Заглавная страница
Избранные статьи
Случайная статья
Познавательные статьи
Новые добавления
Обратная связь

ТОП 10 на сайте

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Техника нижней прямой подачи мяча.

Франко-прусская война (причины и последствия)

Организация работы процедурного кабинета

Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний

Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Обработка изделий медицинского назначения многократного применения

Образцы текста публицистического стиля

Четыре типа изменения баланса

Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву

Мы поможем в написании ваших работ!

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Влияние общества на человека

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Практические работы по географии для 6 класса

Организация работы процедурного кабинета

Изменения в неживой природе осенью

Уборка процедурного кабинета

Сольфеджио. Все правила по сольфеджио

Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления

Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ

Ч ернігівський національний технологічний університет

Стр 1 из 41Следующая ⇒

Ч ЕРНІГІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КОЛЕДЖ транспорту та комп’ютерних технологій

ЗАТВЕРДЖУЮ

Директор коледжу

______________ В.М.Радченко

«___» _____2014р.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

із дисципліни «Комп'ютерна електроніка»

для студентів спеціальності 5.05010201

„Обслуговування комп’ютерних систем і мереж”

СХВАЛЕНО

Протокол засідання

циклової комісії

«___» ____ 2014р. №___

2014 рік

ЗМІСТ

1 Пояснювальна записка	3
2 Витяг з робочої програми	4
3 Перелік посилань	6
4 Зміст лекцій	21
	24

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

Курс лекцій для студентів з предмету „Комп'ютерна електроніка ” є складовою частиною навчального процесу і проводиться відповідно до навчального плану спеціальності 5.05010201 „Обслуговування комп’ютерних систем і мереж”.

Мета проведення лекцій – викладення теоретичних положень в електроніці:

- ознайомлення з фізичними основами електронних та напівпровідникових приладів та мікросхем;

- умовами експлуатації та режимами роботи схем;

- аналіз роботи різних класів пристроїв аналогової та цифрової техніки.

Лекції є основою при вивченні дисципліни “Комп'ютерна електроніка”, оскільки всі інші форми занять базуються на лекційних матеріалах.

Теоретичною базою лекційного курсу є навчальна література, перелік якої

наведено в розділі «Перелік посилань». Курс лекцій охоплює основний теоретичний матеріал і розподіляється на теми, які, в свою чергу, розподіляються на окремі лекції. Засадами самостійної роботи студентів є систематична робота над лекційним матеріалом, оскільки курс складений таким чином, що наступні лекції базуються на попередніх.

ВИТЯГ З РОБОЧОЇ ПРОГРАМИ

№ з/п	№ заняття	Тема дисципліни	Кількість годин	Зміст лекції
1	2	3	4	5

І V семестр (36 годин)

1.1 Вступ. Властивості напівпровідників

2-2

Вступ. Властивості напівпровідників

1.2 Фізичні основи роботи електронно-діркового переходу

2-4

Фізичні основи роботи електронно-діркового переходу

1.4 Напівпровідникові резистори

2-6

Напівпровідникові резистори

1.5 Напівпровідникові діоди

2-8

Випрямні діоди

2-10

Кремнієві стабілітрони

2-12

Високочастотні і імпульсні діоди. Діод Шотткі

2-14

Варикапи

1.6 Транзистори

2-16

Класифікація транзисторів. Будова й принцип дії біполярного транзистора (БТ)

2-18

Режими роботи БТ. Схеми вмикання БТ та їх особливості

2-20

Підсилювальні властивості БТ. Динамічний режим роботи БТ

2-22

Польові транзистори (ПТ), їх особливості і побудова. ПТ з керуючим p-n-переходом

2-24

МДН (МОН)- транзистори з вбудованим каналом

2-26

МДН (МОН) -транзистори з индукованим каналом

3.1 Електронні підсилювачі. Основні характеристики і показники

2-28

Електронні підсилювачі. Основні характеристики і показники

3.2 Основні режими роботи підсилювачів. Кола зміщення підсилюючих каскадів

2-30

Основні режими роботи підсилювачів. Кола зміщення підсилюючих каскадів

3.3 Зворотний зв’язок у підсилювачах

2-32

Зворотний зв’язок у підсилювачах

3.4 Температурна стабілізація і компенсація

2-34

Температурна стабілізація і компенсація

3.5 Каскади попереднього підсилення на біполярних транзисторах

2-36

Каскади попереднього підсилення на біполярних транзисторах (СЕ, СБ, СК)

