Руководство по изучению дисциплины «Электротехника и электроника» / Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института)
| Вид материала | Руководство |
- Руководство по изучению Дисциплины, 1375.16kb.
- Руководство по изучению дисциплины «Системы искусственного интеллекта», 705.89kb.
- Руководство по изучению дисциплины «Локальные сети эвм», 1457.25kb.
- Хi международная научно-практическая конференция, 60.3kb.
- 12-я Международная научно-практическая конференция, 64.65kb.
- V международная научно-практическая конференция, 57.93kb.
- 12-я Международная научно-практическая конференция, 57.13kb.
- 12-я Международная научно-практическая конференция, 64.65kb.
- Х международная научно-практическая конференция, 66.74kb.
- 12-я Международная научно-практическая конференция, 64.48kb.
База – см. полупроводниковый диод.
^ Барьерная емкость – образуется неподвижными ионами примесей. Характеризуется перераспределением заряда в запертом p-n-переходе. Величина этой ёмкости зависит от величины обратного наряжения на p-n-переходе. Она является преобладающей при обратном смещении.
^ Биполярные транзисторы с изолированным затвором выполнены как сочетание входного униполярного (полевого) транзистора с изолированным затвором и выходного биполярного n-p-n-транзистора. Имеется много различных способов создания таких приборов, однако наибольшее распространение получили приборы, в которых удачно сочетаются особенности полевых транзисторов с вертикальным каналом и дополнительного биполярного транзистора.
^ Биполярный транзистор (токовый транзистор) – представляет собой полупроводниковый прибор с двумя близко расположенными, а потому взаимодействующими p-n-переходами и тремя выводами.
Биполярный транзистор – полупроводниковый прибор с тремя областями разной проводимости. В зависимости от чередования этих областей, различают два типа биполярных транзисторов: n-p-n и p-n-p. В таких транзисторах используются носители заряда двух типов: электроны и дырки. Управление движением зарядов в этих транзисторах осуществляется током. Поэтому их также называют биполярными.
По технологии изготовления различают сплавные и планарные транзисторы. Средняя часть рассматриваемых структур биполярного транзистора называется базой, одна крайняя область – коллектором, а другая – эмиттером. В несимметричных структурах электрод базы располагается ближе к эмиттеру, а ширина базы зависит от частотного диапазона транзистора и с повышением частоты уменьшается.
В зависимости от полярности напряжений, приложенных к электродам транзистора, различают следующие режимы его работы: линейный (усилительный), насыщения, отсечки и инверсный.
В линейном режиме работы транзистора эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный в обратном.
В режиме насыщения оба перехода смещены в прямом направлении, а режиме отсечки – в обратном.
И, наконец, в инверсном режиме коллекторный переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный переход смещен в обратном направлении.
Кроме рассмотренных режимов возможен еще один режим, который является не рабочим, а аварийным – это режим пробоя. Работа транзистора основана на управлении токами электродов в зависимости от приложенных к его переходам напряжений.
^ Быстродействующие цифро-аналоговые преобразователи – см. цифро-аналоговые преобразователи.
В
Варикап – это разновидность полупроводникового диода специального типа. Варикап – это электрически перестраиваемая емкость на основе обратно смещённого p-n-перехода.
Варикапы предназначены для использования в качестве конденсатора, емкость которого зависит от величины обратного напряжения. Варикап применяется в различных электронных схемах: модуляторах, перестраиваемых резонансных контурах, генераторах с электронной настройкой, параметрических усилителях и генераторах и др.
^ Ветвь – участок электрической цепи, на всем протяжении которого величина тока имеет одинаковое значение.
Внутренний участок электрической цепи – участок электрической цепи содержащий источник электрической энергии.
^ Внешний участок электрической цепи – все участки электрической цепи не содержащие источников электрической энергии.
Временем выборки устройств выборки и хранения – см. устройства выборки и хранения.
^ Время восстановления обратного сопротивления диода – основной параметр выпрямительных диодов, который характеризуется их инерционными свойствами. Определяется как время, в течение которого обратный ток диода после переключения полярности приложенного напряжения достигает своего стационарного значения.
