Проводимость полупроводника. Электронно-дырочный переход. Работа перехода при внешнем смещении.

Переход металл-полупроводник.

Чтобы вырвать электрон из вещества, необходимо затратить определённую энергию, которая называется работой выхода. В контакте металл-полупроводник работа выхода может играть важную роль.

Если работа выхода металла W_м меньше работы выхода W_p полупроводника p-типа, то из металла в полупроводник будут поступать электроны. В полупроводнике на границе с металлом появится избыток электронов, которые будут рекомбинировать с дырками. Вблизи контакта возникнут отрицательные ионы, создастся область отрицательного заряда. Со стороны металла появится положительный заряд. В области границы возникнет объемный заряд. Создастся контактная разность потенциалов, препятствующая переходу электронов из металла в полупроводник и способствующая переходу электронов из полупроводника в металл. Когда потоки уравняются, наступит равновесие.

Если к контакту металл-полупроводник подать напряжение плюсом к полупроводнику и минусом к металлу, контактная разность потенциалов уменьшится, электроны будут переходить в полупроводник, в цепи потечет электрический ток, величина которого зависит от величины внешнего напряжения.

Если внешнее напряжение подключить плюсом к металлу, электронам будет сложнее выходить из металла, ток уменьшится и будет происходить только за счет электронов полупроводника (неосновных носителей). Этот ток по малости можно во многих случаях не учитывать. Металл-полупроводник называется барьером Шоттки. Он обладает выпрямляющими свойствами. В работе барьера Шоттки участвуют только электроны. Нет инжекции неосновных носителей и накапливания зарядов. Поэтому он обладает малым временем переключения, высоким быстродействием.

Полупроводник необходимо соединять с металлическими частями п/п приборов. Соединения не должны влиять на работу прибора, т.е. иметь малое электрическое сопротивление, проводить токи обоих направлений, не обладать явлением инжекции. Такие контакты называются омическими. Создаются они по принципу диодов Шоттки путем введения между металлом и полупроводником дополнительной примеси,с повышенной концентрацией.

Пробой р-п перехода.

При достижении обратным напряжением критической величины происходит пробой p-n перехода, который заключается в сильном увеличении обратного тока. Различают электрический и тепловой пробои. Электрический пробой разделяется на лавинный и туннельный (полевой).

Лавинный пробой (кривая 1) происходит в слаболегированных, но достаточно широких областях объемного заряда. В них длина свободного пробега электронов, которые являются неосновными носителями, достаточно велика. Электрон успевает приобрести достаточно большую энергию. Соударяясь с нейтральными атомами, они ионизируют их, создавая новые ионы и электроны. Эти носители заряда в электрическом поле приобретают энергию, достаточную для ионизации других атомов. Лавинный эффект. При увеличении напряжения на небольшую величину, ток возрастает сильно. При снижении напряжения переход восстанавливается.

Туннельный пробой (кривая 2) происходит в сильнолегированных областях с узким переходом при обратных напряжениях 5…6 В. На переходе имеется высокий потенциальный барьер, который основные носители преодолеть не должны. Это происходит не за счет большой энергии основных носителей, а за счет смещения энергетических уровней зоны проводимости n-области и валентной зоны p-области в сторону сближения. Энергия электронов зоны проводимости становится такой же, как энергия электронов валентной зоны. Беспрепятственное перемещение электронов (как бы по туннелю). Название –полевой: за счет поля смещение энергетических уровней.

Тепловой пробой возникает за счет выделения энергии при протекании тока через структуры перехода. Если отводится тепла меньше, чем выделяется, переход нагревается. Это вызывает еще больший ток, что может вызвать оплавление материала и создание токопроводящих мостиков. Явление необратимо. Наиболее часто встречается в германиевых структурах, где не удается обеспечить одинаковую плотность тока по всей токопроводящей поверхности.

Если лавинный и туннельный пробои не приводят к тепловому, они обратимы! Иначе они переходят к тепловому пробою.

Термирезисторы.

Сопротивление  терморезисторов существенно зависит от температуры. Температура может изменяться как окружающей средой, так и током, проходящим через терморезистор. Терморезисторы подразделяются на термисторы (сопротивление уменьшается с увеличением температуры) и позисторы (сопротивление увеличивается с увеличением температуры). Материалом для них служат полупроводники. Уменьшение сопротивления термисторов объясняется увеличением концентрации носителей заряда за счет ионизации примесных и собственных атомов при увеличении температурыи увеличением их подвижности.

