ПРИМЕРНЫЙ Список лабораторных работ

 

1. Исследование выпрямительных диодов и схем на их основе.

2. Исследование полупроводниковых стабилитронов и схем на их основе.

3. Исследование тиристора и способов его управления.

4. Исследование биполярного транзистора и параметров схем его включения.

5. Исследование диодных, транзисторных, тиристорных оптронов.

6. Исследование вакуумно-люминесцентных индикаторов.

7. Исследование газоразрядных индикаторов.

8. Исследование параметров работы биполярного транзистора в ключевом режиме.

9. Исследование полевых транзисторов и параметров основных схем включения.

10. Исследование однокаскадных усилителей на биполярных и полевых транзисторах.

11. Исследование транзисторных усилителей мощности.

12. Исследование многокаскадных усилителей низкой частоты.

13. Исследование усилителей постоянного тока.

14. Исследование устройств на операционных усилителях.

15. Исследование мультивибраторов на биполярных транзисторах.

16. Исследование мультивибраторов на операционных усилителях и логических элементах.

17. Исследование ключевых каскадов на биполярных и полевых транзисторах.

18. Исследование импульсных элементов и логических схем.

19. Исследование триггеров.

20. Исследование маломощных выпрямителей с различными фильтрами.

21. Исследование полупроводниковых стабилизаторов напряжения.

 

Литература.

 

Основная литература.

1. В.И. Лачин, Ю.С. Савелов “Электроника”, Ростов-на-Дону, “Феникс”, 2001г.

2. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. «Промышленная электроника» - М.: Энергоатомиздат,1988.

3. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. «Электроника» - М.: Высшая школа,1991.

4. Под ред. Сазонова А.А. «Микроэлектронные устройства автоматики» - М.: Энергоатомиздат,1991.

Дополнительная литература.

5. Забродин Ю.С. «Промышленная электроника» – М.: Высшая школа,1982.

6. Захаров В.К., Лыпарь Ю.И. «Электронные устройства автоматики и телемеханики» – Л.: Энергоатомиздат,1984.

7. Гутников В.С. «Применение интегральных микросхем в измерительной технике» – Л.: Энергоатомиздат,1988.

8. Ушаков В.Н., Долженко О.В. «Электроника: от элементов до устройств» – М.: Радио и связь,1993.

9. Жеребцов И.П. «Основы электроники» – Л.: Энергоатомиздат, 1989.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ВОПРОСЫ

ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ K РАЗДЕЛАМ ПРОГРАММЫКУРСА

 

Раздел 1. Элементы электронной техники

 

Методические указания

Все перечисленные в этой теме элементы широко используются в схемах электронной аппаратуры. От правильного выбора этих элементов зависит нормальная работа электронных устройств, в которых до 50—80% от общего числа элементов в схеме составляют резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Наша промышленность выпускает большое количество унифицированных по параметрам и типоразмерам указанных в данной теме пассивных линейных элементов и других монтажных деталей, технические данные которых можно найти в каталогах и радиотехнических справочниках.

Нужно научиться по внешнему виду различать эти элементы, понимать их маркировку, основные параметры, знать условные графические обозначения их и назначение в схемах электронных устройств, уметь округлять получившуюся расчетную величину сопротивления резистора или емкости конденсатора до их номинальных значений, указанных в справочниках. Если, например, по расчету сопротивление резистора составляет 21,5 кОм с рассеиваемой мощностью 0,75 Вт, а емкость конденсатора — 0,235 мкФ при рабочем напряжении 450 В, то согласно шкале номинальных значений можно выбрать металлизированный лакированный теплостойкий резистор МЛТ-1-22К±10% или более точный бороуглеродистый лакированный прецезионный резистор БЛП-1-22К±0,5%, обладающие номинальным сопротивлением 22 кОм при номинальной мощности 1 Вт. Для заданных выше условии выбираем конденсатор МБГО-1-600-025±10%, изготовленный из однослойной металлизированной бумаги в герметическом корпусе, рассчитанный на рабочее напряжение до 600 В при номинальной емкости 0,25 мкФ.