^ Время жизни неравновесных зарядов (время жизни избыточных, неравновесных носителей заряда). Если в какой-либо области проводника создать избыточную концентрацию, а затем устранить причину её создавшую, то под действием сил диффузии, избыточная концентрация начнёт убывать, до выравнивания по всему объёму. Время протекания этого процесса (убывание происходит в e раз), то есть время, за которое произойдет выравнивание, называется временем жизни неравновесных зарядов.
^ Время задержки развития вторичного пробоя – см. пробой транзистора.
Время преобразования аналого-цифровых преобразователей – см. аналого-цифровые преобразователи.
^ Время установления прямого напряжения на диоде (прямого сопротивления). Определяется скоростью диффузии инжектированных в базу неосновных носителей заряда, в результате чего изменяется сопротивление базы. Первоначально оно высоко, т.к. мала концентрация носителей заряда. После подачи прямого напряжения концентрация неосновных носителей заряда в базе увеличивается, это снижает прямое сопротивление диода.
^ Время установления устройств выборки и хранения – см. устройства выборки и хранения.
Время установления цифро-аналоговых преобразователей – см. цифро-аналоговые преобразователи.
^ Время хранения напряжения устройств выборки и хранения – см. устройства выборки и хранения.
Вторичный пробой транзистора – см. пробой транзистора.
^ Входные характеристики источников вторичного электропитания – см. источники вторичного электропитания.
Выпрямители источников электропитания. Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное.
Основное назначение выпрямителя заключается в сохранении направления тока в нагрузке при изменении полярности приложенного напряжения. Выпрямитель можно рассматривать как один из типов инверторов напряжения.
В состав выпрямителя могут входить: силовой трансформатор, вентильный блок, фильтрующее устройство и стабилизатор напряжения.
Трансформатор выполняет следующие функции: преобразует значение напряжения сети, обеспечивает гальваническую изоляцию нагрузки от силовой сети, преобразует количество фаз силовой сети. В импульсных источниках питания трансформатор обычно отсутствует, так как его функции выполняет высокочастотный инвертор.
Вентильный блок является основным звеном выпрямителя, обеспечивая однонаправленное протекание тока в нагрузке. В качестве вентилей могут использоваться электровакуумные, газоразрядные или полупроводниковые приборы, обладающие односторонней электропроводностью, например, диоды, тиристоры, транзисторы и др. Идеальные вентильные элементы должны пропускать ток только в одном (прямом) направлении и совсем не пропускать его в другом (обратном) направлении. Реальные вентильные элементы отличаются от идеальных прежде всего тем, что они пропускают некоторый ток в обратном направлении и имеют падение напряжения при протекании прямого тока. Это сказывается на снижении КПД вентильного блока и снижении эффективности выпрямителя в целом.
Фильтрующее устройство используется для ослабления пульсаций выходного напряжения. В качестве фильтрующего устройства обычно используются фильтры нижних частот, выполненные на пассивных R, L, С элементах или, иногда, с применением активных элементов – транзисторов, операционных усилителей и прочее. Качество фильтрующего устройства оценивают по его способности увеличивать коэффициент фильтрации, равный отношению коэффициентов пульсации на входе и выходе фильтра.
Стабилизатор напряжения предназначен для уменьшения влияния внешних воздействий: изменения напряжения питающей сети, температуры окружающей среды, изменения нагрузки и др., – на выходное напряжение выпрямителя. Стабилизатор напряжения можно установить не только на выходе выпрямителя, но и на его входе. Если к стабильности выходного напряжения не предъявляется особых требований, то стабилизатор может быть или совсем исключен или его функции переданы другим узлам. Например, в импульсных источниках питания функции стабилизатора может выполнять регулируемый инвертор или регулируемый вентильный блок.
Кроме основных узлов, в состав выпрямителя могут входить различные вспомогательные элементы и узлы, предназначенные для повышения его надежности: узлы контроля и автоматики, узлы защиты и др., например, узлы автоматического переключения напряжения питающей сети 110 – 220 В.
Для классификации выпрямителей используют различные признаки: количество выпрямленных полуволн (полупериодов) напряжения, число фаз силовой сети, схему вентильного блока, тип сглаживающего фильтра, наличие трансформатора и др.
По количеству выпрямленных полуволн различают однополупериодные и двухполупериодные выпрямители.