Позисторы изготавливают из монокристаллических полупроводников. При увеличении температуры увеличиваются колебания атомов кристаллической решетки, а подвижность носителей заряда уменьшается.

 Конструктивно терморезисторы изготавливаются в виде стержней, цилиндров, дисков, пластин, бусинок. Для защиты от атмосферных воздействий их помещают в герметичный корпус или покрывают влагостойкой эмалью.

Различают терморезисторы прямого и косвенного нагрева. В первых нагрев осуществляется за счет температуры окружающей среды или током, протекающим через терморезистор. Во вторых резистивный элемент изолирован от нагревателя, имеющего собственную электрическую цепь. Приборы косвенного подогрева называют управляемыми, т.к. меняя температуру резистора, можно менять его сопротивление.

Основные характеристики. 1. Температурная характеристика: зависимость R (T). Для термисторов спадающая кривая, для позисторов–возрастающая (обе близки к линейным).

2. ТКС (α). R= R₀(1+ αΔT). R-R₀= R₀αΔT. α =  –относительное изменение сопротивления при изменении температуры на один градус. R₀ задается при комнатной температуре. Для термисторов α = --(0,8…6)К^-1.

3.Статическая вольт-амперная характеристика U (I) устанавливается при заданной температуре.

4. Допустимая мощность рассеяния (как для резисторов). Макс.допустимая температура.

Используются в высокочувствительных измерительных схемах. Болометры (терморезистивный слой выполнен в виде пластинок) используются для измерения излучения. Применяются для измерения скорости и расхода газообразных и жидких веществ, состава газовой смеси и т.п.

Фоторезисторы.

В фоторезисторах сопротивление меняется под воздействием света. В основе лежит внутренний фотоэффект, при котором за счет энергии света электроны и дырки переходят в зону проводимости.

Конструктивно фоторезистор представляет собой диэлектрическую пластину (стекло, керамика), на которую методом вакуумного напыления или химического осаждения нанесен слой фоточувствительного материала. Фоточувствительный слой может быть выполнен в виде тонкой пластинки или быть спрессованным (сульфид кадмия, селенид кадмия, сульфид свинца). Форма и размеры рабочей площадки обусловлены характером применения прибора. Могут быть фоторезисторы повышенной мощности для работы с большими токами.

Характеристики фоторезисторов.

1.Вольт-амперные характеристики I (U) при постоянной освещенности. Эти характеристики близки к линейным, исходят из начала координат и имеют разную крутизну в зависимости от освещенности. Ниже всех проходит характеристика при отсутствии освещения (характеристика темнового тока).

2.Световая характеристика представляет собой зависимость фототока от освещенности I_ф(Е) –нелинейная характеристика.

3. Спектральная характеристика I_ф(λ) имеет явновыраженный максимум.

Достоинства фоторезисторов заключаются в высокой чувствительности возможности применения в цепях постоянного и переменного тока, малых размеров. Недостатки—относительно большая инерционность (постоянная времени от десятков мкс до десятков мс).зависимости параметров от температуры и времени.

Применяются для измерения светового потока, освещенности, запыленности, контроля размеров и колич. деталей и т.д.

Газоразрядные индикаторы.

Газоразрядные индикаторы работают на основе ионизации электрическим полем инертных газов, находящихся под низким давлением. Электроны, выделяющиеся из источника электронов, ускоряются под действием электрического поля. По пути они могут встречаться с нейтральными атомами, которые от соударения распадаются на ионы и электроны. Такая ионизация называется ударной. При ионизации резко увеличивается электропроводность среды, которая называется электронно-ионной плазмой. Ионизация требует внешней энергии, которая поставляется электрическим полем. Одновременно происходит и рекомбинация нейтральных атомов. Этот процесс сопровождается выделением энергии, что вызывает свечение газа. На рис. приведена вольт-амперная характеристика газоразрядного промежутка.