Резисторы выпускаются непроволочные и проволочные, постоянные и переменные, лакированные или эмалированные (остеклованные) различных типов (МЛТ, МТ, УЛМ, УЛИ, БЛП, МГП, ВС, КЛМ, КЛВ), ПЭВ и другие постоянные; СП, СПО, ПР, ПП, ППБ и другие переменные резисторы с различными параметрами, к которым относятся:

1. Номинальное сопротивление, измеряемое в омах (Ом), килоомах (кОм), мегомах (МОм), гигаомах (ГОм). При, этом следует иметь в виду, что

1 тераОм = 10³ ГОм = 10⁶ МОм = 10⁹ кОм=10¹² Ом.

2. Класс точности, т. е. допустимое отклонение по сопротивлению: I класс ±5%, II класс ±10%, III класс ±20% от номинального сопротивления. Прецизионные резисторы типа БЛП, УЛИ, МГП, МУП, С2-13 и др., используемые в измерительной и специальной ап­паратуре, изготовляются с более высокой точностью: ±3; ±2; ±1; ±0,5; ±0,2; ±0,1%.

3. Номинальная мощность, рассеиваемая резистором в виде тепла при прохождении через него электрического тока, т.е. ваттность резистора, согласно ГОСТ 9663—61 находится в пределах от долей ватта до 500 Вт (0,01; 0,025; 0,05; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 50; 75; 100; 150; 250; 500 Вт). Кроме того, зачастую принимают во внимание также стоимость, рабочее напряжение, габарит, массу, температурный коэффициент сопротивления ТКР.

Для каждого класса точности имеется своя шкала номинальных сопротивлений резисторов. Например, для второго класса выпускаются резисторы с номинальными сопротивлениями (10; 12; 15; 18; 22; 27: 33: 39; 47; 56; 68; 82)х10^к Ом, где к = 0, 1, 2,..., 10. Резисторы первого класса точности имеют более широкую шкалу номинальных сопротивлений, третьего класса — более узкую шкалу.

По виду диэлектриков конденсаторы бывают:

- слюдяные, опрессованные в пластмассу (К.СО-1,..., КСО-8) или в керамический корпус (СГМ);

- бумажные или металлобумажные (из металлизированной бумажной ленты), заключенные в бумажный (КБ) или в металлический цилиндрический или прямоугольной формы корпус (КБГМ; КБГ-МП), а также заключенные в керамический корпус (КБГ-И);

- герметизированные в плоских прямоугольной формы корпусах (МБГП; МБГО);

- малогабаритные с диэлектриком из полистироловой пленки негерметизированные типа ПМ и герметизированные типа ПМ-2 с ра­бочим напряжением до 60 В, а также типа ПСО с рабочим напряже­нием до 300—600 В;

- типа ПОВ на номинальное напряжение до 10—15 кВ емкостью 390 пФ;

- керамические подстроечные типа КПК-2 и КПК-4;

- керамические типа КДК и КТК дисковой или трубчатой формы;

- керамические высоковольтные типа КВКТ, КВКГ, КВКБ, КВИ и др.

Электролитические конденсаторы бывают различных типов: КЭ-1, КЭ-2, КЭ-3, КЭГ, ЭГЦ, К50-3, К50-7, К50-12, а также малогабаритные ЭМ, К50-6; ЭТО (электролитические танталовые объемные) и др. Они применяются в цепях постоянного и пульсирующего тока, в которые они включаются с соблюдением полярности напряжения.

Конденсаторы переменной емкости, изменяющейся от единицы до сотен пикофарад, изготовляются из одной или нескольких секций, соединенных общей осью вращения и преимущественно с воздушным или кремниевым диэлектриком. Они применяются в электрических цепях, где требуется регулируемое емкостное сопротивление, например, для настройки колебательных контуров и т. п.

Основными параметрами конденсаторов являются:

1. Номинальная емкость, выраженная в микрофарадах, нанофарадах или пикофарадах. При этом следует иметь в виду, что 1Ф = 10⁶ мкФ = 10⁹ нФ = 10¹² пФ.

2. Класс точности по емкости: I класс ±5%, II класс ±10%, III класс ±20% от номинальной емкости.

3. Номинальное рабочее напряжение (от единиц, десятков и сотен вольт до десятков киловольт). 4. Температурный коэффициент емкости (ТКЕ), показывающий изменение величины емкости конденсатора при изменении температуры на 1°С.

