маленькая) – частота в радианах.

Маленькие буквы – мгновенные величины.

Большие буквы – константа.

Меандр – простой классический сигнал прямоугольной формы. Коэффициент заполнения 2.

Спектр сигнала – это график, в котором указаны по оси обцис частоты а ординат амплитуды, или уравнение, в котором указаны частоты и амплитуды.

Погрешность бывает относительная и абсолютная, аддитивное и мультпликативное.

Погрешность состоит из:

1. Погрешность прибора

2. Погрешность считывания нами информации

3. Методическая погрешность.

1 дБ(Децибелл) = 20*lg(u1/u2)

1дБ=10*lg(p1/p2)

2 прибора 100 ватт и 10 ватт

1 в 10 раз больше 2

1 на 10 дБ больше 2

В разы	на децибеллов
1000	60
100	40
10	20
1	0
0.1	-20
0.01	-40
0.001	-60
3	10
2	6
20	26
60	36
На 10%	На 1
На 20%	На 2
На 50%	На 6 (в 2 раза)
36	32
33	31

Тема 2: Основные свойства и параметры простейших цепей. Основные законы электротехники и анализ цепей. Переходные процессы. Особенности расчёта цепей с нелинейными элементами.

При подачи на конденсатор тока синусоидальной формы u с частотой f,

Rc=1/(2*Pi*f*c)=1/(ω*c)

Зависимость между током и напряжением на конденсаторе для любова рода сигнлов.

i=c*∂u/∂t

На конденсаторе имеет место сдвиг по фазе. Ток опережает по фазе напряжение на Pi/2

Для катушек индуктивности. Это дуальные элементы по отношению к конденсатором.

При пропускании синусоидальной формы дросиль оказывается сопративление по формуле

Rl=2*Pi*f*l=ω*l

Зависимость тока и напряжению на катушке

u=l*∂i/∂t

Законы коммутации.

Задача 1: есть 12-Вольтовый паяльник с мощьностью 24 Ватт. Включить в 220 Вольт, при этом рекомендуется для ограничения тока конденсатор. Рассчитать последний так, чтобы получить на выходе 24 Ватта и 12 Вольт.

I=U/(R+Rc)

Rc=1/(2*Pi*f*c)

Rc=U/I-R

c=1/(2*Pi*f*Rc)=30 микро Фарад.

Того же эффекта можно добится если вместо конденсатора использовать катушку индуктивности.

Они нужны для того чтобы упростить расчёты схем, где есть конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы.

1 Закон:

Напряжение на конденсаторы до коммутации и после коммутации одно и то же. (Если конденсатор был разряжен, то в момент коммутации он ведёт себя как КЗ (короткое замыкание))

2 Закон:

Ток, через катушку, до коммутации и после коммутации один и тот же. (В момент подключения катушка ведёт себя как разрыв)

Энергия, запасённая в конденсаторе:

Q=c*u²/2

Энергия в поле катушки индуктивносли

Q=l*i²/2

Общетехнический термин Постоянная времени – τ=R*c

Переходный процесс закончится через 3*τ

Амплитудно-частотные характеристики простейших цепей.

Это абсолютно линейная характеристика.

Октава – диапазон частот, отличающийся в 2 раза

Декада – в 10 раз.

K=Uвых/Uвх – коэффициент передачи\

R=Rc=1/(2*Pi*f*c)

F=1/(2*Pi*R*c)

ω=2*Pi*f

ω=1/RC

Закон Ома для полной цепи (векторное представление переменного напряжения):

Диаметром 0.06 6 метров медного провода сопротивление 50 Ом

В офисе проводка диаметром 0.6, тогда сопротивление 0.5 Ом

С этажа на этаж 60 метров.

Примерно 0.1 Ом на метр.

2 Закона Кирхгофа:

1) Сумма падений напряжений в замкнутом контуре равна 0.

2) Для каждого узла сумма токов равна 0.

Векторное представление переменного напряжение.

Вектор – это направленный отрезок. 2 характеристики Длинна и направление.

Сопративление ПОЛНОЙ цепи:

R=√(R²+R_C²-R_L²)

R=√(R²-R_C²+R_L²)

I=R/U – закон Ома для полной цепи, R – фиговина выше.

Частота резонансного колебательного контура

f=1/(2Pi√(lc))

Задача:

Для каких то целей нужно устройство чтобы При подходе к двери, приоткрыли, посмотрели, прикрыли. После закрытия через 0.5 секунды она закрылась.