При напряжении, соответствующем точке А, ток может проходить только под действием внешнего ионизатора. При напряжении, соответствующем точке В (напряжение зажигания), ионизация газа приобретает лавинообразный характер. Сопротивление АНОД-КАТОД резко уменьшается. Напряжение можно уменьшить, но разряд будет продолжаться (участок СD). Разряд называется тлеющим. Ток поддерживается за счет того, что при напряжении тлеющего разряда ионы приобретают такую энергию, что ударяясь о катод они выбивают из него такое количество вторичных электронов, которых достаточно для дальнейшей ионизации газа. Поскольку внешний ионизатор не требуется, разряд называют самостоятельным, в отличие от участка АВ. Дальнейшее увеличение напряжения (участок DE) приводит к дуговому разряду, который может продолжаться и при уменьшении напряжения, если термоэлектронной эмиссии катода достаточно для поддержания тока(участок EF).Разряд называют самостоятельным, если подогрев катода осуществляется за счет ударяющихся о него положительных ионов. При нагреве катода от внешнего источника напряжения разряд называют несамостоятельным.

 В газоразрядных индикаторах используется свечение газа тлеющем разряде. В стеклянном баллоне с инертным газом под низким давлением расположены катоды (обычно десять) и один анод. Катоды имеют форму цифр или знаков. На один из катодов подают напряжение. Между ним и анодом возникает тлеющий разряд. Максимальное количество рекомбинаций происходит вблизи катода. Поэтому катод светится. В сегментных индикаторах (обычно 13 сегментов) подают напряжения на определенные сегменты, синтезируя любую цифру или букву русского или латинского алфавита.

Импульсные усилители (ИУ).

Импульсные усилители (ИУ)предназначены для усиления импульсов тока или напряжения с минимальным искажением их формы. Входной сигнал изменяется настолько быстро.что форма сигнала на выходе в основном зависит от переходных процессов. Полоса пропускания ИУ очень широка: от единиц Гц до МГц. Роль ИУ постоянно возрастает вследствие высокой экономичности. ИУ применяются как в звуковой аппаратуре, так и силовых цепях, например, при ШИМ-регулировании. Отличия усиленного импульса от прямоугольного выражаются в следующих параметрах.

А-размах или величина импульса.

ΔА-относительный спад вершины.

τ_ф—длительность фронта импульса (время восстановления). Измеряется от 0,1 до 0,9 размаха импульса.

τ_с -длительность среза (спада) импульса. Измеряется от 0,1 до 0,9 размаха импульса.

τ— длительность импульса, измеряется на уровне 0,5А.

b₁ ,b₂ --выбросы на фронте и срезе.

Для усиления импульса усилитель должен обладать противоречивыми качествами: фронты и срезы требуют максимально возможной частоты в то время как вершина требует минимально возможной частоты (постоянная величина). Лучше всего для такой работы подходят усилители с гальваническими связями (УГС – УПТ). Но УГС имеют хорошие качества только в интегральном исполнении. Поэтому для импульсных сигналов больших частот используют импульсные усилители переменного тока с коррекцией по верхним и нижним частотам – высокочастотная и низкочастотная коррекция.

Наиболее распространенным видом ВЧ-коррекции является включение в цепь коллектора (или стока) индуктивности L. R _к, L, разделительные емкости, связывающие коллектор с источником питания через другие элементы схемы образуют параллельный колебательный контур, который должен быть рассчитан так, чтобы работать на верхних частотах в состоянии, близком к резонансу. В этом состоянии контур имеет большое сопротивление, и контур имеет повышенный коэффициент усиления. С помощью индуктивности можно поучить увеличение амплитуды на ВЧ в ≈1.5 раза.

При низких входных сопротивлениях последующего каскада эффективность индуктивной коррекции низка. Используют высокочастотную эмиттерную коррекцию. Дополнительные элементы R _кор и C _кор создают дополнительную ООС, от которой усиление усилителя уменьшается. Но на ВЧ сопротивление конденсатора C _кор падает, ООС ослабевает, усиление увеличивается, т.е. общий коэффициент усиления уменьшается, но ВЧ не ослабевают по сравнению с более низкими частотами.

Для поддержания уровня вершины импульса необходимо уменьшить нижнюю частоту полосы пропускания усилителя, т.е. ввести низкочастотную коррекцию. Обычно это осуществляется с помощью RC -фильтра, введенного в цепь коллектора (или стока). Конденсатор С_ф выбирают так, чтобы на высоких и средних частотах его сопротивление было бы минимальным. С уменьшением частоты сопротивление конденсатора растет. Сопротивление цепи R _ф C _ф также растет. Сопротивление в цепи коллектора возрастает, коэффициент усиления увеличивается. В результате амплитуда нижних частот относительно возрастает.