Шкала номинальных значений имеет широкий диапазон — от единиц пикофарад до десятков, сотен и нескольких тысяч микрофарад. При этом нужно знать, что чем выше номинальное рабочее напряжение, тем меньше номинальная емкость конденсатора. Для увеличения емкости конденсаторы могут включаться параллельно. В этом случае емкости их складываются. Для увеличения рабочего напряжения конденсаторы могут включаться последовательно, но при последовательном включении двух или трех конденсаторов суммарная емкость их уменьшается в два или три раза; кроме того, в этом случае для предотвращения пробоя конденсаторы шунтируются высокоомными резисторами. Следует помнить, что емкостное сопротивление конденсатора переменному току Ом, где ; f в герцах, С в фарадах. Если же С в микрофарадах, то Ом.

Согласно ГОСТ 11076—69 рекомендуются кодированные буквенные обозначения на резисторах и конденсаторах. Так, Ом обозначается на резисторе буквой Е (например, 510 Ом имеет обозначение 510 Е); кОм — буквой К (например, 20 кОм обозначается как 20 К); МОм — буквой М (1 МОм обозначается как 1М). Номинальные сопротивления резисторов от 100 до 1000 Ом и от 100 до 1000 кОм обозначаются в долях килоома или мегома, причем единицу обозначения сопротивления ставят на место нуля и запятой. Например, 410 Ом = = 0,41 кОм = К41; 130 кОм = 0,13 МОм = М13 и т. п. Если номинальное сопротивление резистора измеряется дробным десятичным числом, то единицу измерения сопротивления ставят на место запятой (5,6 Ом = 5Е6; 4,1 кОм = 4К1; 2,2 МОм=2М2 и т. п.). Допустимые отклонения сопротивлений от номинальных значений обозначаются на резисторах следующими буквами: Р — (±1%), И — (±5%), С — (±10%), В — (±20%), которые ставятся на последнем месте обозначения резистора. Например, М22С означает номинальное сопротивление резистора 220 кОм с допустимым отклонением от номинала на ±10%.

Для сокращенного обозначения на конденсаторах единиц емкости применяются следующие буквы: 1 миф = 10^-6 Ф = 1М; 1 КНФ =10^-9 Ф = 1 н; 1 па = 10^-12 Ф = 1 п., причем емкости конденсаторов от 0 до 100 па обозначаются в пикофарадах буквой П, которая ставится после целого числа пикофарад (например, 47 пФ = 47 П) или на месте десятичной запятой (например, 5,1 пФ = =5П1).

Если емкости конденсаторов от 100 пФ = 0,1 нФ до 100 нФ = 0,1 мкФ, то они обозначаются в нанофарадах, например 0,01 мкФ = 10 нФ = 10Н; 0,033 мкФ = =33 нФ = ЗЗН. Если емкости конденсаторов от 0,1 мкФ и более, то их обозначают в микрофарадах, например 10 мкФ = 10М; 100 мкФ = 100М; 1000 мкФ = 1000М. Если емкость выражается в долях микрофарады, то буквенное обозначение ставится на место нуля и запятой, например 330 пФ = 0,33 нФ = НЗЗ; 0,25 мкФ = =М25; 0,5 мкФ = М50. Если емкость конденсатора составляет целое число и дробную часть, то буква ставится на месте за­пятой, например 4700 пФ = 4,7 нФ = =4Н7; 5,3 мкФ = 5М3. Допустимые отклонения от номинальной емкости обозначаются на конденсаторах теми же буквами, как и на резисторах, например 10МС означает емкость 10 мкФ±10%; 20МВ = 20 мкФ±20%; 1МИ = 1 мкФ±5%.

Необходимо обратить внимание на различное устройство катушек индуктивности. Высокочастотные катушки индуктивности, применяемые в колебательных контурах и полосовых фильтрах, наматываются на картонный каркас без стального сердечника. При этом зачастую для увеличения в два-три раза или для регулирования величины индуктивности такие контурные катушки изготовляются с ферритовым сердечником цилиндрической, кольцевой, или другой формы. Низкочастотные катушки индуктивности изготовляются со стальным сердечником и называются дросселями. Они применяются главным образом в сглаживающих фильтрах выпрямительных устройств, в развязывающих фильтрах цепей питания электронной аппаратуры и т. п.

Величина индуктивности катушек зависит от числа витков, диаметра и длины катушки и выражается в генри или долях генри. При этом 1 Г = 10³ мГ =10⁶ мкГ. Катушки индуктивности обладают активным сопротивлением постоянному току r_a и индуктивным сопротивлением переменному току Ом, если и если f в герцах, а L вГенри.