Теория!

Трехфазная сеть. Она есть.

Напряжения под 120 градусов друг к другу.

Нелинейные цепи.

Резистор – линейный.

Лампочка – неа!!!

Берём 2 батарейки. Одна крона, другая для карманного фоноря. Соединяем параллельно.

Магнитные цепи

Электр ток – направленное движение заряженных частиц.

Количество магнитных линий это как бы электрический ток. Чем гуще магнитные линии, тем сильнее магнитный поток.

Существует полная аналогия между эл. Током и напряжением и магнитными током и напряжением.

Геркон – герметизированный контакт, реагирующий на магнитное поле.

У него проявляется гистерезис – включается при большей напряженности магнитного поля, а отключается при меньшей напряженности.

Гистерезис – неоднозначность хода характеристики некоторого устройства при его нагружении и разгружении.

Петля Гистерезиса – мера неоднозначности.

Ширина петли и называется гистерезисом.

Насыщение магнитопроводов.

Там пунктир вертикальный – насыщение магнитопровода. По вертикали – количество линий.

При обратном ходе остаётся остаточная намагниченность.

Есть магнитомягкие материалы (где петля малая) и магнитотвредые (где петля большая).

Все магнитные цепи – НЕЛИНЕЙНЫ!!!

Трансформатор – это прибор, который работает на эффекте электромагнитного поля.

Есть первичная и вторичная обмотки. На первично должна быть входная энергии, а на вторичной напряжение, значение которого зависит от коэффициента трансформации.

Есть трансформаторы повышающие и понижающие.

Коэффициент трансформации – это отношение напряжения на одной обмотке к напряжению на второй обмотке.

Все трансформаторы делятся на питающие силовые и остальные.

Питающие – одна входная и несколько выходных.

Остальные – у них несколько входных и несколько выходных.

Это автотрансформатор.

Если средняя линия двигается, то это ЛАТР.

Если обмотки находятся рядом друг с другом, то потокосцепление M равно 1.

Если обмотки не рядом, то потокосцепление будет выше.

В жизни M никогда не будет 1. И для того, чтобы потокосцепление увеличивать мы ставим сердечник.

Коэффициент лучше считать отношением числу витков на одной обмотке к числу витков на второй.

Все делятся на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Эквивалентная схема трансформаторов.

Методика расчёта трансформаторов.

Пример: Сварочный аппарат. 40 вольт и 4к Ватта.

Исходные данные:

Входное напряжение

Выходное напряжение

Выходной ток

1. Определить габаритную мощность аппарата. Это 4к Ватта.

2. Рассчитать входные и выходные токи и напряжения. Выход Ток 100 А Выход Напряж 40 Вольт Вход 220 Вольт Коэффициент 5 Вход Ток 20А

3. Подобрать магнитопровод. В первом приближении можно пользовать формулой S=√(P) – площадь сечения магнитопровода в см² Она даёт значения с запасом для тараидального и л-идального трансформатора. Если сечение долеко от квадратного, то его требуется несколько увеличить. S=60 см²

4. Рассчитываем число витков на 1 вольт напряжения по формуле N₁=50/S N₁=0.8

5. Рассчитываем количество витков в первичной обмотке. U_п*N₁ Nп=160

6. Для вторичной Nв=32

7. Диаметр провода. 1 мм² = 5 А => Первичная ~5 мм. Вторичная ~ 20 мм.

Вайля! Трансформатор готов!

Задание:

Есть трансформатор, рассчитан на напряжение 1 =220 Вольт и на вторичной 22 Вольта.

При токе нагрузке 1 Ампер выходное напряжение упало до 10 Вольт. С помощью Омметра мы измерили сопротивление вторичной обмотке и оно равно 5 Ом. Сопротивление первичной обмотки - ?

Падение напряжение 5 Вольт. Общение напряжение 10 Вольт, значит приходит 15 Вольт.

А значит уходи 150 Вольт. А значит падение напряжения там 70 Вольта.

Ток там 0.1 Ампера. Это первый вариант.

Второй вариант: 10 Вольт, 1 А, рассеивается 10 Ватт. P=I*U

И на первичной цепи будет 0.7 А и ничего непонятно.

Идём по первому варианту.

U=I*R

R=700 Ом. – Чё то жуткое.

