- •Глава 1. Введение. Общие сведения. Диоды. Выпрямители. Фильтры
- •1.1. Введение
- •1.2. Общие сведения
- •1.2.1. Основные понятия физики полупроводников
- •1.2.2. Электронно-дырочный переход
- •1.3. Полупроводниковые диоды
- •1.3.1. Принцип действия
- •1.3.2. Вольт-амперная характеристика (вах)
- •1.3.3. Электрические параметры диодов
- •1.3.4. Технология изготовления диодов
- •1.3.5. Классификация полупроводниковых диодов
- •1.4. Применение диодов в электронных выпрямителях
- •1.4.1. Основные сведения
- •1.4.2. Однополупериодный однофазный выпрямитель
- •1.4.3. Двухполупериодные однофазные выпрямители
- •1.4.4. Трехфазные выпрямители
- •Параметры схем выпрямления
- •1.5. Сглаживающие фильтры
- •Глава 2. Транзисторы. Усилители
- •2.1. Биполярные транзисторы
- •2.1.1. Принцип действия транзистора
- •2.1.2. Характеристики
- •2.1.3. Параметры
- •2.1.4. Способы включения транзистора
- •Коэффициент усиления по напряжению определяется по формуле
- •2.1.6. Режимы работы транзистора
- •2.1.7. Классификация
- •2.2. Полевые транзисторы
- •2.2.1. Принцип действия полевых транзисторов
- •2.2.2. Полевые транзисторы каналом n-типа
- •2.2.3. Характеристики пт с управляющим р-п – переходом
- •Полевые транзисторы описываются двумя видами вах:
- •2.2.6. Параметры полевых транзисторов
- •2.2.7. Схемы включения полевых транзисторов
- •2.2.8. Система условных обозначений пт
- •. Применение транзисторов в электронных усилителях
- •2.3.1. Общие сведения
- •2.3.2. Режимы работы транзисторного усилителя
- •2.3.3. Характеристики транзисторного усилителя
- •2.3.4. Обратные связи в усилителях
- •2.3.5. Усилитель постоянного тока
- •2.3.6. Дифференциальный усилитель
- •2.3.7. Операционный усилитель и его применение
- •Глава 3. Тиристоры. Применение тиристоров в управляемых выпрямителях. Фотоэлектронные приборы. Интегральные микросхемы
- •3.1. Тиристоры
- •3.1.1. Устройство тиристора
- •3.1.2. Принцип действия тиристора (динистора)
- •3.1.3. Механизм включения тиристора
- •3.1.4. Устройство и вах симистора
- •3.1.5. Статические и динамические параметры тиристора
- •3.1.6. Классификация и система обозначения тиристоров
- •3.1.7. Способы запирания тиристоров
- •3.2. Применение тиристоров в управляемых выпрямителях
- •3.2.1. Структура и принцип действия управляемого выпрямителя
- •3.2.2. Системы управления тиристорами
- •3.3. Фотоэлектронные приборы
- •3.3.1. Термины и определения
- •3.3.2. Оптоизлучатели
- •3.3.3. Фотоприемники
- •3.3.4. Оптоэлектронные приборы
- •3.4. Интегральные микросхемы
- •3.4.1. Термины и определения
- •3.4.2. Компоненты имс
- •3.4.3. Классификация и условные обозначения имс
- •Глава 4. Импульсные устройства и цифровая техника
- •4.1. Общая характеристика импульсных устройств
- •4.1.1. Достоинства импульсных систем
- •4.1.2. Характеристика импульса
- •4.1.3. Характеристика последовательности импульсов
- •4.1.4. Ключевой режим работы транзистора
- •4.2. Электронные генераторы
- •4.2.1. Генераторы линейно изменяющегося напряжения (глин)
- •Генераторы прямоугольных импульсов на операционном
- •4.2.3. Компаратор на операционном усилителе
- •4.2.4. Глин на оу
- •4.3. Логические схемы
- •Т аблица 4.5
- •4.5. Счетчики импульсов
- •4.5.1. Двоичные суммирующие счетчики
- •4.6. Регистры
- •Параллельные регистры.
- •Последовательный регистр.
- •4.7. Шифраторы. Дешифраторы
- •4.7.1. Шифраторы
- •4.7.2. Дешифраторы
- •4.8. Аналого-цифровые преобразователи (ацп)
- •4.9. Цифро-аналоговые преобразователи (цап)
4.1.1. Достоинства импульсных систем
Импульсные системы имеют меньшее потребление энергии источника питания, большой КПД, меньшую критичность к изменению температуры, помехоустойчивость. Применяют импульсы прямоугольной, пилообразной, экспоненциальной формы и чередующейся полярности (рис.4.1, а - г).
б)
г)
4.1.2. Характеристика импульса
Импульсный сигнал, приведенный на рис.4.2, характеризуется нижеперечисленными параметрами.