Рассматривая устройство различных типов переходных, выходных, силовых трансформаторов, обратите внимание на то, что они собираются на стержневых или на броневых однофазных или трехфазных сердечниках. Они служат для повышения или понижения питающего переменного напряжения и характеризуются коэффициентом трансформации, типовой мощностью и коэффициентом полезного действия. Они бывают низкочастотными с сердечником из специальной трансформаторной стали и высокочастотными — без сердечника. Нужно также уяснить и отличие автотрансформаторов от трансформаторов.

При изучении этой темы следует повторить из курсов физики и электротехники следующие понятия: напряженность электрического и магнитного полей, электромагнитная индукция, взаимоиндукция, самоиндукция, емкость конденсаторов, индуктивность катушек, активное и реактивные сопротивления. Повторить материал о физических процессах в электрических цепях при прохождении постоянного и переменного тока. Ознакомиться с различными марками проводов и кабелей. Необходимо в конспекте изобразить условные графические обозначения всех элементов согласно требованиям ГОСТов ЕСКД.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Какие имеются разновидности резисторов, конденсаторов и других элементов, применяемых в цепях электронных устройств? По каким основным параметрам они различаются?

2. Объяснить различие и начертить условные графические обозначения резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, низкочастотных и высокочастотных трансформаторов, электромагнитных реле, применяемых в цепях электронной аппаратуры.

3. В каких единицах в СИ измеряются емкость, индуктивность, активное, емкостное и индуктивное сопротивления и проводимости?

4. Рассчитать и построить график полного эквивалентного сопротивления корректирующей цепочки, состоящей из катушки индуктивности, имеющей L=100 мГ и активное сопротивление r _а=5 Ом, и последовательно с ней включенной цепочки R//C, где параллельно конденсатору С = 10 мкФ подключен резистор R = 1 кОм, при изме­нении частоты усиливаемого сигнала от 50 до 10000 Гц (рис. 1, а). Ответ: при частоте 50 Гц сопротивление Z₁ = 275 Ом, при частоте 10000 Гц Z ==6280 Ом.

5. Определить индуктивное сопротивление однослойной катушки без сердечника, диаметр которой Д = 1,5 см, длина намотки l = 1 см, число витков = =50, на частотах сигнала f₁ = 50 Гц и f₂ = 10000 Гц.

мкГ; Ом

Ответ: 1) 0,014 Ом; 2) 2,8 Ом.

6. Объяснить устройство и принцип действия электромагнитного реле. Привести условные изображения реле по ЕСКД.

7. Рассчитать величину полного эквивалентного сопротивления переходной цепочки, состоящей из переходного конденсатора С₁ = 0,25 мкФ и последовательно с ним включенных R//C₂где R = 500_кОм, С₂ = 100 пФ, при изменении частоты усиливаемого сигнала от 50 до 10⁶ Гц (рис. 1, б).

Ответ: при частоте 50 Гц Z₁ = 500,2 кОм; при частоте 10⁶ Гц Z₂=1,6 кОм.

 

Рис. 1. Схемы к вопросам для самопроверки.

 

8. Что произойдет в электрической цепи, если перегорит резистор или пробьет конденсатор?

9. При помощи каких электронных датчиков осуществляется преобразование неэлектрических сигналов (световых, тепловых, звуковых, механических колебаний, растяжения и сжатия, изгиба и давления и т. п.) в электрические сигналы?

 

Раздел 2. Полупроводниковые приборы

Методические указания

Полупроводниковые приборы очень широко применяются в разнообразной электронной аппаратуре. Вначале следует уяснить, как в монокристаллической структуре полупроводника возникает собственная проводимость, возрастающая при повышении температуры, какими двумя способами образуются полупроводники с примесной электронной и с примесной дырочной проводимостью, как образуется в диоде электронно-дырочный переход, обладающий вентильными свойствами, каковы особенности вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов, кремниевых стабилитронов, тиристоров (тринисторов), динисторов итуннельных диодов и т.п.

Следует уяснить типизацию полупроводниковых приборов по частотным пределам и мощности, маркировку их согласно ГОСТ, а также условные графические обозначения в схемах со­гласно ГОСТам ЕСКД.

При изучении биполярных транзисторов в трех схемах включения — в схеме с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором — особое внимание обратить на взаимодействие двух встречно включенных электронно-дырочных переходов и токопрохождение через них при изменении потенциальных барьеров под действием напряжений внешних источников питания. Следует понять и уметь объяснить, как и для чего снимаются семейства входных и выходных вольтамперных характеристик транзисторов, научиться определять по ним смешанные h - параметры для каждой схемы включения транзистора, а также рассчитывать основные внутренние физические параметры r_б, r_э, r_k, одинаковые для всех трех Т-образных эквивалентных схем включения транзисторов, пользуясь h - параметрами.

