Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ:  Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия ЭкологияТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника 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 |
Перечислите основные полупроводниковые материалы, используемые для изготовления электронных устройств.Стр 1 из 11Следующая ⇒
Контрольная работа по курсу “Электроника” Вариант 6
Выполнил: Лобанов В.А. Группа 3-70к Шифр 918036
Иваново 2021 Принципиальные отличия полевых транзисторов (МДП и МОП) от биполярных. Методы управления движением носителей заряда в полевых транзисторах. Полевые транзисторы в отличие от биполярных обладают меньшими собственными шумами на низких частотах. Поэтому их активно применяют в звукоусилительной технике. Так, например, современные микросхемы усилителей мощности низкой частоты для автомобильных CD/MP3-проигрывателей имеют в составе MOSFET-транзисторы. На приборной панели автомобильного ресивера можно встретить надпись “Power MOSFET” или похожую. Так производитель хвастается, давая понять, что он заботится не только о мощности, но и о качестве звука. Полевой транзистор, в сравнении с транзисторами биполярного типа, обладает более высоким входным сопротивлением, которое может достигать 10 в 9-й степени Ом и более. Эта особенность позволяет рассматривать данные приборы как управляемые потенциалом или по-другому - напряжением. На сегодня это лучший вариант создания схем с достаточно низким потреблением электроэнергии в режиме статического покоя. Данное условие особенно актуально для статических схем памяти имеющих большое количество запоминающих ячеек. Если говорить о ключевом режиме работы транзисторов, то в данном случае биполярные показывают лучшую производительность, так как падение напряжений на полевых вариантах очень значительно, что снижает общую эффективность работы всей схемы. Несмотря на это, в результате развития технологий изготовления полевых транзисторов удалось избавиться от этой проблемы. Современные полевые транзисторы обладают малым сопротивлением канала и прекрасно работают на высоких частотах. Полевой транзистор с управляющим p-nпереходом представляет собой транзистор, затвор которого отделен от каналаp-nпереходом. Канал может иметь электропроводность какn-типа, так иp-типа. Напряжение источника питанияUсиприкладывается к промежутку сток — исток таким образом, чтобы поток основных носителей (в каналеn-типа — электроны) двигался от истока к стоку. К промежутку затвор — исток прикладывается напряжениеUзи, запирающее управляющийp-n-переход транзистора. При изменении обратного напряжения наp-nпереходе изменяется площадь поперечного сечения канала и его сопротивление, а значит, и величина тока, протекающего через канал. В цепи затвора протекает малый обратный ток, в связи с этим необходима малая мощность от источника сигнала в цепи затвора для управления током стока.
Управление толщиной канала осуществляется напряжением Uзи, т.е. электрическим полем, возникающем в запирающем слое, без осуществления инжекции носителей. Поэтому такие транзисторы называются полевыми. При прямом включении управляющего p-nперехода возникает относительно большой прямой ток затвора и сопротивление участка затвор — исток резко уменьшается, поэтому нецелесообразно применять на практике такое включение. При увеличении обратного напряжения на затворе запирающий слой p-nперехода расширяется, уменьшая сечение канала. При некотором напряжении на затворе может произойти перекрытие. Напряжение между затвором и истоком, при котором канал перекрывается, а его сопротивление стремится к бесконечности и ток стока достигает заданного низкого значения, называют напряжением отсечки Uзи отс. При приложенииUзи отстранзистор должен закрываться полностью, но из-за наличия малых токов утечкиUзи отсопределяется при заданном малом значенииIс. В справочнике на каждый транзистор указывается ток стока, при котором измереноUзи отс.
Что вы знаете о триггерах? Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время. Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.