Проверка законом сохранения не действует т.к.

Наш трансформатор передает 100 % КПД.

ЗАПОМНИ!

При изготовление реального качественного трансформатора, нужно стремится чтобы потери в первичной обмотке примерно равнялись потерям на вторичной обмотке.

Помимо потери в меди (на трансформаторе) есть потери в стали (в магнитопроводе), и последнее должно быть не более 20%.

Коэффициент приведение 2 обмотки через коэффициент трансформации.

K_п=K_т²

Приведённый трансформатор:

Есть П и T образные схемы замещения.

Электрические машины.

Все электрические машины делятся на машины постоянного тока и переменного тока.

У машин постоянного тока есть стартер (постоянное магнитное поле) и роттер (вращающееся магнитное поле). Постоянное магнитное поле взаимодействует с вращающимся, в следствии чего возникает момент, вращающий роттер относительно стартера.

Когда мы на щётки (+ и –) подаем постоянное напряжение. Потом напряжение идёт на роттер. Появляется магнитное поле, и начинается роттер поворачивается. В следствии это грамада начинает крутится равноускоренно.

Существует 2 способа регулирования частоты вращения:

1. по току якоря (увеличение тока якоря частота вращения увеличивается) – для получения большого крутящего момента

2. по току возбуждения (при постоянном токе якоря ток возбуждения уменьшается) – для получения высокой частоты вращения

Недостаток – необходимость коммутации. Поэтому реализовать большие неудобно.

Для удаления этих недостатков

Шаговый двигатель. У него роттер и статер поменяны местам. Роттер – постоянный магнит, статер – многошаговая обмотка.

Он обеспечивает полное, тотальное управлении своей работой – поворот на заданный угол, разгон, и режим удержания роттера.

Асинхронные двигатели переменного тока.

Тут форма роттер сделана таким образом, чтобы он намагничевался тогда, когда количество линий менялась. То есть намагниченность в нем возникает при разной частоте вращения поля статера и роттера. Роттер должен крутится с другой частотой нежели статер.

У синхронного частоты должны совпадать.

Разница частоты вращение на статере и роттере называется скольжение C. Оно не превышает 0.1

Применяются в технике при мощности не более нескольких киловатт.

Особенность: очень надежны. Но пуск бывает сложен – маломощные нормально, а мощные смертельно.

Способы регулирования частоты вращения асинхронных :

1. изменение частоты питающего напряжения. Самый корректный, самый крутой.

2. За счёт использования скольжения путем некоторого уменьшения амплитуды питающего напряжения.

Синхронные двигатели.

Конструкция точно такая же, но роттер такой, что при пронизывании магнитным полем у него внутри всегда постоянный магнит.

С запуском очень большие проблемы.

Применяются там же где и асинхронные, но при больших мощностях. Там, где требуются стабильная частота вращения (винчестер).

Схемы включения.

Как правило у двигателей переменного тока 3 статерных обмотки, которые могут включатся либо «звездой»(3 из одной точки выходят), либо «треугольником»(замкнуты).

К каждому движку приходит 3 провода.

У треугольника нет нейтрали, а у звезды – есть.

Нейтраль подключают для выравнивания работы движка.

Есть такой эффект как перекос фаз – на фазы приходят разные фазные напряжения. И для борьбы с этим эффектом убирают нейтраль.

Однофазный двигатель переменного тока.

Устройство управления и регулирования частоты вращения двигателя.

1. Устройства защиты и коммутации. Для включения мощных двигателей применяются пускатели.

2. Устройства управления частотой вращения 2.1) Промышленные (100-ни ватт) 2.2) Бытовые Все эти устройства называются приводами.

Элементная база электроники.

Все элементы можно разделить как бы на «активные» и «пассивным».

То, что более менее сложным способом может что то делать – «активные», остальные «пассивные».

Это все неофициально.

Пассивные.

Проводники и изоляторы. Предназначены для передачи и не передачи электрического тока.

Проводники – металлы, электролиты, разряды во всевозможных средах. В электронике используются исключительно металлы. Лучшее Медь, Алюминий.

Изоляторы. В электронике все расположено на стеклотекстолите, которых является хорошим изолятором. Ещё лучше – керамика.

Контакты – переход между проводник – изолятор – проводник. Очень уменьшает надежность.