По числу фаз питающего напряжения различают однофазные, двухфазные, трехфазные и шестифазные выпрямители. При этом под числом фаз питающего напряжения понимают число питающих напряжений с отличными друг от друга начальными фазами. Так, например, если для работы выпрямителя требуется одно-единственное питающее напряжение, то такой выпрямитель будет однофазным. Если же для работы выпрямителя требуются два питающих напряжения, сдвинутых друг относительно друга на какой-либо угол (чаще всего на 180°), то такой выпрямитель называют двухфазным. Аналогично, если для работы выпрямителя требуются три питающих напряжения, сдвинутые друг относительно друга на угол, равный 120°, то такой выпрямитель называют трехфазным. Шестифазные выпрямители состоят из двух групп трехфазных выпрямителей, питаемых противофазными напряжениями трехфазной сети.
По схеме вентильного блока различают выпрямители с параллельным, последовательным и мостовым включением однофазных выпрямителей.
^ Выпрямительный контакт – электрический переход обладающий односторонней проводимостью. Применяется в диодах Шотки.
Выходные характеристики источников вторичного электропитания – см. источники вторичного электропитания.
^ Г
Генераторы гармонических сигналов. В генераторах гармонических сигналов цепь положительной обратной связи выполняется таким образом, чтобы условие баланса фаз выполнялось на одной единственной частоте, на которой также выполняется условие баланса амплитуд.
Наиболее распространенными генераторами гармонических сигналов являются генераторы, в которых цепь положительной обратной связи выполнена на последовательных или параллельных резонансных контурах, на фазосдвигаю-щих RC- или RL-цепях.
Режим работы схемы генератора по постоянному току выбирается с помощью двух источников питания: источника питания стока, и источника смещения затвора. В схеме использован параллельный колебательный контур LKCK, а сопротивление учитывает потери на элементах контура – катушке индуктивности и емкости. Усилитель генератора выполнен на полевом транзисторе с управляющим p-n-переходом. Более совершенная схема генератора с индуктивной обратной связью может быть построена на дифференциальном усилителе.
^ Генераторы с внутренней обратной связью (с отрицательным сопротивлением). В рассмотренных типах генераторов цепи обратной связи отделены от усилительного элемента. Однако существует большая группа генераторов, в которых внешних цепей обратной связи нет совсем. В таких генераторах используются участки вольт-амперных характеристик различных элементов, имеющие отрицательное сопротивление. Участки с отрицательным сопротивлением (или проводимостью) имеются у некоторых типов электронных ламп, например, тетродов, туннельных диодов, динисторов и тиристоров. Если отрицательное сопротивление такого элемента больше положительного сопротивления колебательного контура, то, включив такой элемент в состав контура, можно скомпенсировать потери и тем самым создать в контуре незатухающие колебания.
^ Генераторы электрических сигналов. Электронным генератором сигналов называют устройство, посредством которого энергия сторонних источников питания преобразуется в электрические колебания требуемой формы, частоты и мощности.
Электронные генераторы входят составной частью во многие электронные приборы и системы. Так, например, генераторы гармонических или других форм колебаний используются в универсальных измерительных приборах, осциллографах, микропроцессорных системах, в различных технологических установках и др. В телевизорах генераторы строчной и кадровой разверток используются для формирования светящегося экрана.
Классификация генераторов выполняется по ряду признаков: форме колебаний, их частоте, выходной мощности, назначению, типу используемого активного элемента, виду частотно-избирательной цепи обратной связи и др.
По назначению генераторы делят на технологические, измерительные, медицинские, связные.
По форме колебаний их делят на генераторы гармонических и негармонических (импульсных) сигналов.
По выходной мощности генератора делят на маломощные (менее 1 Вт), средней мощности (ниже 100 Вт) и мощные (свыше 100 Вт).
По частоте генераторы можно разделить на следующие группы: инфранизкочастотные (менее 10 Гц), низкочастотные (от 10 Гц до 100 кГц), высокочастотные (от 100 кГц до 100 МГц) и сверхвысокочастотные (выше 100 МГц).
По используемым активным элементам генераторы делят на ламповые, транзисторные, на операционных усилителях, на туннельных диодах, или динисторах.
По типу частотно-избирательных цепей обратной связи – на генераторы LC-, RC- и RL-типа. Кроме того, обратная связь в генераторах может быть внешней или внутренней.
