15. Основные характеристики и параметры диодов

• Вольт-амперная характеристика

• Постоянный обратный ток диода

• Постоянное обратное напряжение диода

• Постоянный прямой ток диода

• Диапазон частот диода

• Дифференциальное сопротивление

• Ёмкость

• Пробивное напряжение

• Максимально допустимая мощность

• Максимально допустимый постоянный прямой ток диода

16. Максимально допустимые прямые токи кремниевых плоскостных диодов различных типов составляют  . Падение напряжения на диодах при этих токах обычно не превышает  . С увеличением температуры прямое напряжение уменьшается, что связано с уменьшением высоты потенциального барьера p-n-перехода и с перераспределением носителей заряда по энергетическим уровням.

Обратная ветвь вольт-амперной характеристики кремниевых диодов не имеет участка насыщения обратного тока, т. к. обратный ток в кремниевых диодах вызван процессом генерации носителей заряда в p-n-переходе. Пробой кремниевых диодов имеет лавинный характер. Поэтому пробивное напряжение с увеличением температуры увеличивается. Для некоторых типов кремниевых диодов при комнатной температуре пробивное напряжение может составлять 

17. Зависимость тока через диод от значения и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт - амперной характеристикой диода (ВАХ). Такую характеристику вы видите на (рис. 2). Здесь по вертикальной оси вверх отложены значения прямого тока Iпр., а внизу - обратного тока Iобр. По горизонтальной оси вправо обозначены значения прямого напряжения Uпp., влево - обратного напряжения. На такой вольт - амперной характеристике различают прямую ветвь (в правой верхней части), соответствующую прямому току через диод, и обратную ветвь вольт - амперной характеристики, соответствующую обратному току. Из нее видно, что ток Iпр. диода в сотни раз больше тока Iобр. Так, например, уже при прямом напряжении Uпp. = 0,5 В ток Iпр. равен 50 мА (точка (а) на характеристике), при Uпp. = 1 В он возрастает до 150 мА (точка (б) на характеристике), а при обратном напряжении Uобр. = 100 В обратный ток Iобр. не превышает 0,5 мА (500 мкА). Подсчитайте, во сколько раз при одном и том же прямом и обратном напряжении прямой ток больше обратного.

Рис. 2 Вольт - амперная характеристика полупроводникового диода.

18. ри увеличении напряжения питания он незначительно возрастает и в нём участвуют не только неосновные носители баз, но и основные носители эмиттеров. Так электроны из n-области, двигаясь из правого эмиттера влево, попадают в поле объемного заряда обратно смещенного коллекторного перехода, (?). и под его действием переходят в область положительного объемного заряда, и далее - к «плюсу» источника питания. При некотором значении напряжения питания область объемного заряда становится настолько большой, что процесс перехода через неё основных носителей эмиттеров ускоряется лавинообразно, и динистор открывается. На ВАХ это соответствует второму участку, т.е. резкому увеличению тока. Открытое состояние динистора является устойчивым, и закрыть его можно только снижением тока до нуля.

19. Вольт-амперная характеристика диодного тиристора, приведенная на рисунке 7.4, имеет несколько различных участков. Прямое смещение тиристора соответствует положительному напряжению V_G, подаваемому на первый p₁-эмиттер тиристора.

Участок характеристики между точками 1 и 2 соответствует закрытому состоянию с высоким сопротивлением. В этом случае основная часть напряжения V_G падает на коллекторном переходе П₂, который в смещен в обратном направлении. Эмиттерные переходы П₁ и П₂ включены в прямом направлении. Первый участок ВАХ тиристора аналогичен обратной ветви ВАХ p-n перехода.

При достижении напряжения V_G, называемого напряжением включения U_вкл, или тока J, называемого током включения J_вкл, ВАХ тиристора переходит на участок между точками 3 и 4, соответствующий открытому состоянию (низкое сопротивление). Между точками 2 и 3 находится переходный участок характеристики с отрицательным дифференциальным сопротивлением, не наблюдаемый на статических ВАХ тиристора.