 Фильтр R _ф C _ф играет еще одну полезную роль: при его отсутствии переменные напряжения передаются на источник питания, создают на нем падение напряжения и через него воздействуют на все элементы, питающиеся от этого источника. R_фC_ф- цепь отфильтровывает эти частоты, т.е. уменьшает паразитную связь между каскадами по переменному току. Такие фильтры носят название развязок.

 

 

LC -генераторы.

Множество существующих схем LC—генераторов отличаются способами включения колебательного контура и создания ПОС. Популярна схема с колебательным контуром, подключенным тремя точками к остальной схеме (поэтому схема генератора называется трехточечной). Частота колебаний определяется собственной частотой резонансного контура.

При включении питания в контуре возбуждается частота

f₀= . Поданная на базу транзистора, она усиливается и подаётся на выход и обратно на контур для поддержания колебаний. Важно, чтобы энергии усиленных колебаний хватило на поддержание колебаний. Разделительные емкости С_р не позволяют поступать в контур и на нагрузку постоянному току. Индуктивность L затрудняет прохождение колебаний через источник питания, который может иметь очень малое сопротивление переменному току.

В зависимости от характера элемента, подключаемого к базе (в данной схеме—индуктивность), трехточечные схемы бывают индуктивными или емкостными.

Для построения LC-генераторов гармонических колебаний удобно использовать интегральные операционные усилители.

Часто связь с транзистором осуществляют с помощью трансформатора.

Логические устройства.

Логические элементы работают с представлением информации в двоичном коде, который характеризуется двумя уровнями— 1 и 0. При прямом представлении информации 1 соответствует высокому уровню напряжения, 0 —низкому. В устройствах обратной логики 1 соответствует низкому напряжению, 0—высокому. Обычно пользуются прямой (позитивной) логикой, но бывают случаи, когда выгодно использовать обратную логику. В логических устройствах обычно используют в качестве 1 постоянное напряжение (например, 3, 5, 9, 12 В), в качестве логического нуля –0В. Элементы могут иметь прямой или инверсный (т.е. противоположный прямому) входы и выходы.

Логические элементы на схемах в европейских стандартах обозначаются прямоугольниками, входы слева, выходы—справа. Внутри прямоугольника указывается функция, осуществляемая элементом. Функция задается или таблицей истинности, или языком алгебры логики. Элемент НЕ называется инвертором.

Показанные элементы являются базовыми, т.е. на их основе строятся другие элементы, используемые для построения электрических схем. Элементы могут быть двухвходовыми и более. Есть элементы, позволяющие увеличить количество входов.

Логические элементы обычно выпускаются в виде микросхем. В один корпус может входить несколько элементов, каждый из которых может самостоятельно использоваться в различных частях схемы. Например, в корпусе может быть шесть инверторов. Общими остаются только цепи питания.

 

8.1.2 Передаточные характеристики элементов. Занятие 64.

Передаточная характеристика представляет собой зависимость выходного напряжения от входного. Если элемент многовходовой, остальные входы должны быть установлены в такие состояния, которые необходимы для передачи состояния исследуемого входа. Передаточная характеристика существует для каждого из входов. Для примера показана передаточная характеристика инвертора.

       При изменении входной величины от нуля до некоторого значения  , которая называется пороговым напряжением логического нуля, выходная величина равна единице.

При изменении входного напряжения от некоторого значения , которое называется пороговым напряжением логической единицы, до напряжения источника питания выходная величина равна нулю. В какой-то точке участка АВ, т.е. между двумя пороговыми напряжениями происходит переход из логической единицы в логический ноль. Точка перехода зависит от настройки логического элемента. Однако для безошибочного различения сигналов логического нуля и логической единицы при использовании логических элементов необходимо выполнять следующие соотношения, которые на графике показаны при напряжении питания 5В (для других напряжений соотношения остаются в тех же пропорциях).

1) Логическим нулем считаются напряжения от 0 до 0,4 В.

2) Логической единицей считаются напряжения от 2,4 до 5В.

3) Участок от 0,4 до 2,4 В считается запрещенной зоной, т.е.при различных преобразованиях сигнала его напряжение не должно попадать в запрещенную зону.

