Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Перечислите основные полупроводниковые материалы, используемые для изготовления электронных устройств.

Поиск

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).

 

Рис. 1

Определить следующие величины:

  • коэффициент усиления по напряжению;
  • входное сопротивление;
  • выходное сопротивление;
  • входную емкость.

Примечание. Емкостью монтажа пренебречь. Величина нагрузки, тип и параметры полевого транзистора выбираются из таблицы.

Вариант Тип транзистора Крутизна характеристики мА/В Нагрузка, кОм Ёмкость затвор- исток, пФ Ёмкость затвор- сток, пФ Структура проводимости канала
6 КП307Б 5,0 — 10,0 16 5 1,5 p-n, n

Решение:

Для схемы с общим истоком:

Коэффициент усиления по напряжению Для S = 5,0-10,0 ма/в и Rн = 16 ком получаем KU = -(80-160)

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. Т.е. Rвых =16 кОм.

Входная ёмкость при Cзи = 5 пФ, Cзс = 1,6 пФ и KU = -(80-160)
Cвх = 127-247 пФ

Для схемы с общим cтоком:

Коэффициент усиления KU = 0,987 — 0,994

Входное сопротивление Rвх = Rз = 1 МОм

Выходное сопротивление , Rвых = 0,10-0,20 кОм

Входная ёмкость , Cвх = 5,0 — 5,02 пФ

ЗАДАЧА №2

Задание:

В усилителях на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером и общей базой (рис. 2) определить следующие величины:

  • коэффициент усиления по току;
  • коэффициент усиления по напряжению;
  • входное сопротивление усилителя;
  • выходное сопротивление усилителя.

Рис. 2

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

Решение:

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.


 



Поделиться:


Познавательные статьи:




Последнее изменение этой страницы: 2021-07-18; просмотров: 94; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.119.255.183 (0.011 с.)