20) Стабилитроном называют полупроводниковый диод, напряжение на обратной ветви ВАХ которого в области электрического пробоя слабо зависит от значения проходящего тока. Вольт-амперная характеристика стабилитрона приведена на рис. 2.5‑1. Как видно, в области пробоя напряжение на стабилитроне ( ст U ) лишь незначительно изменяется при больших

изменениях тока стабилизации ( ст I ). Такая характеристика используется для получения

стабильного (опорного) напряжения. В стабилитронах могут возникать два вида электрического пробоя: туннельный (зенеровский) пробой — для диодов с Uст >5 В , лавинный пробой — для диодов с Uст>7 В . В интервале 5...7 В возникает смешанный вид пробоя.

Независимо от напряжения стабилизации и существующего вида пробоя, в различной литературе (особенно в зарубежной)стабилитроны часто называют по имени первооткрывателя туннельного пробоя — зенеровскими диодами или просто зенерами (Zeners).

21) Оптопара (оптрон) — электронный прибор, состоящий из излучателя света (обычно — светодиод, в ранних изделиях — миниатюрная лампа накаливания) и фотоприёмника (биполярных и полевых фототранзисторов, фотодиодов, фототиристоров, фоторезисторов), связанных оптическим каналом и как правило объединённых в общем корпусе. Принцип работы оптрона заключается в преобразовании электрического сигнала в свет, его передаче по оптическому каналу и последующем преобразовании обратно в электрический сигнал.

Классификация

По степени интеграции

оптопары (или элементарные оптроны) — состоящие из двух и более элементов (в т. ч. собранные в одном корпусе)

оптоэлектронные интегральные схемы, содержащие одну или несколько оптопар (с дополнительными компонентами, например, усилителями, или без них).

По типу оптического канала

с открытым оптическим каналом

с закрытым оптическим каналом

По типу фотоприёмника

с фоторезистором (резисторные оптопары)

с фотодиодом

с биполярным (обычным или составным) фототранзистором

с фотогальваническим генератором (солнечной батарейкой); такие оптроны обычно снабжаются обычным полевым транзистором затвором которого управляет фотогальванический генератор.

с фототиристором или фотосимистором.

Оптроны с полевым транзистором или фотосимистором иногда именуют оптореле или твердотельным реле.

В настоящее время в оптоэлектронике можно выделить два направления.

Электронно-оптическое, основанное на принципе фотоэлектрического преобразования, реализуемого в твердом теле внутренним фотоэффектом и электролюминесценцией.

Оптическое, основанное на тонких эффектах взаимодействия твердого тела с электромагнитным излучением и использующее лазерную технику, голографию, фотохимию и т.д.

Существуют два класса оптических элементов, которые можно использовать при создании оптических ЭВМ:

Оптроны

Квантооптические элементы.

Они являются представителями соответственно электронно-оптического и оптического направлений.

Тип фотоприёмника определяет линейность передаточной функции оптрона. Наиболее линейны и тем самым пригодны для работы в аналоговых устройствах резисторные оптроны, затем — оптроны с приёмным фотодиодом или одиночным биполярным транзистором. Оптроны с составными биполярными транзисторами или полевыми транзисторами используются в импульсных (ключевых, цифровых) устройствах, в которых линейность передачи не требуется. Оптроны с фототиристорами применяются для гальванической развязки схем управления от цепей управления.

Примеры применения оптопар

В телекоммуникационном оборудовании

В цепях сопряжения с исполнительными устройствами

В импульсных источниках питания.