Переход из одного состояния в другое происходит не мгновенно, а через некоторое время, называемое задержкой распространения. Задержка распространения  из единицы в ноль и задержка распространения  из нуля в единицу могут быть не равны друг другу. Задержка распространения измеряется на середине размаха импульса. Обычно пользуются средним арифметическим значением задержки распространения. Эта величина относится к параметрам логического элемента.

К параметрам относятся.

t ¹⁰ —длительность перехода из единицы в ноль;

t ⁰¹ —длительность перхода из нуля в единицу.

Быстродействие логического элемента определяется его задержкой распространения, которая имеет величину от единиц нс до десятков нс.

Важными параметрами являются коэффициент разветвления по выходу (количество входов логических элементов, которое можно подключить к одному выходу) и коэффициент объединения по входу (число входов, при которых реализуется логическая функция). Коэффициент разветвления бывает не менее десяти, коэффициент объединения используется редко, т.к. объединение реализовано в логическом элементе.

Мультивибраторы на ИМС.

Мультивибраторы выпускают непосредственно в виде микросхем. Но они находят ограниченное применение в связи с тем, что времязадающие элементы (емкости) должны быть достаточно велики. Их приходится подключать внешними связями.

Каждый усилитель, входящий в мультивибратор, можно рассматривать как логический элемент НЕ. Это дает возможность создавать мультивибраторы на логических элементах. Но и их приходится связывать внешними подключениями. Ниже показан мультивибратор, на элементах НЕ (а) и упрощенная диаграмма его работы (б).

Выход каждого из инверторов подается на вход другого через дифференцирующую цепочку, в которую входит конденсатор и сопротивление (одна цепочка R1C1, вторая--R2C2).

Пусть на выходе первого инвертора скачком изменяется напряжение из нуля в единицу (смдиаграмму). Этот скачок передастся на сопротивление R 1 в виде тока заряда конденсатора, который создаст на сопротивлении R 1 падение напряжения U_{R 1}. Это напряжение, которое будет воспринято как логическая единица, будет подано на вход второго инвертора, на выходе которого напряжение будет равно нулю. По мере заряда конденсатора С1 ток уменьшается. Уменьшается и U_{R 1}. Когда это напряжение упадет до порогового значения, соответствующего нулю, на выходе второго инвертора установится единица, которая через вторую дифференцирующую цепочку будет подана на вход первого инвертора. На выходе его установится ноль. Этот процесс будет сопровождаться разрядом конденсатора С1, что создастотрицательный всплеск напряжения на R 1. Чтобы избавиться от него, установлен диод VD 1, через который конденсатор разряжается с малым падением напряжения на нем. Процесс переключений будет продолжаться как угодно долго.

Мультивибратор можно создать и на операционном усилителе. Для этого на инвертирующий вход, к которому присоединен времязадающий конденсатор, необходимо через сопротивление подать напряжение выхода.

Одновибраторы на ИМС.

В ряду элементов многих серий имеется микросхема, представляющая собой ждущий мультивибратор, характеристики импульса которого зависит от внешних элементов. На практике выполнение мультивибратора на логических элементах бывает более оправданным, чем применение специальной микросхемы. На рис. показан один из вариантов такого мультивибратора. Удоб ство такого построения заключается в том, что в одном корпусе содержится несколько логических элементов.часть из которых можно дополнительно использовать для других целей.

       Мультивибратор выполнен на элементах 2И-Не. На входе U _вх логическая единица. На вход логического элемента D 1.2 через сопротивление R подан "0". U _вых =1.

При подаче на вход короткого нулевого импульса (см. диаграмму) на выходе U ₁ возникнет "1", которая через конденсатор будет подана на вход D 1.2. U _вых станет равным "0" и будет поддерживать единичное состояние логического элемента D1.1. При переключении D1.1 в единичное состояние через конденсатор пойдет максимальный ток, который создаст на сопротивлении R падение напря жения U ₂, которое и переключит элемент D1.2.По мере заряда конденсатора ток, а следовательно, падение напряжения на сопротивлении R уменьшается. При некотором (пороговом) напряжении элемент D1.2 переключится в единичное состояние. На вход элемента D 1.1 поступят две единицы, он переключится в нулевое состояние. Разряд конденсатора создаст отрицательный выброс, который на работу влияния не окажет. Схема вернулась в начальное состояние.