При работе с полупроводниковыми приборами иметь в виду опасность теплового и электрического пробоя p – n - перехода при превышении допустимого обратного напряжения или допустимой мощности, рассеиваемой на транзисторе при данной температуре. Понимать влияние рабочей температуры на ход входных и выходных характеристик, а также на изменение их параметров. Уяснить различие коэффициентов передачи тока, т. е. статических коэффициентов усиления по току транзисторов, включенных в схемах с ОБ, ОЭ, ОК.

При изучении этой темы нужно понять, что полупроводниковые приборы относятся к группе электронных вентилей, в которых используются сложные физические процессы при движении электронов проводимости и дырок как носителей зарядов под воздействием электрических полей, создаваемых в кристаллической структуре полупроводников. При этом различают полупроводники с электронной примесной (п означает негативной, отрицательной) проводимостью и полупроводники с дырочной (р означает позитивной, положительной) примесной проводимостью. В первом случае химически чистый кристалл четырехвалентного кремния или германия легируют примесью пятивалентной сурьмы, фосфора или мышьяка, а во втором случае — трехвалентной примесью индия, бора, алюминия или галлия в небольших дозах (порядка один атом примеси на 10⁶—10⁷ атомов основного кристалла). Полупроводники по удельному сопротивлению занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками. Электропроводность полупроводников, являясь важнейшим параметром, может резко изменяться под воздействием различных факторов: от введения в их кристаллическую структуру трех- или пятивалентной примеси указанных выше элементов, от температуры, освещенности, сжатия, и растяжения, электромагнитного поля, радиации и т. п. Нужно понимать эти закономерности, а также способы образования электронно-дырочного n – p - перехода, возникающего в тончайшем слое на границе соприкосновения полупроводника с металлом или двух слоев полупроводника, обладающих разной проводимостью, создающим одностороннюю проводимость. Этот запирающий слой обладает потенциальным барьером, который в германиевых приборах имеет величину около 0,3—0,4 В, а в кремниевых приборах — около 0,7—0,9 В.

Чтобы создать возможность прохождения основных носителей зарядов в прямом направлении, нужно приложить напряжение от внешнего источника питания плюсом к р - слою и минусом к n -слою диода. При этом потенциальный барьер компенсируется, а внутреннее сопротивление вентиля в прямом направлении резко уменьшится, через диод потечет прямой ток, равный. I_пр =(E_а –U_пр)/r_пр. Если полярность питающего напряжения изменить, то потенциальный барьер вентиля для основных носителей зарядов резко увеличится и через него потечет очень малой величины обратный ток, обусловленный не основными носителями зарядов.

Выпрямительные свойства полупроводниковых диодов используются в выпрямительных устройствах. Имеются германиевые и кремниевые диоды на номинальные рабочие напряжения от десятков, сотен до тысяч вольт и токи от 0,005 до 1000 и более ампер. Промышленность выпускает разнообразные полупроводниковые вентили — селеновые, германиевые, кремниевые. Маломощные высокочастотные диоды имеют точечные контакты, а мощные выпрямительные диоды — плоскостные контакты. Диоды имеют двухслойную структуру с одним p — n - переходом, биполярные транзисторы — трехслойную структуру с двумя электронно-дырочными переходами (типа р—п—р или n —р— n), тиристоры и динисторы имеют четырехслойную струк­туру с тремя электронно-дырочными переходами (типа р— п—р—п или п—р—п—р).

Диоды и транзисторы бывают низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные, малой, средней и большой мощности. Диоды плоскостные применяются для выпрямления переменного тока в постоянный ток, а точечные диоды — для детектирования сигналов; кремниевые стабилитроны применяются для стабилизации выпрямленного напряжения. Кремниевые и германиевые транзисторы используются для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Тиристоры как управляемые вентили применяются в управляемых выпрямителях и различных регулируемых, переключаемых и релейных устройствах.