Резисторы. Размеры 10х4 мм. Измеряются в кОм. В производстве нет резисторов с любым сопротивлением. Но есть ряд. Он построен по экспоненте. Эти ряды имеют наименование по количеству элементов. Е12. Е6. Е3. Е24 – набор коэффициентов 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6, 1.8, 2, 2.2, 2.4, 2.7, 3, 3.6, 3.9,…

Это международный ряд. Из него получаются все остальные.

Допуск на сопротивление. 1 кОм +-5%. Было раньше. Щас полоски или точки вместо процентов.

Допустимая мощность рассеивания. Раньше изображали специфическими значками. Щас же их не изображают.

Допустимое напряжение.

Температурный коэффициент сопротивления. ТКС или TKR.

Все остальные несут ещё больше паразитный характер.

Ёмкость резистора.

Индуктивность резистора.

Конструктивное исполнение.

Варистор – резистор, у которого сопротивление зависит от приложенного к нему напряжения. Изготавливается из спец синтетических материалов и позволяют получить любую зависимость от приложенного напряжения. Основные характеристики варистора это классификационное напряжение – такое напряжение, при котором через варистор протекает классификационный ток. Классификационные характеристики: зависимость тока от напряжения.

Терморезисторы – резисторы, у которого сопротивление зависит от температуры. Бывают с положительным температурным коэффициентом и отрицательным. Как правило не линейные. Применяются для компенсации температур. В качестве подогрева. В качестве защитных устройств.

Фоторезисторы – резисторы, у которых сопротивление зависит от освещённости. У всех фоторезисторов при увеличении светимости сопротивление уменьшается. При затемнении через них протекает темновой ток.

Тензорезисторы – это резисторы, сопротивление которого зависит от растягивающего усилия или деформации. При деформации будет увеличиваться сопротивление. Но меняться на очень небольшую величину. Существуют полупроводниковые тензорезисторы. У них сопротивление меняется сильнее. Они применяются чаще. Но недостаток в зависимости от температуры. В комп технике применяются в прибор для измерения ускорений.

Магниторезисторы – это резисторы, сопротивление которых зависит от . Работа связанна с эффектом Холла. Берётся некоторая подложка. Там формируется тонкая плёнка проводника. К этому напылению подводятся 4 вывода с противоположных сторон. С 2-х граней подают ток. С 2-х других снимают показатели.

Применяются ещё наборы резисторов в одном корпусе.

Конденсаторы.

I=C*dU/dt

Основная характеристика – ёмкость.

Их значения соответствуют рядам.

Тоже есть параметр на допуск. +-5 10 20 %. Есть так же 1%, 0.5%. Более точных не существует.

Прецезеонный конденсатор нужен для того, чтобы получить время заряда/разряда.

Точность связана не только с допуском. Но тут температурный допуск ОЧЕНЬ важна! ТКЕ или TKC.

Показывает на сколько изменяется ёмкость при увеличении на 1 градус.

Если ТКЕ равен М750, то он отрицательный (М) 750 * 10^-6

М100 – отрицательный 100 * 10^-6

П1500 – от 0 до +1500 * 10^-6

МП300 - +300 до -300 * 10^-6

Если мы конденсатор применяем в резонансном колебательном контуре – то там температура идёт на гудд!

Н30 Н60 Н90 – ненормируемый, во всем диапазоне температур может изменится на 30%, 60%, 90%.

След характеристика: Тангенс угла потерь. 90 градусов – идеал! Но реально не так. Может быть 89,999. Ошибка на 0,001 – это не идеальность конденсатора. И он начинает нагреваться. Он учитывается только там, где этот нагрев учитывается.

Максимальные характеристики.

Он может быть «пробит» при некотором параметре. Есть МАКСИМАЛЬНОЕ напряжение. Его привышать НЕЛЬЗЯ, а то кердых.

Других нет, хотя если они работают в сильно нагруженных токовых сетях, то через них протекают большие токи и они нагреваются. И в них иногда оговаривается максимальный ток.

На конденсаторах как правило ничего не пишут.

Классификация с точки зрения изготовления.

Делятся на электролитические и не электролитические.

Первые в качестве диэлектрика используется электролит. Получается поднять удельную ёмкость. Они малых размеров.

Переменная составляющая напряжение на конденсаторе не должна превышать 20% от величины поляризующего напряжения.

У них куча недостатков.

1) Большие обратные токи, или токи утечек. Но так как их применяют в цепях питания, то

Это не существенно.