Построенные графики не учитывают задержек переключения элементов. Следует также учесть, что уровень логической единицы и уровень логического нуля имеют достаточно широкие пределы, которые нет смысла отражать на диаграмме.

 

JK - триггер логических ИС.

JK—триггеры являются универсальными триггерами, так как на их основе можно построить другие типы триггеров. Наиболее часто используются синхронные триггеры с потенциальными входами J и K и с динамическим входом С. В отличие от D -триггера в JK —триггере два потенциальных входа, причем в зависимости от состояний входов J и K триггер ведет себя по-разному.

Для установки триггера в состояние "1 " в момент прихода импульса синхронизации должно быть: J =1, K=0; для установки триггера Q =0 должно быть J =0, K=1. В разных системах элементов используются триггеры, работающие по фронту или по срезу. Например, в системе SN74 JK —триггер устанавливается в состояние, указанное потенциальными входами, по срезу импульса С. Возможны следующие комбинации входов: J=1, K=0;

                                                                                                           J =0, K =1;

                                                                                                           J = K =1;

                                                                                                           J= K = 0.

J	K	C	Qn	Qn+1
1	0		Х	Х
1	0		Х	1
0	1		Х	Х
0	1		Х	0
1	1		0	1
1	1		1	0
0	0		Х	Х
0	0		Х	Х

Основным режимом работы JK —триггера является режим с противоположными состояниями J и K.

 В таблице символом Х обозначено любое возможное состояние. Если в столбиках Q_n и Q_{n +1} показано состояние Х, состояние триггера не изменилось.

Из таблицы можно сделать следующие выводы.

1. По фронту синхроимпульса состояние триггера не изменяется (см. строки 1,3).

2. По спаду синхроимпульса и противоположных J и К триггер устанавливается в состояние, определяемое значением J ( см. строки 2,4).

3. При J = K =1 каждый синхроимпульс переустанавливает триггер в противоположное состояние, т.е. триггер работает как Т -триггер (строки 5, 6).

4. При J = K =0 (строки 7 и 8) синхроимпульс не меняет состояния триггера. Этот режим, который называется режимом хранения, отличается от подобного режима RS -триггера, в котором такой режим (S = R =0) запрещен.

Если вместо двух сигналов J и K использовать один, на вход J триггераподать этот сигнал, на вход К –проинвертированный сигнал, JK —триггер будет работать как D -триггер.

Итак, JK —триггер может работать: а) как JK —триггер; б) как Т -триггер (при J = K =1); в) как D -триггер (входы J и K связываются внешним инвертором). Поэтому он называется универсальным.

 

Сглаживающие фильтры.

Сглаживающий фильтр предназначен для подавления пульсаций выпрямленного напряжения. Он относится к классу низкочастотных фильтров. Критерием качества сглаживающих свойств фильтров является коэффициент сглаживания S:

 

Для удовлетворения фильтрующих свойств необходимо выполнение условий:U₁₂<<U₁₁, U₀₂@U₀₁. Представим сглаживающий фильтр в виде Г-образной схемы замещения. Выразим коэффициент сглаживания через параметры схемы замещения:

К параметрам схемы замещения предъявляются следующие требования:

Для получения высокого значения коэффициента сглаживанияZ₁ и Z₂ должны быть представлены реактивными элементами. В качестве Z₁  выбирается дроссель.Так как дроссель установлен в цепи постоянного тока, то для исключения намагничивания сердечника он должен выполнятся на сердечнике с воздушным (или немагнитным) зазором. На высокой частоте используют альсифер, т.к. этот материал имеет достаточный запас по намагничиванию сердечника.

           В качестве Z₂ используют электролитический конденсатор, так как он удовлетворяет требованию:

.

 

Электролитическому конденсатору присущи следующие особенности:

· униполярность (при неверном подключении – взрывоопасен);

· необходима постоянная тренировка напряжением, т.к. он имеет свойство высыхать, при этом все параметры изменяются;

· чувствительность к пульсациям тока, напряжения и превышению максимально допустимого уровня напряжения.

При проектировании фильтров должны учитываться все эти особенности.

 

 

Активно- емкостный (R- C) сглаживающий фильтр

 

           Получим выражение для коэффициента сглаживания через параметры схемы замещения:

где Z₂ – параллельное соединение R_Н и C_Ф:
  Тогда Sравен:

где p – пульсность выпрямителя, T – постоянная цепи фильтра.