Основными параметрами полупроводниковых диодов являются: среднее значение выпрямленного тока, наибольшее значение допустимого обратного напряжения, наибольший обратный ток, прямое падение напряжения, частотные и температурные пределы и т. д. Например, германиевые диоды могут работать при температуре от -50 до +85°С, а кремниевые диоды до +150°С. С увеличением температуры в этих пределах ухудшаются параметры диодов: увеличивается прямой ток, но в большей степени увеличивается вредный обратный ток, уменьшается коэффициент выпрямления K_B =I_пр / I_обр = r _обр / r _пр, уменьшается допустимое обратное напряжение примерно в два раза. Кремниевые вентили более теплостойки. Для предохранения полупроводниковых вентилей от вредного влияния внешних воздействий и от механических повреждений они герметизируются в металлические, стеклянные, или пластмассовые корпуса.

Основными параметрами биполярных транзисторов являются коэффициент усиления по току, входное и выходное сопротивления, сопротивление слоя базы r _б, дифференциальное сопротивление открытого эмиттерного перехода r _э,дифференциальное сопротивление обратно смещенного коллекторного перехода r _k, паразитные емкости эмиттерного и коллекторного переходов (определяющие частотные свойства прибора), допустимая мощность, рассеиваемая транзистором, номинальная рабочая температура, частотные пределы, наибольший ток коллектора, наибольшее напряжение коллектор — эмиттер и коллектор — база при отключенном эмиттере, обратный ток коллектора и начальный ток коллектора. Во всех схемах включения биполярного транзистора I_э = I_б + I_k. Зачастую указываются смешанные h - параметры транзисторов как активных четырехполюсников: h ₁₁ — входное сопротивление транзистора, измеряемое в омах; h ₁₂ — коэффициент обратной связи по напряжению (безразмерный); h ₂₁ — коэффициент передачи по току (безразмерный); h ₂₂ — выходная проводимость при холостом ходе на входе транзистора (измеряется в сименсах). Эти параметры легко определяются по входным и выходным характеристикам. Их значения выводятся из двух основных уравне­ний активного линейного четырехполюсника: U₁ = h ₁₁I₁ + h ₁₂U₂ и I₂ = h ₂₁I₁ + h ₂₂U₂ сначала в режиме холостого хода на входе транзис­тора, т. е. при I₁ = 0, а затем в режиме короткого замыкания на вы­ходе транзистора при U₂ = 0.

В последние годы все большее применение получают униполярные полевые транзисторы с затвором в виде р—n - перехода с n - каналом или с р - каналом, модулированным по ширине под действием электрического поля, создаваемого напряжением, приложенным между затвором и истоком. Применяются также полевые транзисторы с изолированным металлическим затвором со встроенным или с индуцированным (наведенным) каналом п - или р - типа. Эти полевые транзисторы имеют структуру МОП (металл — окисел — полупроводник) или МДП (металл — диэлектрик — полупроводник). В полевых транзисторах токопрохождение осуществляется одним видом носителей зарядов (электронами проводимости или дырками), а изменение величины выходного тока происходит под воздействием изменяющегося входного напряжения аналогично электровакуумным усилительным лампам. Они отличаются очень большим входным сопротивлением, достигающим 10⁸—10¹⁵ Ом, а следовательно, имеют очень малую величину входного тока (порядка 10^{-10 A) и низкий уровень внутренних шумов. Нижний предел потребляемой ими мощности составляет около 10-9} Вт, а предел верхней граничной частоты от 1 до 1000 МГц.

У полевых транзисторов любой структуры имеются три электрода: исток, выполняющий роль катода, сток, выполняющий роль, анода, затвор, выполняющий роль управляющей сетки электровакуумного триода. В электронных устройствах они могут включаться по схеме с общим истоком, или с общим стоком, или с общим затвором. Рекомендуется ознакомиться с их рабочими параметрами и вольтамперными стокозатворными и стоковыми характеристиками. Благодаря более простой технологии униполярные полевые МОП - транзисторы широко используютсяв микроминиатюрной электронике.

 

Вопросы для самопроверки

1. Объяснить устройство полупроводниковых точечных и плоскостных диодов, указав их особенности и области применения.

2. Показать, как возникает собственная проводимость в полупроводнике. Как изменяется она при изменении температуры? При введении какой примеси и как получается полупроводник, обладающий примесной электронной проводимостью? Какая примесь создает в полупроводнике примесную дырочную проводимость? Велика ли доза примеси?

3. Объяснить физические принципы работы полупроводникового диода. Что такое электронно-дырочный п—p - переход, запирающий слой, потенциальный барьер, вентильные свойства диода? Изобразить и пояснить вольтамперные характеристики германиевого и кремниевого диодов.