V семестр (46 годин)

3.5 Каскади попереднього підсилення на біполярних транзисторах

2-38

Складений транзистор. Схема Дарлінгтона. Каскодна схема

3.6 Підсилювачі потужності

2-40

Підсилювачі потужності

3.7 Селективні підсилювачі

2-42

Селективні підсилювачі

3.9 Підсилювачі постійного струму

2-44

Підсилювачі постійного струму (ППС). ППС прямого підсилення. Балансні ППС. Диференційний ППС

3.10 Операційні підсилювачі

2-46

Структурна схема операційних підсилювачів. Основні параметри та характеристики ОП

2-48

Підсилювачі на базі ОП

2-50

Інтегратор, диференціатор, суматор, компаратор на ОП

3.11 Генератори гармонічних коливань

2-52

Генератори гармонічних коливань

3.12 Стабілізатори напруги живлення

2-54

Загальні питання побудови джерел живлення – випрямлячі, згладжувальні фільтри

2-56

Стабілізатори напруги живлення

4.1 Електронно-променеві трубки (ЕПТ)

2-58

Електронно-променеві трубки (ЕПТ)

5.1 Сигнали імпульсних та цифрових пристроїв

2-60

Сигнали імпульсних та цифрових пристроїв

5.2 Розподільники та комутатори (електронні ключі)

2-62

Формувачі прямокутних імпульсів. Обмежувачі послідовного та паралельного типу на діодах

2-64

Транзисторний ключ

5.3 Імпульсні генератори

2-66

Мультивібратори

2-68

Блокінг – генератор. Генератор пилкоподібних імпульсів

5.4 Логічні елементи

2-70

Схемотехніка логічних елементів

5.5 Тригери

2-72

Тригери

5.6 Цифрові компаратори

2-74

Цифрові компаратори

5.7 Цифро-аналогові перетворювачі

2-76

Цифро-аналогові перетворювачі

5.8 Аналого-цифрові перетворювачі

2-78

Аналого-цифрові перетворювачі

5.9 Спеціальні цифрові схеми

2-80

Схеми з відкритим колектором і трьома станами

2-82

Електронні таймери. Оптронні схеми

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1 Бойко В.І. Основи технічної електроніки: у 2 кн. Кн.2 Схемотехніка / В.І.Бойко, А.М.Гуржій. – К.: Вища шк., 2007. – 510 с.

2 Бойко В.І. Основи схемотехніки електронних систем / В.І.Бойко, А.М.Гуржій, В.Я.Жуйков. – К.: Вища шк., 2004. – 527 с.

3 Васильєва Л.Д. Напівпровідникові прилади: Підручник / Л.Д.Васильєва, Б.І.Медведенко, Ю.І.Якименко: – К.: ІВЦ «Видавництво «Політехніка», 2003. – 388 с.

4 Гуржій А.М. Імпульсна та цифрова техніка: підручник для учнів професійно- технічних навчальних закладів / А.М.Гуржій, В.В.Самсонов, Н.І.Поворознюк. – Х.: ТОВ «Компанія СМІТ», 2005. – 424 с.

5 Джонс М.Х. Электроника-Практический курс / М.Х. Джонс. - М.: Техносфера, 2006. – 512 с.

6 Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы / Б.А. Калабеков. - М.: Горячая линия - Телеком, 2002. – 336 с.

7 Колонтаєвський Ю.П. Електроніка і мікросхемотехніка / Ю.П.Колонтаєвський, А.Г.Сосков. - К.: Каравела, 2012. – 416 с.

8 Лавриненко В.Ю., Справочник по полупроводниковым приборам / В.Ю. Лавриненко. - 10-е изд., перераб. И доп. – К.: Техника, 1984. – 424 с.

8 Лачин В.И. Электроника: учеб.пособие / Лачин В.И., Савелов Н.С. – 4-е изд. – Ростов н/Д: Изд-во «Феникс», 2004. – 576 с.

9 Матвієнко М.П. Комп'ютерна схемотехніка: навчальний посібник / М.П.Матвієнко, В.П.Розен. – К.: Видавництво Ліра-К, 2012.- 192 с.