2) Обкладки внутри свиты в спиральку. Значит есть индуктивность и на больших частотах плохо работает.

3) Из-за электролита, состоящие из ионов, то на высоких частотах их применять невозможно. Максимальное 100 кГц – это супер пупер! Обычно 10 кГц, 20 кГц.

4) Электролит со временем высыхает.

Вторые. Им всё равно в какой полярности подавать напряжение. Диэлектрики различны (стекло, слюда, масло, бумага, синтетика). У них очень маленький тангенс угла потерь. Их во многих случаях можно считать идеальными.

У них есть очень неприятный эффект – память. Диэлектрическая обсорция.

С точки зрения ёмкости делятся на постоянной ёмкости и переменной ёмкости.

Первые ёмкость фиксирована.

У вторых можно двигать обкладки и менять ёмкость.

Подстроечные конденсаторы хуже переменных тем, что у них ограниченный ресурс.

Особо разновидностей нет.

Полупроводниковые диоды.

В одну сторону проводит, в другую нет.

При прямом токе там есть падение напряжение.

Дифференциальное сопративление. Отношение дельта U к дельта I.

ТКU=-2

Эксплуатационные назначения.

Делятся на силовые - выпрямительные и универсальные - импульсные.

Первые рассчитаны на пропускание через себя большого тока (0.5 А и более). Имеют кристалл с переходом большой площади. Способные временно держать перегрузку.

Вторые изготавливают с целью минимальной площади – максимальная быстродействие. Не выдерживает вообще перегрузки. Но способные работать на больших частотах. Они меньше чем первые.

Приборы на основе диодов.

Стабилитроны.

Предназначен для работы с обратным напряжением.

Можно определить дифференциальное сопротивление. У них примерно 10 Ом.

Есть параметр температурный коэффициент. 0,1 % на градус. Есть прецезеонные – у них мало зависит от температуры.

Из них делают самые надежные стабилизаторы напряжения.

Варикап.

Для регулирования ёмкости и он представляет собой в некотором подобии конденсатор.

КВ – кремневый варикап.

Светодиод. Светоизлучающий диод.

Основаны на p-n переходе.

Есть с антистоксовым покрытием. Основано на люминофоре.

Есть диаграмма направленности.

Фотоприёмные диоды.

Тоже зависит от p-n перехода. Они как бы светодиоды, только наоборот.

Применение:

В 3-х режимах.

1) ХХ – холостого хода. Максимальное напряжение 0.5 … 1 В. Из них делают генераторы. У них КПД всего несколько %. Пластина несколько квадратов может дать всего несколько Ватт, до 50 Ватт. Стоит 2000 $.

2) КЗ – короткое замыкание. Выходной сигнал ток. При этом фотодиод вырабатывает ток, фототок. Зависимость линейная. В качестве фотометрирования.

3) Подача обратного смещения.

Магнитодиоды.

Диод с «длинным» p-n переходом.

Динистр.

У обычного диода 1 p-n переход. У динистора их 3.

С одной стороны динистр – это 2 связанных между собой хитрым образом транзистора.

Применение – бытовая зажигалка для газовой плиты. Элемент памяти.

Тиристор

Все то же самое, только с отводом, который называет управляющий электрод.

Если управляющий электрод вблизи к катоды, то это тиристор с управлением по катоду. Бывают по аноду.

Помимо бывают запирающие тиристоры. Если на управляющий электрод подать короткий импульс обратного знака, то можно его закрыть.

Помимо бывают запирающие тиристоры. Если на управляющий электрод подать короткий импульс обратного знака, то можно его закрыть. Но они редко когда применялись.

На тиристор, и на его основе ставят управляемые выпрямители.

Если ток втекает в некий элемент, а с другой стороны вытекает, то там, где втекает напряжение более положительный.

Симистор.

Это такая структура, которую условно можно представить из 2-х параллельных тиристоров. Анод и Катод – это условные электроды.

Основное:

Ток подавать на управляющий электрод относительно КАТОДА!

ЧТОБЫ ОТКРЫТЬ надо подать ток той же полярности, что и на аноде.

Не используются в комп технике. А в приборах бытовых, игрушках, гирлянды и т.д.

Выпрямители.

Это выпрямитель электрического сигнала. Он меняет вид сигнала. Из переменного напряжения (+ -) делает постоянное (либо +, либо -). Он выпрямляет и ток.