4. Какие внешние факторы влияют на изменение электропроводности полупроводников?

5. Объяснить типизацию, маркировку, обозначение в схемах и назначение полупроводниковых диодов, транзисторов, кремниевых стабилитронов, тиристоров и динисторов согласно ГОСТ и ЕСКД.

6. Объяснить устройство и физические принципы работы плоскостных биполярных транзисторов типа р—п — р и п—р—п.

7. Привести схемы включения транзисторов типа р—п—р для снятия семейства статических входных и выходных характеристик. Изобразить эти характеристики для схем с ОБ и ОЭ. Показать как по ним определяются h -параметры.

8. Привести формулы, связывающие основные физические параметры r _б, r _э, r _к, В_ст с h - параметрами транзистора.

9. Перечислить достоинства и недостатки полупроводниковых диодов и транзисторов.

10. Объяснить устройство, назначение, принципы действия и вольтамперную характеристику тиристора (тринистора). Привести схему его включения.

11. Что такое тензорезистивный эффект, используемый в полупроводниковых тензометрических приборах?

12. Объяснить устройство, принцип действия и вольтамперную характеристику туннельных диодов.

13..Что представляют собой униполярные полевые транзисторы разных типов? Каковы их устройство, вольтамперные характеристики и основные параметры?

14. Определить статические коэффициенты усиления по току биполярного транзистора, включенного в схемы с ОБ, ОЭ, ОК, если при изменении тока эмиттера на 1,6 мА ток коллектора увеличился на 1,57 мА.

Ответ: = 0,98; = 51,6; = 52,6.

15. Определить внутренние физические параметры r _б, r _э, r _к и коэффициенты передачи по току и Т-образной эквивалентной схемы транзистора, если известны его h - параметры (табл. 1), как активного линейного четырехполюсника, включенного в схеме с ОБ.

16. Указанные в задаче 15 h - параметры в схеме с ОБ пересчитать в h -параметры в схеме с ОЭ.

 

Таблица 1.

Вариант	h – параметры в схеме с ОБ
h 11б Ом	h 12б	h 21б	h 22б Ом
		6*10-4 5*10-3 4*10-4 1,2*10-4 1,2*10-3 2,5*10-4 4*10-4 2*10-4 5*10-4 4*10-4	-0,97 -0,94 -0,95 -0,98 -0,99 -0,96 -0,98 -0,95 -0,98 -0,99	2*10-6 1*10-6 1*10-6 1*10-6 5*10-5 3*10-6 1*10-6 1*10-6 5*10-5 4*10-5

 

17. Объяснить устройство, маркировку, указать достоинства и недостатки селеновых выпрямительных столбов.

18. Привести вольтамперную характеристику кремниевого стабилитрона, объяснить принцип действия его и назначение в электронной аппаратуре.

 

 

Раздел 3. Маломощные источники вторичного электропитания

Методические указания

При изучении этой темы нужно иметь в виду, что примерно третья часть вырабатываемой электроэнергии электростанциями переменного тока используется в виде энергии постоянного тока в промышленности, на транспорте, в научно-исследовательских организациях, в контрольно-измерительной технике, в бытовых электронных приборах, в электролизной и аккумуляторной технике, а также во многих других устройствах. Для преобразования переменного тока в постоянный ток используются различные выпрямительные устройства, которые очень широко применяются для питания всевозможной электронной аппаратуры, а также большого количества промышленных, транспортных и других энергетических и технологических установок.

В зависимости от назначения выпрямительные устройства изготовляются на различные величины выпрямленного напряжения и тока, т.е. на различные мощности от долей и единиц ватта до десятков, сотен, тысяч киловатт. Чем мощнее выпрямитель, тем сложнее его устройство. Если простейший маломощный выпрямитель, собранный по одной из схем выпрямления, состоит из небольшого шасси, силового трансформатора, полупроводниковых диодов и сглаживающего фильтра, то стабилизированный выпрямитель даже средней мощности представляет собой более сложное устройство значительных размеров, массы и стоимости. Управляемые выпрямители на тиристорах имеют еще более сложное устройство, так как содержат блок управления.

Выпрямительные устройства монтируются с использованием различных ранее рассмотренных вентилей, силовых трансформаторов, а также элементов сглаживающих фильтров и стабилизаторов.