Генератор является нелинейным устройством, которое преобразует, как уже сказано, энергию постоянного напряжения от источников питания в энергию колебаний. Обобщенная структурная схема генератора с внешней обратной связью приведена на рис. 1, а). Она содержит усилитель с коэффициентом усиления К, частотно-избирательную цепь положительной обратной связи с коэффициентом передачи β и цепь отрицательной обратной связи с коэффициентом передачи m.
Функционирование генератора можно разделить на два этапа: этап возбуждения генератора и этап стационарного режима. На этапе возбуждения колебаний в генераторе появляются колебания и амплитуда их постепенно нарастает. На втором этапе амплитуда колебаний стабилизируется и генератор переходит в стационарный режим. На этапе возбуждения колебаний основную роль играет цепь положительной обратной связи. Эта цепь определяет условие возбуждения колебаний, их частоту и скорость нарастания амплитуды. После возникновения колебаний их амплитуда нарастает до тех пор, пока действие нелинейной отрицательной обратной связи не ограничит их рост. Поскольку на этапе возбуждения цепь отрицательной обратной связи не р
Рис. 1. Cхемы генератора:
а) обобщенная структурная схема генератора;
б) структурная схема генератора без отрицательной обратной связи
аботает, рассмотрим более простую схему генератора, изображенную на рис. 1, б).
Цепь положительной обратной связи Р обычно выполняется на пассивных элементах и потому имеет потери. Затухание сигнала в цепи обратной связи компенсируется усилением, которое обеспечивает усилитель У. Рассмотрим условия, при которых в схеме, приведенной на рис. 1, б) могут возникнуть колебания. При включении питания в схеме возникают колебания, обусловленные нестационарными процессами – зарядом емкостей и индуктивностей, переходными частоте, то при выполнении условия баланса амплитуд колебания будут гармоническими. Если условие баланса фаз выполняется для ряда частот, то колебания будут негармоническими.
Кроме рассмотренных генераторов с внешней обратной связью, существуют генераторы с внутренней обратной связью, у которых положительная обратная связь обусловлена устройством используемого активного элемента. К таким элементам относятся некоторые типы полупроводниковых диодов, имеющих участки с отрицательным сопротивлением: динисторы, тиристоры, туннельные диоды, а также электронные лампы с вторичной эмиссией. В таких генераторах отрицательное сопротивление активного элемента используется для компенсации положительного сопротивления потерь в пассивных элементах. Эти генераторы могут использоваться как при синусоидальной форме выходного напряжения, так и при негармонических выходных напряжениях. Для формирования гармонических напряжений в таких генераторах обычно используются различные резонансные контуры.
^ Д
Двоично-десятичные счетчики могут быть реализованы на базе двоичных счетчиков при помощи взаимной связи между отдельными триггерами, входящими в счетчик.
^ Двухкаскадный усилитель – усилитель, состоящий из двух усилительных элементов, связанных между собой внешними соединительными цепями. Поскольку каждый усилительный элемент можно включить, по меньшей мере тремя способами, то число соединений усилительных элементов может быть достаточно большим. Например, двухтранзисторные усилители: с общим эмиттером, с общей базой, с общим коллектором, дифференциальный каскад.
^ Декадные счетчики – см. двоично-десятичные счетчики.
Демодуляторы электрических сигналов. Демодуляция (детектирование) является процессом, обратным модуляции, то есть при демодуляции из модулированного колебания извлекают информативный сигнал. Часто процесс демодуляции называют детектированием (то есть обнаружением) сигналов.
В зависимости от вида модулированного сигнала демодуляторы делятся на амплитудные, частотные и фазовые. Демодуляция импульсно модулированных сигналов в основном производится так же, как и гармонических сигналов. В любом модулированном сигнале информативный сигнал содержится в неявном виде. В спектре модулированного сигнала нет спектральных составляющих информативного сигнала. Поэтому при демодуляции обычно используется нелинейное преобразование модулированного сигнала с тем, чтобы обеспечить появление спектральных составляющих информативного сигнала. Однако кроме спектральных составляющих информативного сигнала в результате этого преобразования появляются различные комбинационные частоты, которые являются побочными продуктами демодуляции. Эти побочные продукты отфильтровываются с помощью фильтра нижних частот.
Дешифратор – преобразователь двоичного n-разрядного кода в унитарный 2n -разрядный код, все разряды которого, за исключением одного, равны нулю. Дешифраторы бывают полные и неполные. Для полного дешифратора выполняется условие: N = 2n, где n – число входов, а N – число выходов. В неполных дешифраторах имеется n входов, но реализуется N < 2n выходов.