10 Перельман Б.Л. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: справочник. / Б.Л.Перельман. – М.: Радио и связь, 1981. – 656 с.

11 Рябенький В.М. Цифрова схемотехніка / В.М. Рябенький, В.Я. Жуйков. – Львів: Новий світ, 2009. - 736 с.

12 Схемотехніка електронних систем: у 3 кн. Кн.1. Аналогова схемотехніка та імпульсні пристрої: підручник / В.І. Бойко, А.М. Гуржій, В.Я. Жуйков та ін. – К.: Вища шк., 2004. – 366 с.

13 Турута Е.Ф. Предварительные усилители низкой частоты / Е.Ф.Турута. - М.: ДМК Пресс, 2008. – 176 с.

ЗМІСТ ЛЕКЦІЙ

ЛЕКЦІЯ № 1 (2 год.)

МЕТА:

- навчальна: ознайомити студентів із історією розвитку схемотехнічної бази обчислювальної техніки та перспективами на майбутнє, ролью предмету у підготовці фахівців; властивостями напівпровідників (НП), особливостями побудови атомів НП, власною і домішковою електропровідністю НП;

- розвиваюча: розширити світогляд студентів, поглибити вивчене для систематизації та узагальнення фундаментальних знань щодо властивостей напівпровідників, особливостями побудови атомів НП; розвивати вміння самостійно застосовувати знання до вирішення практичних завдань;

- виховна: виховувати увагу, логічне мислення, впевненість у вирішенні практичних завдань:

ОБЛАДНАННЯ: дошка, схеми

ПЛАН

1 Мета і зміст предмету.

2 Властивості напівпровідників (НП).

3 Власна і домішкова електропровідності.

ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:

1 Назвіть основні специфічні особливості напівпровідника.

2 На які властивості НП впливає ширина забороненої зони?

3 Що таке дірка? У чому полягає відмінність дірки і іонізованого атома?

4 Який провідник називають домішковим?

5 Від чого залежить електропровідність домішкових НП?

6 Що таке основні і неосновні носії заряду? Як зв'язані між собою їх рівноважні концентрації?

7 Що таке власна провідність НП? Чи може домішковий НП володіти власною провідністю?

ВИКЛАДАЧ – Ковальова Т.І.

ЛЕКЦІЯ № 2 (2 год.)

МЕТА:

- навчальна: ознайомити студентів з утворенням і властивостями p-n – переходів при відсутності і наявності зовнішньої напруги (пряме і зворотне включення p-n – переходів), а також вміти пояснити температурну залежність провідності домішкових напівпровідників;

- розвиваюча: розширити світогляд студентів, поглибити вивчене для систематизації та узагальнення фундаментальних знань щодо утворення і властивостей p-n – переходів при відсутності і наявності зовнішньої напруги, розвивати вміння самостійно застосовувати знання до вирішення практичних завдань;

- виховна: виховувати увагу, логічне мислення, впевненість у вирішенні практичних завдань:

ОБЛАДНАННЯ: дошка, схеми

ПЛАН

1 Утворення та властивості p-n-переходу.

2 Властивості p-n-переходу при наявності зовнішньої напруги.

ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:

1 Які струми протікають в напівпровіднику?

2 Що таке дрейф носіїв в НП?

3 Що таке дифузія носіїв в НП?

4 Приведіть приклади напівпровідникових матеріалів, які використовуються для виготовлення НП приладів.

5 Дайте визначення p - n – переходу.

6 Чому p - n – перехід часто називають запірним шаром?

7 Яке з приведених затверджень правильне:

- електронний – дірковий перехід – це шар, збагачений носіями заряду;

- електронний – дірковий перехід – це шар, збіднений носіями заряду.

8 Чим обумовлений дифузійний струм через p - n – перехід?

ВИКЛАДАЧ – Ковальова Т.І.

ЛЕКЦІЯ № 3 (2 год.)