В высоковольтных цепях

В системах управления двигателями

В системах вентиляции и кондиционирования

В системах освещения

В электросчетчиках

Типы оптореле

Стандартные оптореле

Оптореле с малым сопротивлением

Оптореле с малым СxR

Оптореле с малым напряжением смещения

Оптореле с высоким напряжением изоляции

[править]

Примеры применения оптореле

В модемах

В измерительных устройствах, IC тестеры

Для сопряжения с исполнительными устройствами

В автоматических телефонных станциях

Счетчики электричества, тепла, газа

Коммутаторы сигналов

[править]

Неэлектрическая передача

На принципе оптрона построены такие приспособления как:

беспроводные пульты и оптические устройства ввода

беспроводные (атмосферно-оптические) и волоконно-оптические устройства передачи аналоговых и цифровых сигналов

Также используются в неразрушающем контроле как датчики аварийных ситуаций. GaP-диоды начинают излучать свет при воздействии на них радиации, а фотоприёмник фиксирует возникшее свечение и сообщает о тревоге.

22) Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный).

Биполярный транзистор состоит из трех различным образом легированных полупроводниковых зон: эмиттера E, базы B и коллектора C. В зависимости от типа проводимости этих зон различают NPN (эмиттер − n-полупроводник, база − p-полупроводник, коллектор − n-полупроводник) и PNP транзисторы. К каждой из зон подведены проводящие контакты. База расположена между эмиттером и коллектором и изготовлена из слаболегированного полупроводника, обладающего большим сопротивлением. Общая площадь контакта база-эмиттер значительно меньше площади контакта коллектор-база, поэтому биполярный транзистор общего вида является несимметричным устройством (невозможно путем изменения полярности подключения поменять местами эмиттер и коллектор и получить в результате абсолютно аналогичный исходному биполярный транзистор).

23)----------------------------------------------

24)------------------------------------

25)

Однокаскадный усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером: принцип действия

Типичная схема усилительного каскада на транзисторе с ОЭ показана на рис.3.4,а.

Входное усиливаемое переменное напряжение Uвх подводится ко входу усилителя через разделительный конденсатор С1. Конденсатор С1 препятствует передаче постоянной составляющей напряжения входного сигнала на вход усилителя, которая может вызвать нарушение режима работы по постоянному току транзистора VT. Усиленное переменное напряжение, выделяемое на коллекторе транзистора VT, подводится к внешней нагрузке с сопротивлением Rн через разделительный конденсатор С2. Этот конденсатор служит для разделения выходной коллекторной цепи от внешней нагрузки по постоянной составляющей коллекторного тока Iкр

Значения Iкр и других постоянных составляющих тока и напряжения в цепях транзистора зависят от режима его работы ( начального положения рабочей точки ).

Рабочей точкой транзистора называют точку пересечения динамической характеристики (нагрузочной прямой) с одной из статических вольт-амперных характеристик. Режим работы транзистора определяется начальным положением рабочей точки (при отсутствии входного переменного сигнала). Это положение определяется на характеристиках совокупностью постоянных составляющих токов и напряжений в выходной IКр, UКЭр и входной IБр, UБЭр цепях (рис. 3.4, б, в).

2 6)---------------

27) Обратная связь – полезная, если она возникает в результате применения специальных схем и служит для улучшения свойств усилителя. Обратная связь – паразитная, если возникает за счет нежелательных влияний различных цепей друг на друга.

Если при наличии обратной связи входное напряжение U_ВХ складывается с напряжением обратной связи U_ОС, в результате чего на усилитель подается увеличенное напряжение U₁ (U₁= U_ВХ + U_ОС), то такую обратную связь называют положительной.

Напряжения обратной связи и входного сигнала находятся в фазе .

Если после введения обратной связи напряжение U₁ на входе уменьшается, что вызывается вычитанием напряжения обратной связи U_ОС из входного напряжения U_ВХ (U₁= U_ВХ - U_ОС), то такую обратную связь называют отрицательной. Напряжение обратной связи сдвинуто по фазе на 180⁰ относительно напряжения входного сигнала. Отношение напряжения обратной связи U_ОС, поступающего на вход усилителя к напряжению на выходе U_ВЫХ называется коэффициентом обратной связи β

28) Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями. Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх. Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх..

Схема включения с общей базой.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1]. Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Недостатки схемы с общей базой. Малое усиление по току, так как α < 1. Малое входное сопротивление. Два разных источника напряжения для питания.