Все выпрямители делятся на однополупериодные (используют один полупериод) и двухполупериодные (оба полупериода).

Однополупериодный

Двуполярный

Когда на мосту стоит вместо 2 диодов 2 теристора, то это управляемый терристорный выпрямитель. Она позволяет менять величину выходного напряжение от 0 до 220 из переменного в выпрямленное.

НАЙТИ СВОЮ СХЕМУ, РАЗОБРАТЬСЯ, МОДИФИЦИРОВАТЬ УПРАВЛЕНИЕ ПИТАНИЕМ КНОПКОЙ БЕЗ ФИКСАЦИИ.

Транзисторы.

Классификация. Транзистор произошло от 2-х – транс и резистор. То есть то, у кого можно менять сопротивление. Раньше были только биполярные транзисторы. Но появлялись и полевые транзисторы. Первые управляются током, а последние управляются с помощью поля.

Все транзисторы деляться по материалам. Транзисторы делаются из полупроводников. Кремний, Германий, Арсенидо Галий.

Смотреть будем далее биполярные транзисторы.

Первые были германивеые. При температуре выше 50 градусов его характеристики резко меняются, при 80-100 градусов они никакие.

Потом были Кремневые.

Из Арсенид галлия – это сверхчастотные.

Все транзисторы, исходя из мощности, деляться на малые мощности, (до 0.3 ватт) средней мощности(от 0.3 до 3 ватт) и большой мощности(свыше 3 ватт).

Есть панятие силовой транзистор. Они могу рассеивать по 10 кВатт.

Основная характеристика – коэффициент усиления по току.

Это величина, которая зависит от частоты. На очень высоких частотах она спадает. Это предельная частота по току. И тут они делятся на: низкочастотные (~3 МГц), среднечастотные (от 3 МГц до 30 МГц) и высокочастотные (30 МГц и выше).

Есть ещё СВЧ транзисторы (Сверхчастотные), у них максимальная примерно 800 МГц и выше.

Обозначение: Есть отечественные и импортные. У нас из букв и цифр. Например КТ805A1

К – материал – Кремний.

Т – транзистор.

8 – большая мощность средняя частота (1,4,7 – низкочастотные, 2,5,8 – средне, 3,6,9 – высоко)

05 (их 2 или 3) – разновидность или имя транзистора

А – заводская разбраковка (качество)

1 – характеризует разновидность корпуса. (пластмасса-железо, длинные - короткие ноги).

У импортных транзисторов по названию почти ничего определить нельзя.

Корпуса транзисторов. Покажут.

Основные параметры и характеристики.

3 ножки, 3 составляющие: эммитор, фаза, коллектор.

Мы его понимаем как чёрный ящик. Обозначение:

Это n-p-n переход. Коллектор – база – эммитор.

Эммитр всегд обозначаются стрелкой.

Переход база-коллектор больше площади => меньше падение напряжения.

С точки зрения пользователя у транзистора 3 эксплуатационных перехода.

1) Коллектор – Эммитор. Ток коллектора. Это выходной силовой переход.

2) База – Эммитор. Ток базы. Управляющий переход.

3) Коллектор – База. Обратное запирающее напряжение. Ток почти не протекает.

Во время работы через транзистор протекают токи, и возникает падение напряжения. Их делят на максимально допустимые и прочие.

Максимально допустимые параметры.

Есть высоковольтные (несколько сотен или тысяч вольт) – на переходе коллектор-эммитор или коллектор – база. Максимальное напряжение между эммитором и коллектором.

Максимальный ток коллектора.

Переход эммитор – коллектор – это выходной, результативный. Его регулируют.

Основные характеристики транзистора.

Зависимость одного входного параметра от другова входного параметра – входная характеристика.

Так же есть выходная характеристика.

Зависимость выхода от входа – проходная характеристика.

Зависимость входа от выхода – обратная характеристика.

Описание.

Входная характеристика.

Можно найти дифференциально сопративление перехода База – Эммитор

dU/dI=r

1/r=S – крутизна входной характеристики.

Выходная характеристика.

1 – область насыщения

2 – область линейной работы

3 – область пробоя

Основные схемы включения транзисторов.

ОбщеЭмитр

ОбщеБаза

ОбщеКоллектор

Различают 2 режима работы схем в качестве усилителей: режим малого сигнала, и режим большого сигнала.