МЕТА:

- навчальна: ознайомити студентів із напівпровідниковими резисторами, основними параметрами, характеристиками та схемами включення;

- розвиваюча: розширити світогляд студентів, поглибити вивчене для систематизації та узагальнення фундаментальних знань щодо визначення основних параметрів НП резисторів за характеристиками; розвивати вміння самостійно застосовувати знання до вирішення практичних завдань;

- виховна: виховувати увагу, логічне мислення, впевненість у вирішенні практичних завдань:

ОБЛАДНАННЯ: дошка, схеми, характеристики

ПЛАН

1 Напівпровідникові резистори, основні визначення. Терморезистори.

2 Варистори, фоторезистори.

ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ

ВАРИСТОРИ, ФОТОРЕЗИСТОРИ

Варистори – нелінійні НП резистори, робота яких заснована на ефекті зменшення опору напівпровідникового матеріалу при збільшенні прикладеної напруги. Струмопровідний елемент таких резисторів формують з карбіду кремнію і керамічного зв'язуючого матеріалу (глини). Зовнішній вигляд варисторів стержньового і дискового типів показаний на рис. 12, а. Деякі НП варистори призначені для застосування в мікросхемах. Конструктивне оформлення мікромодульного варистора показано на рис. 12, б.

Рисунок 12 – Конструктивне оформленняя варисторів

Схема включення варистора і його характеристика приведені на рис.13. Зі збільшенням прикладеної напруги опір варистора зменшується, а струм, що протікає в ланцюзі, зростає.

Основною особливістю варистора є нелінійність його вольтамперної характеристики, яка пояснюється явищами, що відбуваються на контактах і на поверхні кристалів карбіду кремнію.

Рисунок 13 – Варистор і його характеристика

Варистори – це симетричні опори, в яких одним і тим же абсолютним значенням напруги відповідають рівні абсолютні значення струмів, тому н варистор може бути використаний в ланцюгах і постійного, і змінного струму.

Основні параметри варисторів:

- статичний опір R_c_т- значення опору варистора при постійних величинах струму і напруги

R_c_т= U/I;

- динамічний опір R_д - опір варистора змінному струму

R_д = ∆U/∆I.

Динамічний опір в даній точці вольтамперной характеристики може бути визначений по тангенсу кута нахилу дотичною до ВАХ.

- коефіцієнт нелінійності β - відношення статичного опору до динамічного опору

β = R_c_т / R_д = ∆I U/∆ U I = const.

Величина β позитивна, має значення порядка 2...6 залежно від типу і номінальної напруги варистора;

- показник нелінійності α - величина, зворотна коефіцієнту нелінійності

α = 1/ β;

- класифікаційна напруга - напруга на варисторі при даному значенні струму.

Класифікаційна напруга стиржньових варисторів звичайно визначають при струмі 10 мА. У дискових варисторів класифікаційну напругу визначають при струмах 2..3 мА.

Класифікаційна напруга не є робочою експлуатаційною напругою варистора, яку вибирають виходячи з допустимої потужності розсіювання варистора і значення допустимої амплітуди напруги.

Допустима амплітуда імпульсної напруги звичайно вказується в технічних умовах на варистор;

- класифікаційний струм — струм, при якому визначають класифікаційну напругу варистора;

- температурний коефіцієнт струму - характеризує зміну (підвищення) електропровідності варистора зі зростанням температури

ТКІ= (I₂–I₁)/ I₂(t₂ – t₁)·100 %,

де I₁ — струм при температурі t₁, рівної 20 ± 2 °С; I₂ — струм при температурі t₂, рівної звичайно 100 ± 2 °С.

- допустима потужність розсіювання — потужність, при якій варистор зберігає свої параметри в заданих технічними умовами межах протягом терміну служби.

Варистори використовуються в різноманітних електронних схемах: для захисту приладів і елементів схем від перенапружень; стабілізації напруги та струму; регулювання і перетворення електричних сигналів.

Фоторезистори - прилади, принцип дії яких заснований на фоторезистивному ефекті - зміні опору напівпровідникового матеріалу під дією електромагнітного випромінювання.

Фоторезистори виготовляються на основі сульфіду кадмію, селеніда кадмію, сірчистого свинцю, а також полікристалічних шарів сірчистого і селенистого кадмію. Конструкції фоторезисторів різноманітні. Світлочутливі елементи звичайно розміщюються в пластмасовий або металевий корпус, а в окремих випадках, коли потрібні малі габарити, випускаються без корпусу.

Фоторезистор включається в ланцюг послідовно з джерелом напруги і опором навантаження (рис. 14).