Достоинства. Хорошие температурные и частотные свойства. Высокое допустимое напряжение.

Схема включения с общим эмиттером Iвых=Iк, Iвх=Iб, Uвх=Uбэ, Uвых=Uкэ

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iб=Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1].

Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iб.

Достоинства: Большой коэффициент усиления по току. Большой коэффициент усиления по напряжению. Большое усиление мощности. Можно обойтись одним источником питания. Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки:

Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой.

Схема с общим коллектором

Iвых = Iэ, Iвх = Iб, Uвх = Uбк, Uвых = Uкэ.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β [β>>1].

Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=(Uбэ+Uкэ)/Iб.

Достоинства: Большое входное сопротивление. Малое выходное сопротивление.

Недостатки: Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.

Схему с таким включением называют "эмиттерным повторителем".

29)

Схемы замещения биполярного транзистора: а) п - образная схема замещения, б) т - образная схема замещения транзистора во включении ОБ, в) т - образная схема замещения транзистора во включении ОЭ

можно преобразовать в эквивалентную ей т-образную схему замещения, пересчитав соответствующие сопротивления и введя генератор тока, характеризующий усилительные свойства транзистора. Параметры, входящие в эту схему замещения, часто называют физическими, поскольку им можно придать определенный физический смысл. На рис. 60б показана т-образная схема замещения транзистора в ОБ на фоне структуры биполярного транзистора. Сравнение схемы со структурой показывает, что действительно возможно придать следующий физический смысл элементам схемы rэ - дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода в заданной рабочей точке, rк- дифференциальное сопротивление коллекторного перехода в заданной рабочей точке, rб - дифференциальное сопротивление толщи базы, создающее падение напряжения от базового тока и являющееся одной из причин обратной связи в транзисторе, α - коэффициент передачи тока в схеме с общей базой (KiБ). Удобство физических параметров заключается в том, что они позволяют наглядно представить влияние конструктивно технологических параметров транзистора на его эксплуатационные характеристики. Так, например, уменьшение степени легирования базы или ее толщины должны приводить к росту rб и, соответственно, к увеличению обратной связи в транзисторе. На рис. 60в показана малосигнальная схема замещения транзистора с включением ОЭ, в этой схеме KiЭ = β =α/(1-α) и r*кЭ ≈ rкБ/ β.

30) Варикап (от англ. vari(able) — «переменный», и cap(acity) — «ёмкость») — полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n перехода от обратного напряжения. Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др

. Варикап Область применения

КВ101 для работы в радиокапсулах медицинской аппаратуры

КВ102 для перестройки контуров резонансных усилителей

КВ103 для работы в схемах умножения частоты и в схемах частотной модуляции

КВ104 для перестройки контуров резонансных усилителей

КВ105 для перестройки контуров резонансных усилителей

КВ106 для работы в схемах умножения частоты

КВ107 для перестройки контуров резонансных усилителей

КВ109 для работы в селекторах каналов телевизионных приемников

2В110 для перестройки контуров резонансных усилителей

КВС111 два варикапа с общим катодом для УКВ блоков радиовещательных приемников

КВ112 для управления частотой и частотной модуляции

КВ113 для перестройки контуров резонансных усилителей

КВ114-1 для перестройки контуров резонансных усилителей

КВ115 для работы во входных цепях электрометрических устройств

31)

32)Ебануться!!!1!!

33) Режимы работы биполярного транзистора

Нормальный активный режим

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт)

UЭБ>0;UКБ<0;

Инверсный активный режим

Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое.

Режим насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками UЭБ и UКБ. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнется проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ.нас) и коллектора (IК.нас).

Режим отсечки

В данном режиме оба p-n перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты). Режим отсечки транзистора получается тогда, когда эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключены к внешним источникам в обратном направлении. В этом случае через оба р-n-перехода протекают очень малые обратные токи эмиттера (IЭБО) И коллектора (IКБО). Ток базы равен сумме этих токов и в зависимости от типа транзистора находится в пределах от единиц микроампер — мкА (у кремниевых транзисторов) до единиц миллиампер — мА (у германиевых транзисторов).