В первом режиме Напряжение на выходе меняется не более чем на 5-10% по отношению к напряжению питания.

Во втором режиме Напряжение на выходе меняется на уровне напряжения питания (50-100%). Тут транзисторы работают как ключ, может заходить в зону насыщения.

При анализе его работы здесь руководствуются следующими его характеристиками:

Коэффициент усиления по току;

Иногда коэффициент усиления по току в режиме насыщения;

Сопротивление в режиме насыщения;

Временными параметрами – время рассасывания (заряда в области бака), и т.д.

Ниже при рассмотрении схем включения все формулы будут справедливы только для режима малого сигнала.

Установка рабочей точки.

См семейство выходных характеристик.

Для получения на выходе максимально возможной амплитуды полезного сигнала рабочая точка должна соответствовать напряжению на коллекторе, примерно равному половине напряжения питания. Для этого через базу нужно пропустить ток смещения, чтобы сместить рабочую точку. Существует 3 способа задания смещения.

Малая температурная стабильность. Зависит от напряжения.

Тут фиксируется не напряжение, а именно ток. Большая температурная стабильность.

Зависит от питания. Если питание стабильно, то работает не плохо.

Ток через R1 и R2 раз в 5 – 10 выше чем через базу.

Малая температурная стабильность. Зависит от напряжения.

ОбщеЭмиторная схема

Основанная характеристика:

Ku=-S * Rн

S = Ik/Ut

Rн=Rk || Rвнеш || r кэ

Ki=B

rвх = (1/S) * B

rвых = Rk || r кэ

Частотные свойства.

Тут есть отрицательная обратная связь по току с коллектора на базу. Тут есть эффект Миллера.

Общебазовый

Основанная характеристика:

Ku=-S * Rн

Ki=1

rвх = (1/S) // Rэ

rвых = Rk || r кэ

Частотные свойства.

Хорошие. Эффект Миллера не проявляется

Общеколлекторная схема

. Основанная характеристика:

Ku=1

Ki=B

rвх = Rэ * B

rвых = 1/S

Частотные свойства.

Хорошие. Эффекта Миллера нет.

Эффект Миллера.

Это есть эффект увеличения входной ёмкости схемы в Ku раз.

У транзистора есть паразитный переход Cбэ и Cбк.

Свых = Сбэ||Ck = Сбэ + Ск * (1+Кu)

Борьба с Эффектом Миллера.

Его можно использовать с пользой либо выробатать действия которые снижалибы.

1. Снижение коэффициента усиления (но зачем тогда схема нужна)

2. Уменьшение сопративления источника сигнала

3. Применение транзисторов с маленькой ёмкостью перехода Сбк

Специальные схемы.

Схема Дарлинктона

(n-p-n)

Вместо одного транзистора стоят 2 транзистора.

Особенности:

Коэффициент усиления – это произведения коэффициентов усиления каждого из них.

Падение напряжения на самом транзистора в 2 раза больше.

Схема Шаклаи

(p-n-p)

Особенности

Коэффициент усиления тоже круче. Но тут падение напряжения всего как у одного транзистора.

Дифференциальный усилитель.

Лучше всего когда R1 = R2.

При U вход = 0 токи через транзисторы одинаковы. Если один транзистор мы открываем, то другой закрывается.

Если убрать 2 выход и резистор 2, то первый вход будет Инвертирующий вход, а второй Не инвертирующий вход.

При подачи сигнала на инв вход, на выходе будет противоположный сигнал.

При подачи сигнала на не инв вход, на выходе будет такой же сигнал.

Можно заземлить один из входов. При заземлении не инв, будет как общий эммитор. Если инв, то будет как общая база.

Входные сигналы делиться на 2 разновидности:

1. Дифференциальная составляющая. Численно равна u(не инв) – u(инв). Обозначают Uдиф. Это разностный сигнал.

2. Синфазная составляющая Uсс. Это сигнал, поданный на оба входа одновременно. Uсс = (Uи+Uн)/2

Это схема усиливает ТОЛЬКО дифференциальный сигнал.

Kдиф = S * Rн / 2

Синфазный сигнал он НЕ усиливает, то есть он его абсолютно игнорирует.

Источники тока на биполярных транзисторах.

Rкэ = Uэрли/Ik

Ещё более идеальный источник:

Источник тока типа Токовое зеркало.