Рисунок 14 – Схема включення фото резистора

Якщо фоторезистор знаходиться в темноті, то через нього тече темновій струм

І_т = Е /(R_т +R_н),

де Е - е р. с. джерела живлення;

R_т — величина електричного опору фоторезистора в темноті, яка називається темновим опором; R_н - опір навантаження.

При освітленні фоторезистора енергія фотонів витрачається на перехід електронів в зону провідності, Кількість вільних електронно-дірчастих пар зростає, опір фоторезистора падає і через нього тече світловий струм

І_с = Е /(R_с +R_н),

Різниця між світловим і темновим струмом дає значення струму І_ф, який називається первинним фотострумом провідності. Коли променевий потік малий, первинний фотострум провідності практично безінерційний і змінюється прямо пропорційно величині променевого потоку, падаючого на фоторезистор. У міру зростання величини променевого потока збільшується число електронів провідності. Рухаючись усередині речовини, електрони стикаються з атомами, іонізують їх і створюють додатковий поток електричних зарядів, що одержав назву вторинного фотоструму провідності. Збільшення числа іонізованих атомів гальмує рух електронів провідності. В результаті цієї зміни фотоструму запізнюються в часі щодо змін світлового потоку, що визначає деяку інерційність фоторезистора.

Основними характеристиками фоторезисторів є:

- вольтамперна, яка характеризує залежність фотоструму (при постійному світловому потоці Ф) або темнового струму від прикладеної напруги. Для фоторезисторів ця залежність практично лінійна (рис. 15, а);

- світлова (люксамперна), що характеризує залежність фотоструму від падаючого світлового потоку постійного спектрального складу. Напівпровідникові фоторезистори мають нелінійну люксамперну характеристику (рис 15, б). Найбільша чутливість виходить при малої освітленості;

- спектральна, характеризує чутливість фоторезистора при дії на нього потоку випромінювання постійної потужності певної довжини хвилі. Спектральна характеристика визначається матеріалом, використовуваним для виготовлення світлочутливого елементу (рис. 15, в);

- частотна, характеризує чутливість фоторезистора при дії на нього світлового потоку, що змінюється з певною частотою. Наявність інерційності у фоторезисторів призводить до того, що величина їх фотоструму залежить від частоти модуляції падаючого на них світлового потоку - із збільшенням частоти світлового потоку фотострум зменшується (рис. 15, г). Інерційність обмежує можливості застосування фоторезисторів при роботі із змінними світловими потоками високої частоти.

Рисунок 15 – Характеристики фото резисторів: а – вольтамперна; б – світлова; в – спектральна; г - частотна

Основні параметри фоторезисторів:

- робоча напруга U_р — постійна напруга, прикладена до фоторезистора, при якої забезпечуються номінальні параметри при тривалій його роботі в заданих експлуатаційних умовах;

- максимально допустима напруга фоторезистора U_max— максимальне значення постійної напруги, прикладеної до фоторезистора, при якому відхилення його параметрів від номінальних значень не перевищує вказаних меж при тривалій його роботі в заданих експлуатаційних умовах;

- темновий опір R_т — опір фоторезистора у відсутністі падаючого на нього випромінювання в діапазоні його спектральної чутливості;

- світловий опір R_c — опір фоторезистора, зміряне через певний інтервал часу після початку дії випромінювання, що створює на ньому освітленість заданого значення.

- допустима потужність розсіяння — потужність, при якій не наступає незворотних змін параметрів фотерезістора в процесі його експлуатації.

Загальний струм фоторезистора — струм, що складається з темнового струму і фотоструму.

Фотострум — струм, що протікає через фоторезистор при вказаній напрузі на ньому, обумовлений тільки дією потоку випромінювання із заданим спектральним розподілом.

- постійна часу τ_ф — час, протягом якого фототок змінюється на 63 %, тобто в е разів (е = 2,718).

Постійна часу характеризує інерційність приладу.

Останніми роками фоторезистори широко застосовуються в багатьох галузях науки і техніки. Це пояснюється їх високою чутливістю, простотою конструкції, малими габаритами і значною допустимою потужністю розсіювання. Значний інтерес представляє використовування фоторезисторів в оптоелектроніці.

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:

1 Від чого залежить опір позистора?