При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно биполярные и полевые транзисторы), в прошлом — электромагнитные реле, электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Используются, в основном, в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, ОЗУ. Триггеры подразделяются на две большие группы — динамические и статические. Названы они так по способу представления выходной информации. Динамический триггер представляет собой управляемый генератор, одно из состояний которого (единичное) характеризуется наличием на выходе непрерывной последовательности импульсов определённой частоты, а другое (нулевое) — отсутствием выходных импульсов. Смена состояний производится внешними импульсами. К статическим триггерам относят устройства, каждое состояние которых характеризуется неизменными уровнями выходного напряжения (выходными потенциалами): высоким — близким к напряжению питания и низким — около нуля. Статические триггеры по способу представления выходной информации часто называют потенциальными. Статические (потенциальные) триггеры, в свою очередь, подразделяются на две неравные по практическому значению группы — симметричные и несимметричные триггеры. Оба класса реализуются на двухкаскадном двухинверторном усилителе с положительной обратной связью, а названием своим они обязаны способам организации внутренних электрических связей между элементами схемы. Симметричные триггеры отличает симметрия схемы и по структуре, и по параметрам элементов обоих плеч. Для несимметричных триггеров характерна неидентичность параметров элементов отдельных каскадов, а также и связей между ними. Симметричные статические триггеры составляют основную массу триггеров, используемых в современной радиоэлектронной аппаратуре. Схемы симметричных триггеров в простейшей реализации (2х2ИЛИНЕ). Основной и наиболее общий классификационный признак — функциональный — позволяет систематизировать статические симметричные триггеры по способу организации логических связей между входами и выходами триггера в определённые дискретные моменты времени до и после появления входных сигналов. По этой классификации триггеры характеризуются числом логических входов и их функциональным назначением. Вторая классификационная схема, независимая от функциональной, характеризует триггеры по способу ввода информации и оценивает их по времени обновления выходной информации относительно момента смены информации на входах (рис. 6). Каждая из систем классификации характеризует триггеры по разным показателям и поэтому дополняет одна другую. К примеру, триггеры RS-типа могут быть в синхронном и асинхронном исполнении.
Асинхронный триггер изменяет своё состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала(ов), с некоторой задержкой равной сумме задержек на элементах, составляющих данный триггер. Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации С (от англ. clock). Этот вход также обозначают термином «такт». Такие информационные сигналы называют синхронными. Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим и с динамическим управлением по входу синхронизации С. Триггеры со статическим управлением воспринимают информационные сигналы при подаче на вход С логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход). Триггеры с динамическим управлением воспринимают информационные сигналы при изменении (перепаде) сигнала на входе С от 0 к 1 (прямой динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход). Также встречается название «триггер управляемый фронтом». Одноступенчатые триггеры (latch, защёлки) состоят из одной ступени представляющей собой элемент памяти и схему управления, бывают, как правило, со статическим управлением. Одноступенчатые триггеры с динамическим управлением применяются в первой ступени двухступенчатых триггеров с динамическим управлением. Одноступенчатый триггер на УГО обозначают одной буквой - Т. Двухступенчатые триггеры (flip-flop, шлёпающие) делятся на триггеры со статическим управлением и триггеры с динамическим управлением. При одном уровне сигнала на входе С информация, в соответствии с логикой работы триггера, записывается в первую ступень (вторая ступень заблокирована для записи). При другом уровне этого сигнала происходит копирование состояния первой ступени во вторую (первая ступень заблокирована для записи), выходной сигнал появляется в этот момент времени с задержкой равной задержке срабатывания ступени. Обычно двухступенчатые триггеры применяются в схемах, где логические функции входов триггера зависят от его выходов, во избежание временны́х гонок. Двухступенчатый триггер на УГО обозначают двумя буквами - ТТ. Триггеры со сложной логикой бывают также одно- и двухступенчатые. В этих триггерах наряду с синхронными сигналами присутствуют и асинхронные. Такой триггер изображён на рис. 1, верхний (S) и нижний (R) входные сигналы являются асинхронными.
Аналогово-цифровые схемы цифро-аналоговые (ЦАП) и аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Цифровые вычислительные синтезаторы (ЦВС). Трансиверы (например, преобразователь интерфейса Ethernet). Модуляторы и демодуляторы. Радиомодемы Декодеры телетекста, УКВ-радио-текста Трансиверы Fast Ethernet и оптических линий Dial-Up модемы Приёмники цифрового ТВ Сенсор оптической мыши Преобразователи напряжения питания и другие устройства на переключаемых конденсаторах Цифровые аттенюаторы. Схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с последовательным интерфейсом. Коммутаторы. ЗАДАЧА №1 Задание: Даны усилители на полевом транзисторе (рис. 1).
Определить следующие величины:
Примечание. Емкостью монтажа пренебречь. Величина нагрузки, тип и параметры полевого транзистора выбираются из таблицы.