В каждом отдельном случае в зависимости от назначения и расчетных параметров выпрямителя следует научиться подбирать по справочнику или каталогу наиболее подходящий тип вентилей, чтобы предварительно рассчитанные параметры (среднее значение выпрямленного тока, проходящего через каждый вентиль, его максимальное значение, максимальная величина обратного напряжения, приложенного к вентилю в непроводящий полупериод, действующее значение выпрямленного тока, проходящего через полупроводниковый диод) были несколько меньше допустимых параметров, указанных в справочнике. Следует учитывать, что при необходимости последовательного включения германиевых или кремниевых диодов в каждое плечо выпрямителя их следует шунтировать резисторами, уравнивающими величину обратного напряжения на каждом диоде. При параллельном соединении указанных диодов следует последовательно каждому диоду подключать резистор с сопротивлением около 5 - 8 Ом, чтобы уравнять токи, протекающие в ветви каждого диода. Нужно также помнить и понимать, что наибольший КПД имеют выпрямители, собранные на полупроводниковых диодах, которые обладают очень малым внутренним сопротивлением в прямом направлении.

Рекомендуется при изучении указанных в программе схем выпрямителей начертить в конспекте каждую схему, выполняя требования ГОСТ ЕСКД. При этом нужно понять физические принципы процесса выпрямления, научиться приближенно рассчитывать основные параметры выпрямителей. Составить в конспекте сводную таблицу расчетных формул для всех изучаемых схем выпрямления.

Особое внимание обратить на изучение однофазной двухполупериодной схемы выпрямителя со средней (нулевой) точкой, однофазной и трехфазной мостовых схем. При этом для каждой схемы нужно научиться с помощью временных диаграмм изображать форму кривых первичных и вторичных напряжений и токов, протекающих в обмотках трансформатора, мгновенных, средних и максимальных значений выпрямленных тока и напряжения нагрузки, амплитуду обратного напряжения на вентиле в непроводящий полупериод.

Для облегчения монтажа и компактности выпрямителей имеются, кремниевые диодные блоки, собранные по однофазной мостовой схеме и схеме с удвоением напряжения, герметизированные в плоских прямоугольной формы пластмассовых корпусах (КЦ401А—КД405И и др.), а также различные диодные матрицы и диодные сборки.

Нужно понимать назначение и типовые схемы сглаживающих фильтров и стабилизаторов напряжения. Следует уметь определять коэффициент пульсаций выпрямленного тока и напряжения на выходе выпрямителей без фильтра, а также коэффициент сглаживания пульсаций каждым фильтром пользуясь расчетными формулами, которые нужно записать в конспекте в сводную таблицу.

Важно знать внешнюю характеристику выпрямителя, знать, каким уравнением она описывается и как изображается графически без фильтра и с разными фильтрами, знать, в каких элементах выпрямителя происходят потери напряжения, обуславливающие падающий характер внешней характеристики при увеличении среднего значения выпрямленного тока нагрузки.

Рассмотреть принципы действия и области применения управляемых выпрямителей на тиристорах. Понять методы и системы управления, используемые в управляемых выпрямителях.

Заслуживают внимания простейшие схемы инверторов — преобразователей постоянного тока в переменный ток, а также схемы выпрямителей с удвоением и умножением напряжения и схема фазочувствительного выпрямителя на полупроводниковых диодах. Рассмотреть некоторые схемы стабилизаторов напряжения параметрического типа и стабилизаторов напряжения компенсационного типа, в том числе схему высококачественного стабилизатора напряжения, использующую в цепи отрицательной обратной связи интегральную микросхему УПТ.

 

Вопросы для самопроверки

1. Каковы назначение, классификация и области применения выпрямителей?

2. Начертить схемы выпрямителей без фильтра, а также со сглаживающими фильтрами: однофазную мостовую и двухполупериодную со средней точкой, трехфазную мостовую. Объяснить принципы действия выпрямителей с использованием временных диаграмм токов и напряжений.

3. Привести сравнительную таблицу формул для приближенного расчета параметров разных схем выпрямителей. Указать, по каким параметрам выбираются типы вентилей.

4. Привести схемы, объяснить принципы действия и области применения управляемых выпрямителей на тиристорах. Показать графически процесс работы этих выпрямителей.

5. Для какой цели применяются сглаживающие фильтры на выходе выпрямителей? Начертить схемы и объяснить процесс сглаживания пульсаций выпрямленного тока и напряжения. Привести фор