Активно- емкостный фильтр используются при малых токах нагрузки, так как с ростом тока уменьшается постоянная цепи разряда T, что увеличивает пульсацию напряжения (из-за большой глубины провала). К достоинствам фильтра можно отнести: отсутствие повышения уровня напряжения или его снижение при переходных процессах. Недостатком фильтра является:  воздействие на выпрямитель (угол отсечки тока меньше 180 градусов), поэтому при использовании такого фильтра с большой величиной емкости необходимо вводить в звено выпрямителя защитные элементы.

 

Индуктивно- емкостный (L- C) сглаживающий фильтр

           Получим выражение для коэффициента сглаживания фильтра через параметры схемы замещения:

 

Фильтр используется при большой мощности нагрузки. К достоинствам фильтра относится: малые габаритные размеры, малая зависимость коэффициента сглаживания от изменений тока нагрузки (различный характер зависимости S от Iн для реактивных элементов взаимно компенсирует влияние). Недостатки: высокий уровень перенапряжения, возникающего во время переходного процесса и большое время его установления. На рисунке представлена графичесая зависимость переходного процесса при включении источника питания:

Интегральные стабилизаторы.

Преобразователи напряжения.

Проводимость полупроводника. Электронно-дырочный переход. Работа перехода при внешнем смещении.

Электропроводность—разница между проводниками и диэлектриками.

Удельное электрическое сопротивление (Ом м)

Металлы: ρ =10^-8—10^-6

Диэлектрики: ρ >10⁸                                            Полупроводники: 10^-6< ρ<10⁸

Проводимость п\п резко увеличив. с увеличен. темпер.

Механизм проводимости похож с металлами, но в металле это свободные электроны, в полупров.—электроны за счет внешней энергии!

Валентная связь. Ковалентная связь.(Ge, Si, алмаз). Электрич. нейтральность. Свободных электронов нет.

Энергия активации (за счет внешней энергии—тепло, свет). Чем больше температура, тем больше свободных электронов.

Зонная теория. ЗП—зона проводимости (электроны оторвавшиеся от атомов).ВЗ—валентная зона (энергия валентных электронов мала; все электроны около своих ядер). ЗАП—запрещенная зона—та энергия, которую надо сообщить электронам, чтобы они оторвались от своих атомов. В этой зоне не может быть электронов, т.к. они переходят либо в ВЗ, либо в ЗП.

Металлы: легкая ионизация (за счет температуры), свободные электроны, запрещенной зоны практически нет. Вблизи абс. нуля тепловое движение атомов почти отсутствует, мало соударений, сверхпроводимость.

Изоляторы: ЗАП очень велика (>2эВ), свободных электронов мало, вбизиабс. нуля проводимость отсутствует.

Полупроводники: вбизиабс. нуля энергии активации недостаточно, полупроводники становятся изоляторами.

Дырки. Заполнение дырок. Перемещение заряда при внешнем поле: электронная проводимость (как в металле) n- типа, заполнением дырок (дырочная проводимость) p –типа.

Идеальный кристалл (нет примесей) –концентрация электронов и дырок одинаковая. Генерация и рекомбинация свободных электронов и дырок. Во время рекомбинации выделяется энергия (в виде квантов света). Собственная проводимость (за счет электронов и дырок). Время жизни носителей заряда.

Примесные полупроводники- легированные с преобладанием электронной либо дырочной проводимости (примеси—1 атом на 10⁸ атомов- сурьма, мышьяк, фосфор, висмут). В примесных п/п число электронов в атоме на 1 больше, либо меньше, чем в основном. Образуются либо свободные электроны, либо свободные дырки.

Доноры (сурьма, мышьяк, фосфор, висмут) обусловливают электронную проводимость.

Акцепторы (индий, галлий, бор, алюминий)- дырочная проводимость.

Основные носители полупроводника—те, которые обеспечивают ток. В n-полупроводнике это электроны, в p –полупроводнике это дырки.

В обоих случаях-- оба вида проводимости, но концентрация электронов дырок может отличаться на несколько порядков! Электронная проводимость (n-типа). Дырочная проводимость (р-типа). Диффузия зарядов. Дрейфовый ток —под действием внешнего поля дырки в одном, электроны в другом направлении.