Решение: Для схемы с общим истоком: Коэффициент усиления по напряжению Входное сопротивление на низких частотах создает только Rз, что видно из эквивалентной схемы. Следовательно, RВХ = RЗ = 1 МОм. Выходное сопротивление схемы определяется параллельным соединением Rн и rс. Учитывая, что RН < < rС, имеем. Входная ёмкость Для схемы с общим cтоком: Коэффициент усиления Входное сопротивление Rвх = Rз = 1 МОм Выходное сопротивление Входная ёмкость ЗАДАЧА №2 Задание: В усилителях на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером и общей базой (рис. 2) определить следующие величины:
Выбор рабочей точки не производить. Параметры транзистора, измеренные в схеме с общей базой, сопротивление в цепи коллектора, сопротивление генератора сигнала выбираются из таблицы Вариант |
Тип транзистора |
Параметры транзистора | Rк, кОм | RГ, Ом | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| h11б, Ом | h 12б | h 21б | h 22б, 1/Ом | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 6 | МП40 | 23 | -0,95 | 1,8 | 130 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
Для S = 5,0-10,0 ма/в и Rн = 16 ком получаем KU = -(80-160)
Т.е. Rвых =16 кОм.
при Cзи = 5 пФ, Cзс = 1,6 пФ и KU = -(80-160) 
KU = 0,987 — 0,994
, Rвых = 0,10-0,20 кОм
, Cвх = 5,0 — 5,02 пФРешение:
Для схемы с общим эмиттером:
Найдем определитель системы уравнений четырёхполюсника для транзистора, включённого по схеме с общей базой:
Найдём h-параметры для схемы с общим эмиттером:
Коэффициент усиления по току
Коэффициент усиления по напряжению
Входное сопротивление усилителя
Выходное сопротивление усилителя на зажимах транзистора при 
и отключенной нагрузке (
)
Для схемы с общей базой:
Коэффициент усиления по току
Коэффициент усиления по напряжению
|
|
Входное сопротивление усилителя
Выходное сопротивление усилителя на зажимах транзистора при 
и отключенной нагрузке (
)
ЗАДАЧА №3
Задание:
Определить коэффициент усиления без обратной связи 
, коэффициент обратной связи 
для схемы рис. 3 при 
и при относительных коэффициентах усиления без обратной связи и с обратной связью
.
| Рис. 3. Усилитель с обратной связью |
Значения 
, 
и 
выбираются из таблицы.
| Вариант | 
| 
| 
|
| 6 | 600 | 0,7% | 75% |
Решение:
Отсюда
ЗАДАЧА №4
Задание:
Рассчитать источник питания с параметрическим стабилизатором, схема которого приведена на рис. 4. Исходные данные для расчета взять из таблицы
| Вариант | U1(В) | U1min (В) | U1max (В) | Iн(мА) | Uвых (В) |
| 6 | 380 | 350 | 410 | 45 | ±12 |
| Рис. 4. Схема электрическая принципиальная источника питания |
Решение:
Определяем коэффициент трансформации трансформатора
Минимальные напряжения на вторичных полуобмотках трасформатора
Минимальные эффективные напряжения на конденсаторах фильтра
Принимаем Uст = Uвых = 10 В. Балластные сопротивления
Ближайшее значение из ряда E24 с учётом допуска 5% – 47 Ом.
R1 = R2 = 47 Ом.
Максимальное напряжение на вторичных полуобмотках трансформатора
Максимальное напряжение на конденсаторах фильтра
Максимальная мощность, рассеиваемая на резисторах
Следуя правилу выбирать резистор мощностью в полтора-два раза больше расчётной, выбираем резистор мощностью 2 Вт. Таким образом подойдёт, например, резистор МЛТ–2–47 Ом ± 5%
Максимальная мощность, рассеиваемая на стабилитронах
Поскольку минимальный ток, потребляемый нагрузкой 
, то
Этим параметрам (12 В, 2 Вт) удовлетворяют, например, стабилитроны Д815Д
Максимальный ток через балластный резистор R1 (R2)
Допустимая величина тока во вторичной обмотке трансформатора
Допустимая величина обратного напряжения на диоде
Этим требованиям удовлетворяет, в частности, диод АД103А с Uобр = 50В и Iпр = 0,3 А
Емкость фильтра для двухполупериодной схемы выпрямления
ЗАДАЧА №5
Задание:
По заданному логическому выражению построить релейно-контактную и электрическую принципиальную схемы цифрового автомата. Заданные логические выражения взять из таблицы
| Вариант | Логическая функция |
| 6 | 
|
Решение:
Построение устройства осуществляют, организуя параллельное и последовательное соединение контактов, принимая, что нормально-замкнутый контакт соответствует инверсии входной переменной, а нормально-разомкнутый – прямому значению переменной. Следуя данному правилу и учитывая, что логическое сложение выполняется при параллельном соединении контактов или цепочек, а логическое умножение – последовательному соединению, получаем искомую схему, приведенную на рис. 5
| Рис. 5 |
Для выполнения той же логической функции на логических устройствах построена принципиальная схема, показанная на рис. 6.
| Рис. 6 |
Если формулу упростить 
, 
, 
, то получим
| Рис. 7 |
| Рис. 8 |
ЛИТЕРАТУРА
1. Ефимов, И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Физические и технологические основы, надежность: Учебное пособие – М.: Высшая школа, 1986.-464с.