2 В яких НП резисторах спостерігається релейний ефект?

4 Які НП резистори керуються напругою?

5 Назвіть основні характеристики фоорезистора.

6 В якому режимі підсилювальний каскад має найменші нелінійні спотворення?

ВИКЛАДАЧ – Ковальова Т.І.

ЛЕКЦІЯ № 4, №5 (4 год.)

МЕТА:

- навчальна: ознайомити студентів із напівпровідниковими діодами;

- розвиваюча: розширити світогляд студентів, поглибити вивчене для систематизації та узагальнення фундаментальних знань щодо основних параметрів та характеристик НП діодів; розвивати вміння самостійно застосовувати знання до вирішення практичних завдань;

- виховна: виховувати увагу, логічне мислення, впевненість у вирішенні практичних завдань:

ОБЛАДНАННЯ: дошка, схеми

ПЛАН

1 Випрямні діоди.

2 Кремнієві стабілітрони.

3 Високочастотні і імпульсні діоди. Діод Шотткі.

4 Варикапи.

ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ

ВИПРЯМНІ ДІОДИ

Напівпровідникові діоди – це напівпровідникові (НП) прилади, що мають один р-n перехід та 2 виводи.

В залежності від способу отримання р-n переходу НП діоди діляться на 2 типи: точкові та площинні.

Усі НП діоди виготовляють з монокристалів.

Діоди класифікують за матеріалом, за призначенням, за параметрами (все це є в маркировці), за способом виготовлення р-n переходу.

Матеріал – германій, кремній, арсенід галію.

Випрямні площинні низькочастотні діоди призначені для випрямлення змінного струму частотою до 50 ГЦ (перетворення змінного струму в пульсуючий-постійний).

Методи отримання – сплавлення та дифузія.

Основні матеріали – кремній (Si) та германій (Ge).

Принцип дії – однобічна провідність - проводити струм в одному напрямі.

Структура p-n- переходу - площина.

Вони діляться на діоди малої (300 мА), середньої (300 мА-10 А); великої потужності (більш 10 А).

Основна характеристика – ВАХ (рис.16).

Рисунок 16 – Вольт-амперна характеристика випрямного діода

Порівняємо Ge та Si діоди:

- І_{Si зв} ‹‹ І_{Ge зв} - у багато разів;

- допустима зворотна напруга кремнієвих діодів може досягати 1000…1500 В,

а германієвих 100 – 400 В;

- робоча температура Si (-60 С… + 150⁰С), Ge – (-60 С… + 85⁰С).

При температурах вище 85 °С різко збільшується власна провідність германію, що приводить до неприпустимого зростання зворотного струму.

Тому частіше використовують Si діоди. Ge діоди кращі при малих напругах (до 1 В) (див. ВАХ).

Найпростіша схема включення (випрямлення напруги) на рис.17.

Рисунок 17 – Схема вмикання випрямного діода

Основні параметри:

- постійний прямий струм І_пр.

- постійна пряма напруга U_пр– яка нормується при певному прямому струмі І_пр.

- максимально допустимий прямий струм діода І_пр _max.

- максимально допустима зворотна напруга діода U_зв_max.

- зворотний струм діода І_зв, який нормується при певній зворотній напрузі U_зв.

- максимально допустимий зворотний струм діода І_зв _max.

- диференціальний опір діода r_диф (при заданому режимі роботи).

Для отримання більш високої зворотної напруги діоди включають послідовно (рис.18,б). При такому з'єднанні напруга розподіляється між усіма діодами. Для вирівнювання зворотних опорів діодів паралельно включенні R_дод (100 кОм). В даний час випускають «діодні стовпи», в яких з'єднані послідовно від 5 до 50 діодів. Зворотна напруга U_зв таких стовпів лежить в межах 2-40 кВ.

Рисунок 18 – Паралельне (а) та послідовне (б) вмикання випрямнх діодів

Паралельне з'єднання використовується для збільшення допустимого прямого струму (рис.18.а) – силові діодні збірки. Для вирівнювання прямих опорів діодів послідовно с діодами включають омічні додаткові резистори R_ш - декілька Ом.

Випрямні мости на кремнієвих діодах використовуються в однофазних і трьохфазних мостових випрямлячах.