^ Динатронный эффект – снижение тока анода за счет вторичной эмиссии.
Динистор – двухэлектродный прибор диодного типа, имеющий три p-n-перехода.
^ Диодные ключи применяются для точного и быстрого переключения напряжений и токов. Известны схемы диодных ключей на двух диодах, мостового и на шести диодах. Для диодных ключей обычно используются диоды Шотки или кремниевые эпитаксиальные диоды с тонкой базой. В этих диодах слабо выражены эффекты накопления носителей и их инерционность в основном определяется перезарядом барьерной емкости. Дифференциальное сопротивление открытого диодного ключа равно сумме дифференциальных сопротивлений диодов и может лежать в пределах от 1 до 50 Ом.
Основным недостатком схемы диодных ключей на двух диодах является прямое прохождение тока управляющего сигнала через нагрузку и источник сигнала.
Для снижения напряжения помехи эту схему целесообразно использовать при малых сопротивлениях источника сигнала и сопротивления нагрузки. Кроме того, желательно увеличивать сопротивление импульсного сигнала управления для снижения тока в цепи управления. Однако следует учесть, что снижение тока управления приведет к увеличению дифференциального сопротивления диодов. Для снижения помех из цепи управления можно использовать мостовую схему. В этой схеме цепь управления развязана от цепи передачи сигнала.
^ Диоды с барьером Шотки. В них электрический переход выполнен на границе металл-полупроводник. Он создаётся путём напыления металла на высокоомный полупроводник, например, n-типа. На границе металл-полупроводник создаётся область, обеднённая основными носителями, которая имеет несимметричную вольт-амперную характеристику. Эти диоды предназначены для выпрямления малых напряжений высокой частоты.
Диоды с барьером Шотки отличаются от диодов с р-п-переходом по следующим параметрам: более низкое прямое падение напряжения, имеют более низкое обратное напряжение, более высокий ток утечки, почти полностью отсутствует заряд обратного восстановления. Две основные характеристики делают эти диоды незаменимыми при проектировании низковольтных высокочастотных выпрямителей. В этих диодах прямое падение напряжения является функцией обратного напряжения.
^ Дифференциальная погрешность цифро-аналоговых преобразователей – см. цифро-аналоговые преобразователи.
Дифференциальное сопротивление стабилитрона – это параметр, который характеризует наклон вольт-амперной характеристики в области пробоя.
^ Дифференциальную нелинейность аналого-цифровых преобразователей – см. аналого-цифровые преобразователи.
Дифференциальный усилитель – усилитель, предназначенный для усиления разности двух входных сигналов. Дифференциальный усилитель будет идеальным, если выходной сигнал зависит только от разности входных сигналов и не зависит от их уровня. На входах дифференциального усилителя могут действовать два вида сигналов: синфазные и противофазные (дифференциальные). Синфазные сигналы подаются на оба входа усилителя одновременно, а дифференциальные сигналы прикладываются между входами.
^ Дифференцирующее устройство – это устройство, сигнал на выходе которого пропорционален производной от входного сигнала. Простейшее дифференцирующее устройство может быть выполнено на конденсаторе или катушке индуктивности.
^ Диффузионная длина – расстояние, на которое проникают избыточные заряды за счет диффузии.
Диффузионная ёмкость – преобладает при прямом смещении p-n-перехода и характеризуется перераспределением зарядов вблизи p-n-перехода при протекании прямого тока.
^ Диффузионный ток – ток полученный в результате встречного движения противоположных зарядов. Электроны и дырки, переходя через границу раздела, оставляют после себя противоположные заряды, которые препятствуют дальнейшему прохождению диффузионного тока. В результате на границе устанавливается динамическое равновесие и при замыкании «электронной» и «дырочной» областей ток в цепи не протекает. При этом внутри кристалла на границе раздела возникает собственное электрическое поле. Напряженность этого поля максимальна на границе раздела, где происходит скачкообразное изменение знака объемного заряда. На некотором удалении от границы раздела объемный заряд отсутствует и полупроводник является нейтральным.
^ Дрейф – движение носителей заряда под действием электрического поля. Ток, возникающий под действием электрического поля называют дрейфовый.
И