2. Готра, З.Ю. Технология микропроцессорных устройств: Справочник – М.: Радио и связь, 1991.-528с.
3. Балашов Ю.С., Горлов М.И. Физические основы функционирования интегральных устройств микроэлектроники. Учебное пособие. - Воронеж: ВГТУ, 2002.-160с.
4. Горлов, М.И., Ануфриев Л.И. Обеспечение и повышение надежности полупроводниковых изделий в процессе серийного производства. - М.: Бесптринт, 2003.-202с.
5. Степаненко, И. П. Основы микроэлектроники: Учеб. пособие для вузов 2-е изд., перераб. и доп. — М.Лаборатория Базовых Знаний, 2004. — 488 с: ил. I 2.
6.Марголин, В,И., Жабрев В.А., Тупик В.А. Физические основы микроэлектроники. - М.: Издательский центр "Академия", 2008. - 400 с.
7. Епифанов, Г. И. Физические основы микроэлектроники. М.: «Советское радио», 1971, стр. 376.
Контрольная работа
по курсу
“Электроника”
Вариант 6
Выполнил: Лобанов В.А.
Группа 3-70к
Шифр 918036
Иваново 2021
Перечислите основные полупроводниковые материалы, используемые для изготовления электронных устройств.
Полупроводники, применяемые для изготовления электронных приборов и устройств. В полупроводниковой электронике используют главным образом кристаллические П. м. Большинство из них имеет кристаллическую структуру с тетраэдрической координацией атомов, характерной для структуры Алмаза.
Значительную роль в развитии полупроводниковой техники сыграл Селен: селеновые выпрямители долгое время оставались основными полупроводниковыми приборами, получившими массовое применение.
В начале 70-х гг. 20 в. наиболее распространённые П. м. — Кремний и Германий. Обычно их изготовляют в виде массивных Монокристаллов, легированных различными примесями. Легированные монокристаллы Si с удельным сопротивлением 10-3—104 Ом∙см получают преимущественно методом вытягивания из расплава (по Чохральскому), а легированные монокристаллы Ge с удельным сопротивлением 0,1—45 Ом∙см получают, кроме того, зонной плавкой (См. Зонная плавка). Как правило, примесные атомы V группы периодической системы (Р, As и Sb) сообщают кремнию и германию электронную проводимость, а примесные атомы III группы (В, Al, Ga, In) — дырочную. Si и Ge обычно используют для изготовления полупроводниковых диодов (См. Полупроводниковый диод), Транзисторов, интегральных микросхем и т.д.
Большую группу П. м. составляют химические соединения типа AIII BV (элементов III группы с элементами V группы) — арсениды, фосфиды, антимониды, нитриды (GaAs, InAs, GaP, lnP, InSb, AlN, BN и др.). Их получают различными методами изготовления монокристаллов как из жидкой, так и из газовой фазы. Синтез и выращивание монокристаллов обычно производят в замкнутых сосудах из высокотемпературных химически инертных материалов, обладающих высокой прочностью, поскольку давление насыщенного пара над расплавом таких элементов, как Р и As, сравнительно велико. Примеси элементов II группы придают этим П. м., как правило, дырочную проводимость, а элементов IV группы — электронную. П. м. этой группы используют в основном в полупроводниковых лазерах (См.Полупроводниковый лазер), светоизлучающих диодах (См. Светоизлучающий диод), Ганна диодах, фотоэлектронных умножителях (См.Фотоэлектронный умножитель), в качестве плёночных детекторов излучения в рентгеновской, видимой и инфракрасной областях спектра электромагнитных волн.
П. м. типа из которых наиболее широко применяют соединения ZnO, ZnS, CdS, CdSe, ZnSe, HgSe, CdTe, ZnTe, HgTe, получают преимущественно с помощью химических реакций в газовой фазе или сплавлением компонентов. Удельное сопротивление и тип проводимости этих П. м. определяются не столько легирующими примесями, сколько характерными для них структурными дефектами, связанными с отклонением их состава от стехиометрического (см. Стехиометрия). Использование П. м. этого типа связано главным образом с их оптическими свойствами и фоточувствительностью. Поэтому их применяют в фоторезисторах, фотоэлементах, электроннолучевых приборах и приборах ночного видения, модуляторах оптического излучения (см. Модуляция света) и т.д.