КРЕМНІЄВІ СТАБІЛІТРОНИ

Стабілітрон – це напівпровідниковий діод, напруга на якому в області електричного пробою майже не залежить від сили струму.

Принцип дії стабілітрону – електричний пробій p-n переходу.

Основна характеристика – вольт-амперна характеристика (ВАХ) (рис.19).

Робоча ділянка (АБ) - пряма майже паралельна осі струмів.

Рисунок 19 – ВАХ стабілітрона

Робочий режим – при зворотному включенні (режим електричного пробою).

Матеріал - кремній, який має порівняно з германієм більшу ширину забороненої зони, а значить значно менший зворотний струм, тому тепловий пробій настає при значно більших зворотних напругах.

Застосовуються стабілітрони для стабілізації напруги, як обмежувач постійної та імпульсної напруги, як поділювач напруги, як джерело еталонної напруги.

Основні параметри:

- напруга стабілізації U_ст – падіння напруги на стабілітроні в області стабілізації при номінальному значенні струму. U_ст відповідає точці на середині робочої ділянці ВАХ, U_ст = (1-1000)В;

- мінімальний струм стабілізації І_min – найменше значення струму крізь стабілітрон, при якому виникає стійкий електричний пробій (точка А на ВАХ), (одиниці мА);

- максимальний струм стабілізації І_max – найбільший струм крізь стабілітрон, при якому потужність, що розсіюється на стабілітроні, не перевищує допустимого значення (точка Б на ВАХ), (0,02 – 1,5)А;

- диференційний опір R_д– характеризує зміну величини напруги на приладі зі змінами струму крізь нього, тобто, характеризує ступінь стабільності напруги стабілізації при зміні струму пробою

r_ст = ∆U_ст/∆І_ст; (від одиниць до десятків Ом)

Чим менше опір r_ст, тим краще стабілізація.

- температурний коефіцієнт напруги стабілізації α,

α = ∆U_ст/U_ст∙ ∆T (1/град);

- максимальна потужність розсіювання Р_max – найбільша потужність, яка виділяється в p-n переході, при якій ще не виникає теплового пробою.

На рис.20 наведена схема включення стабілітрона.

Рисунок 20 - Простіша схема включення

Схема являє собою дільник напруги, який містить резистор R_б і стабілітрон VD.

Найбільш частіше стабілітрон працює при R_Н = const, напруга джерела живлення Е нестабільна.

Щоб отримати стабільну напругу більш низьку, чим на стабілітроні, то паралельно з навантаженням включають додатковий резистор, опір якого розраховують за законом Ома (рис.21,а).

Для збільшення U_ст послідовно включають декілька стабілітронів, розрахованих на однакові струми (рис.21,б).

Рисунок 21 – Схеми включення стабілітрона для зменшення (а) та збільшення U_ст

Пряма гілка ВАХ кремнієвих p-n переходів має різкий злам і на на ділянці с-d напруга також слабо залежить від сили струму.

Стабістори – це НП діоди, призначені для роботи в стабілізаторах напруги при прямому включені p-n- переходу (використовуються для стабілізації малих напруг (0,5-2,5)В), струм стабісторів звичайно від 1мА до декількох десятків мА.

Матеріал – кремній, напруга стабілізації в середньому – 0,7 В.

Особливість стабісторів - від'ємний температурний коефіцієнт напруги, тобто напруга стабілізації при збільшенні температури зменшується. Тому стабістори використовують в якості термокомпенсуючих елементів, з'єднуя їх послідовно із звичайними стабілітронами, які мають позитивний температурний коефіцієнт напруги.

ВАРИКАПИ

Варикап – це НП діод, принцип дії якого базується на залежності бар′єрної ємності закритого р-п переходу від величини зворотної напруги, тобто це конденсатори змінної ємності, які керуються не механічно, а електрично, тобто зміною зворотної напруги.

Відміність від звичайного конденсатора: у звичайному конденсаторі відстань між його пластинами, а отже, і його ємність не залежать від напруги, прикладеної до конденсатора.

Основний матеріал – кремній і арсенід галію.

Структура р-п переходу – площинна.

На рс.25,а наведена схема вмикання варикапа. На варикап подають зворотну напругу.