Рис.4.2. Реальный импульс напряжения
Амплитуда Um– максимальное значение напряжения.
Время импульса tи – длительность импульса, соответствующая половине амплитуды.
Длительность фронта tф (измеряют в пределах уровней от 0,1 Um до 0,9Um).
Длительность среза tс (измеряют в пределах уровней от 0,1Um до 0,9Um).
Спад вершины U и его относительная величина U/Um.
4.1.3. Характеристика последовательности импульсов
Период повторения – интервал времени Т между началами двух соседних импульсов.
Частота импульсов f – число импульсов в единицу времени f=1/Т.
Пауза – время от окончания одного до начала следующего импульса.
Коэффициент заполнения = tи/Т – отношение длительности импульсов к периоду повторения.
Скважность q=1/=T/tи – величина, обратная коэффициенту заполнения.
Р азличают время–импульсный и число–импульсный метод преобразования информации (рис.4.3).
Рис.4.3. Характеристика последовательности импульсов:
а – время-импульсный метод; б – число-импульсный метод
Импульсные устройства могут быть построены на базе транзистора. Для этого транзистор переводят в ключевой режим работы.
4.1.4. Ключевой режим работы транзистора
Транзистор используется в качестве ключа, замыкая и размыкая цепь нагрузки. Ток через нее будет либо большой, либо очень слабый.
В открытом состоянии имеется малое падение напряжения на транзисторе, в закрытом – малый ток через него. Изменяя состояние транзистора (открыт - закрыт) в цепи, последовательной с транзистором, осуществляется формирование сигнала импульсной формы.
С хема включения транзистора может быть любой, чаще – с ОЭ (рис.4.4,а).
а) б)
Рис.4.4. Ключевая схема на транзисторе (а), выходные характеристики(б)
Для удобства рассмотрения ключевого режима используется графо-аналитический метод, основанный на построении линии нагрузки а – б по постоянному току (рис.4.4, б).
Точка F характеризует режим отсечки, который осуществляется подачей на вход напряжения: Uвх>0, при этом Iэ=0.
Через транзистор течет ток Iко – обратный ток коллектора.
Условие выбора Uвх для запирания транзистора:
Uбэ=Uвх-Iко Rб>0.
Здесь Uбэ=(0,5 - 1)В.
Точка К характеризует режим открытого состояния транзистора (режим насыщения), который осуществляется подачей на вход напряжения:
Uвх<0, Iб=Iб1.
При этом Ik=(Ek-Uкэ)/Rk ,
где Uкэ должно быть минимальным (в пределах 0,5 - 1В) и тогда Ik=Ek/Rk.
Граничное значение тока базы, при котором происходит «полное» открытие транзистора:
Iб гр. =Ik/cm=Ek/(cmRk),
т.к. Uкэ 0.
Здесь cm – статический (усредненный) коэффициент передачи тока в схеме ОЭ.
Принято понятие коэффициента насыщения S:
S= Iб/Iб.гр
Он принимает значения в пределах 1,5 - 3.
Увеличение Iб больше Iб.гр приводит к надежному открыванию транзистора.
В режиме насыщения транзистор нечувствителен к помехам во входной цепи (изменение Iб практически не влияет на Iк).
Следует рассмотреть процесс переключения транзистора из одного состояния в другое во времени (рис.4.5). Переключение транзистора происходит не мгновенно. На интервале t0 – t1, когда входной импульс отсутствует, транзистор заперт напряжением Uвх.зап. Токи Iб и Iк определяются обратным (тепловым) током Iк0 (рис.4.5, б, в). Напряжение на транзисторе Uкэ = -(Eк – Iк0Rк) (рис.4.5, г). С момента t1 транзистор отпирается импульсом отрицательной полярности Uвх.отп. Происходит постепенное изменение тока Iк и напряжения Uкэ. Коллекторный ток, стремясь к значению cm Iб.отп, достигает предельной величины Iк Ek/Rk (рис.4.5, в). В момент t2 действие входного отпирающего импульса напряжения заканчивается. С приложением Uвх.зап ток Iк и напряжение Uкэ некоторое время остаются неизменными, а транзистор – открытым. Только после ухода избыточных носителей заряда (дырок) из коллектора в базу (их рассасывания) и перехода транзистора из режима насыщения в активный режим ток Iк начинает уменьшаться, а напряжение Uкэ – возрастать (рис.4.5, в, г).
Время, в течение которого происходит рассасывание избыточного заряда, называется временем рассасывания tр . Оно пропорционально коэффициенту насыщения S. Длительность фронта tф – время нарастания коллекторного тока. Длительность фронта с ростом S сокращается.
Длительность среза импульса tc – следует за временем рассасывания (время заднего фронта).
Длительности tф, tр, tс характеризуют быстродействие транзистора в режиме ключа.
Рис.4.5. Диаграммы процесса переключения транзистора