К П. м. относят также некоторые аморфные стеклообразные халькогенидные системы, например сплавы Р, As, Sb, Bi с Ge, S, Se, Te, и оксидные системы, например V2O5 — P2O5 — RxOy, где R — металлы I — IV групп, х — число атомов металла и у — число атомов кислорода в окисле. Их используют главным образом в качестве оптических покрытий в приборостроении.
Объясните процесс образования полупроводников р- и n-типов.
Характерной особенностью р—n-перехода является его односторонняя проводимость: он пропускает ток практически только в одном направлении (от полупроводника р-типа к полупроводнику п-типа).
Для получения р—n-перехода кристалл полупроводника (Ge, Si) с примесью р-типа (Ga, In) нагревается до температуры порядка 1000 К. При этой температуре пар примеси п-типа (As, Р), направляемый на поверхность кристалла, диффундирует в нее. При этом на поверхности кристалла образуется область, представляющая из себя полупроводник п-типа. Снаружи этот полупроводник покрывается защитной окисной пленкой. В едином монокристалле возникают два контактирующих друг с другом полупроводника р- и п-типа.
При образовании такого контакта свободные электроны из n-области благодаря тепловому движению начинают диффундировать в р-область (где их мало). Аналогично дырки из р-области (где их много) диффундируют в п-область.
При обмене частицами р-область приобретает отрицательный заряд, создаваемый нескомпенсированными отрицательными ионами акцептора (Ga"). Эти ионы образуются как в результате рекомбинации свободных электронов из n-области с дырками, так и за счет ухода дырок в n-область (рис.1, а).
В то же время п-область приобретает положительный заряд, образованный нескомпенсированными отрицательными ионами донора.
Эти ионы образуются как в результате ухода свободных электронов в р-область, так и в результате рекомбинации дырок из р-области с электронами.
Таким образом, в р—п-переходе образуется двойной электрический слой. Напряженность поля этого запирающего слоя направлена от n- к р-полупроводнику (от плюса к минусу), препятствуя дальнейшему разделению зарядов (рис. 1, б).
Запирающий слой — двойной слой разноименных электрических зарядов, создающий электрическое поле на р—п-переходе, препятствующее свободному разделению зарядов.
Разность потенциалов на запирающем слое у германия оказывается порядка U3 = 0,3 В. В некотором смысле запирающий слой аналогичен заряженному конденсатору.
Приложение к р-n переходу напряжения противоположной полярности — прямое включение: плюс — к р-полупро- воднику и минус — к полупроводнику га-типа, ослабляет запирающее поле. При этом на контакте вновь возникает движение зарядов электронов из n- в р-область, а дырок — из р- в га-область. При прямом включении р—n-перехода в цепь к источникам напряжения электрический ток протекает в прямом направлении: из р- в n-область. Чем больше приложенное напряжение, тем больше сила тока. Сила тока через р—n-переход резко возрастает, когда приложенная разность потенциалов превосходит напряжение на запирающем слое, т. е. при U > U3.
Обратное включение р—n-перехода, когда плюс внешнего источника напряжения подсоединяется к га-полупроводнику, а минус — к р-полупроводнику, увеличивает запирающее напряжение. Увеличение запирающего напряжения блокирует движение основных носителей тока (заряженных частиц, имеющих максимальную концентрацию) — электронов изга-области и дырок из р-области. Поэтому незначительный ток в р—n-переходе может протекать лишь вследствие движения неосновных носителей (заряженных частиц, концентрация которых значительно меньше концентрации основных носителей) — свободных электронов из р-области и дырок из га-области. Небольшая концентрация неосновных носителей приводит к тому, что при обратном включении ток через р—n-переход оказывается пренебрежимо малым.
Зависимость силы тока через р-n переход от напряжения, приложенного к нему, или вольт-амперная характеристика р-п-перехода приведена на рисунке 2.
Полупроводниковый диод. Выпрямление переменного тока. Для преобразования переменного тока в постоянный в электронных схемах используется полупроводниковый диод.
Полупроводниковый диод — элемент электрической системы, содержащий р—п-переход и два вывода для включения в электрическую цепь.
На электрических схемах полупроводниковый диод изображается символом, в котором направление стрелки соответствует направлению прямого тока через диод (от р- к n-по лупровод нику).
Способность р—n-перехода пропускать ток практически только в одном направлении используется для преобразования (с помощью диода) переменного тока, изменяющего свое направление, в постоянный (точнее пульсирующий) ток одного направления. Постоянное напряжение используется в электродвигателях и электронных схемах.