а) б)

Рисунок 25 – Схема вмикання (а) та вольт-фарадна характеристика варикапа

Зміна зворотної напруги, прикладеної до р-п переходу, приводить до зміни бар'єрної ємності між р- і n-областями. Величина бар'єрної ємності діода С_б може бути визначена з формули

С_б = εS/4πd,

де ε — відносна діелектрична проникність напівпровідника;

S — площа р-п переходу;

d — ширина р-п – переходу.

Ширина р-n - переходу залежить від величини прикладеної до нього напруги, отже, бар'єрна ємність залежить від напруги: при зростанні зворотної напруги ширина р-п переходу збільшується, а його бар'єрна ємність зменшується.

Основна характеристика варикапа - залежність його ємності від величини зворотної напруги С_б = f (U_зв) (вольт - фарадна характеристика) (рис.25,б).

Залежно від призначення величина номінальної ємності варикапів може бути в межах від декількох пікофарад до сотень пікофарад. Залежність ємності варикапа від прикладеної напруги визначається технологією виготовлення р-п переходу.

Основні –

- номінальна ємність С_ном — ємність між виводами варикапа при номінальній напрузі зміщення (звичайно U_зм = 4 В);

- максимальна ємність С_max— ємність варикапа при заданій мінімальній напрузі зміщення;

- мінімальна ємність С_min—ємність варикапа при заданій максимальній напрузі зміщення;

- коефіцієнт перекриття К_с — відношення максимальної ємності діода до мінімальної;

- добротність Q — відношення реактивного опору варикапу на заданій частоті до повного опору втрат при заданому значені ємності;

- максимально допустима напруга U_max – максимальне миттєве значення змінної напруги, яка забезпечує задану надійність при тривалій роботі;

- максимально допустима потужність Р_max – максимальне значення потужності, яка розсіюється на варикапі і при якій забезпечується задана надійність при тривалій роботі (не відбуівється пробій);

- температурний коефіцієнт ємності ТКС - відношення відносного змінення ємності при заданій напрузі до абсолютного змінення температури оточуючого середовища

ТКС = ∆С/С∆Т (1/град.);

В якості варикапів використовують кремнієві стабілітрони з напругою нижче ніж напруга стабілізації U_ст, коли зворотний струм ще малий, а, отже, зворотний опір дуже великий.

Застосування:для електричної переналадки частоти коливальних контурів, у схемах підсилення та генерації НВЧ сигналів (параметричні діоди), для помноження частоти у широкому діапазоні частот (варактори) у діапазоні коротких (КВ), ультракоротких (УКВ) та дециметрових (ДЦВ), в схемах автоматики та інші.

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:

1 Для чого призначені випрямні діоди?

2 Як включаються випрямні діоди для отримання більш високої зворотної напруги?

3 Як включаються випрямні діоди для збільшення допустимого прямого струму?

4 Які види пробою характерні для НП діодів?

5 Які основні параметри випрямних діодів?

6 Чи можуть стабілітрони працювати в режимі теплового пробою?

7 За якими параметрами вибирається стабілітрон?

8 Які вимоги пред'являються до високочастотних діодів?

9 Визначите, в скільки разів зміниться опір постійному струму напівпровідникового діода типу Д305 (рис.) зі зміною прямої напруги від 0,1 В до 0,3 В при незмінній температурі навколишнього середовища Т = 20⁰С?

ВИКЛАДАЧ – Ковальова Т.І.

ЛЕКЦІЯ № 6, №7 (4 год.)

МЕТА:

- навчальна: ознайомити студентів із високочастотними, імпульсними діодами та варикапами;

- розвиваюча: розширити світогляд студентів, поглибити вивчене для систематизації та узагальнення фундаментальних знань щодо основних параметрів та характеристик ВЧ та імпульсних діодів та варикапів; розвивати вміння самостійно застосовувати знання до вирішення практичних завдань;

- виховна: виховувати увагу, логічне мислення, впевненість у вирішенні практичних завдань:

ОБЛАДНАННЯ: дошка, схеми

ПЛАН

1 Високочастотні і імпульсні діоди. Діод Шотткі.

2 Варикапи.

ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ

ВАРИКАПИ

Основний матеріал – кремній і арсенід галію.

Структура р-п переходу – площинна.

На рс.25,а наведена схема вмикання варикапа. На варикап подають зворотну напругу.

а) б)