Источники опорного напряжения (стабилизаторы напряжения на транзисторах)

Можно и так

Получили регулируемое выходное напряжение.

Схемы с ООС (отрицательная обратная связь)

ОС называется подача сигнала с выхода на вход. Бывает отрицательная обратная связь (ООС) – в противофазе, она уменьшает усиление системы. Бывает положительная обратная связь (ПОС) – поступает в фазе.

ОС бывает по току и напряжению. По току – сигнал обратной связи пропорционален выходному току. По напряжению – тоже самое но по напряжению.

ОС бывает параллельная и последовательная. Параллельная – поступает одновременно с основным. Последовательная – поступает последовательна с входным.

ООС влияет на входное и на выходное сопротивление, на коэффициент усиления по току и по напряжению. НО! Разные виды обратных связей влияют по разному.

Транзистор с ОС.

По напряжению

Ku = - Rос/R1

Rвх=R1

Все характеристики стабилизирует

По току

Ku = -Rн/(Rэ+1/S)

Увеличивает выходное напряжение

Rвх = B*(Rэ+1/S)

Последнее очень мало (1/S), и его часто не берут в расчет.

Возможен вариант учета этих 2-х схем вместе.

Основы проектирования многокаскадных транзисторных усилителей.

0.1 мВт

60 Ватт

4 Ом входной динамик

200 Ом выходной микрофон

Рабочий диапазон частот:

20Гц – 20кГц

3 типа Межкаскадных связей: 1) Связь через конденсатор

Плюс – простота; отдельно выставляем рабочую точку;

Особенность – только переменная составляющая сигнала.

2) Трансформаторная связь

Плюс – идеальное согласование каскадов;

Дорогой, Только на переменном токе.

3) Непосредственное (без чего либо)

Плюс – нет лишних элементов, работа на постоянном токе.

Неудобно устанавливать рабочие точки отдельных каскадов, неудобно стыковать входные – выходные сопротивления,

Выходное:

Марка составных транзисторов:

Ki = 1000

Ik = 8A

Uэк = 100В

Полевые транзисторы.

Элементы, которые управляются потенциалом (напряжением).

Делятся на:

1. p-n переходом

2. С изолированным затвором

Материал – кремний или арсенид галлия.

Все остальные характеристики по общеэксплуатационному счету такие же как и у биполярных.

Устройство.

Если между истоком и стоком приложить некоторое напряжение, то брусочек будет пропускать через себя ток. Сопротивление канала будет несколько кОм и протекает несколько мА, при этом к затвору ничего не подводим. Это начальный ток стока. При этом канал можно представить просто резистором.

Если подать на затвор минус относительно протикающего тока, то ток начнет протикать в затвор, и будет какая то фигня, и так не делают. Если подать +, то то на переходе n-p будет скапливаться заряды. В p переходе появится отрицательное облако, через которое ничего течь не будет. Если мы подадит больший ток, то будет больше перекрыто, до полного перекрытия.

Можно представить такой транзистор как РЕЗИСТОК, сопротивлением которого мы можем управлять. Управляющий ток при этом практически не протекает.

[мА/В]

Характеристика похожа на характеристику с pn переходом, но тут линия может уходить влево, отпирая канал. Есть полевые транзисторы обедненного типа и обогащенного типа. Одни при нулевом на затворе открыты, а другие закрыты.

- обогащённого типа

- обедненного типа

Есть Полевой транзистор с p-n переходом биполярного типа.

Характеристики полевых транзисторов.

I – линейная работа

II – зона насыщения

III – зона пробоя

Основные схемы включения полевых транзисторов.

Общестоковая

Общеистокова

Общезатворная – ЕЁ НЕ ПРИМЕНЯЮТ!

У всех схем большое входное сопротивление. При постоянном токе равно бесконечности.

Общеистоковое.

Ku = S * (Rc||rсu)

Rвых = Rc || rcu

Частотные свойства хорошие, потому что маленький коэффициент. И она переворачивается фазу выходного сигнала.

Общестоковое

Ku =

Фазу не переворачивает. Усиление по току две бесконечности.

Тут архивысоким входным сопротивлением.

Rвых = 1/S

Частотные свойства очень хорошие.

Установка рабочей точки полевых транзисторов.

Для того, чтобы приоткрыть полевой транзистор на половину и сформировать рабочую точки надо на его вход подать напряжение обратного знака. А на практике это не удобно. Поэтому

Вопросы к зачету.