Барьерный режим

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет из себя своеобразный диод, включенный последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.

34) Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом

Схемы включения полевых транзисторов

Полевой транзистор можно включать по одной из трех основных схем: с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ).

На практике чаще всего применяется схема с ОИ, аналогичная схеме на биполярном транзисторе с ОЭ. Каскад с общим истоком даёт очень большое усиление тока и мощности. Схема с ОЗ аналогична схеме с ОБ. Она не даёт усиления тока, и поэтому усиление мощности в ней во много раз меньше, чем в схеме ОИ. Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, в связи с чем он имеет ограниченное практическое применение в усилительной технике..

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный)

Схемы включения

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.

Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх

Схема включения с общей базой

Усилитель с общей базой.

Среди всех трех конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1]

Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства:

Хорошие температурные и частотные свойства.

Высокое допустимое напряжение

Недостатки схемы с общей базой :

Малое усиление по току, так как α < 1

Малое входное сопротивление

Два разных источника напряжения для питания.

Схема включения с общим эмиттером

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iб=Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1]

Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iб

Достоинства:

Большой коэффициент усиления по току

Большой коэффициент усиления по напряжению

Наибольшее усиление мощности

Можно обойтись одним источником питания

Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки:

Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой

Схема с общим коллектором

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β [β>>1]

Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=(Uбэ+Uкэ)/Iб

Достоинства:

Большое входное сопротивление

Малое выходное сопротивление

Недостатки:

Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.

Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем»

35) Режимы работы усилителя на транзисторах

Общий режим работы усилителя мощности обусловлен принципом работы (включения) транзисторов и подразделяется на основные классы: А, B, AB, C, D. Каждому классу присущи определённые достоинства и недостатки, что в какой-то степени определяет сферу применения транзисторов.

Режим работы транзистора и усилителя класс A

Режим работы транзистора и усилителя класс В, AB

Режим работы транзистора и усилителя класс С, D

Перевод транзисторов с класса "А" в класс "АВ" увеличивает коэффициент гармонических искажений в четыре раза, в результате коэффициент усиления (без ООС) возрастает на 10-15Дб, что уменьшает частоту среза на две октавы.

Режимы работы усилителя мощности в класса «АВ» и «В» имеют общие недостатки - это переходные искажения первого порядка, которые имеют S - образную форму, на малом уровне сигнала. Чем ниже уровень сигнала, тем больше искажений. Такие усилители всегда хочется «врубить» по громче, чтобы как можно полнее (никогда не получится) почувствовать мощь и динамику музыкального произведения. Также режимам работы транзисторов в классе «АВ» и «В» присущи искажения сигнала, которые простираются до 11 гармоники и вызывают феномен «транзисторного» звука.

36)  

 В усилителях на биполярных транзисторах используется три схемы подключения транзистора:  с общей базой (рис. 5.6; 5.9), с общим эмиттером (рис. 5.7; 5.10), с общим коллектором (рис. 5.8; 5.11).

На рисунках 5.6-5.8 показаны схемы включения транзисторов с питанием входных и выходных цепей от отдельных источников питания, а на рисунках 5.9-5.11 – с питанием входных и выходных цепей транзистора от одного источника постоянного напряжения.

 Усилители в схеме включения транзистора с общей базой характеризуются усилением по напряжению, отсутствием усиления по току, малым входным сопротивлением и большим выходным сопротивлением.

У силители в схеме включения транзистора с общим коллектором характеризуются усилением по току, отсутствием усиления по напряжению, большим входным сопротивлением и малым выходным сопротивлением.

Наибольшее распространение получила схема включения с общим эмиттером. В схеме включения транзистора с общим эмиттером усилитель обеспечивает усиление по напряжению, по току, по мощности. Такой усилитель имеет средние значения входного и выходного сопротивления по сравнению со схемами включения с общей базой и общим коллектором.