1.Краткие сведения о резисторах и конденсаторах.
Резистор – пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый активным сопротивлением.
Основные параметры резистора:
1.Номинальное сопротивление. Номинальное сопротивление резисторов точностью до 10n,n Є D выбирают из так называемого номинального ряда. Е6,Е12,Е24,Е48,Е96,Е192. Цифра – количество значений в данном ряде. Каждый ряд соответствует определенному допуску в номиналах деталей. 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8.
2.Класс точности.
3.Номинальная мощность – это та максимальная рассеиваемая мощность, при которой параметры резистора существенно не меняются, и он остается работоспособным длительное время.
Обозначение мощности: Классификация резисторов:
|
Стандартное обозначение |
|
|
0,05 Вт |
|
|
0,125 Вт |
|
|
0,25 Вт |
|
|
0,5 Вт |
|
|
1 Вт |
|
|
2 Вт |
|
1.По способностям изменять сопротивления (постоянные, переменные, подстроечные).
2.По материалам (проволочные, полупроводниковые).
Конденсатор - двухполюсник с определённым
значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство
для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор
является пассивным электронным компонентом.
Основные
параметры конденсатора:
1.Ёмкость.
2.Удельная ёмкость.
3.Номинальное напряжение.
4.Полярность.
5.Электрическое сопротивление изоляции.
6. Эквивалентное последовательное сопротивление.
7.Эквивалентная последовательная индуктивность.
8.Тангенс угла.
9.Температурный коэффициент ёмкости.
10.Диэлектрическое поглощение.
Тангенс угла потерь — угол, на который отличается сдвиг фаз между током и напряжением в реальных радиоэлементах относительно идеальных элементов. Из-за наличия потерь разного рода в конденсаторах и катушке реальный сдвиг фаз φ между током и напряжением отличается от 90°. Разность между идеальным сдвигом фаз 90° и реальным называется углом потерь δ, который часто выражают через его тангенс.
Классификация:
2. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Электронно-дырочный n-p переход. Вольтамперная характеристика.
Полупроводники — это вещества, удельное сопротивление которых убывает с повышением температуры, наличием примесей, изменением освещенности.
В идеальном кристалле ток создается равным количеством электронов и «дырок». Такой тип проводимости называют собственной проводимостью полупроводников. При повышении температуры (или освещенности) собственная проводимость проводников увеличивается.
На
проводимость полупроводников большое влияние оказывают примеси. Примеси бывают
донорные и акцепторные. Донорная примесь — это примесь с большей
валентностью. При добавлении донорной примеси в полупроводнике образуются
лишние электроны. Проводимость станет электронной, а полупроводник называют
полупроводником n-типа.
Акцепторная примесь — это примесь с меньшей валентностью. При добавлении
такой примеси в полупроводнике образуется лишнее количество «дырок».
Проводимость будет «дырочной», а полупроводник называют полупроводником р-типа.
Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на свойствах р—n-перехода. При приведении в контакт двух полупроводниковых приборов р-типа и л-типа в месте контакта начинается диффузия электронов из n-области в р-область, а «дырок» — наоборот, из р- в n-область. Этот процесс будет не бесконечным во времени, так как образуется запирающий слой, который будет препятствовать дальнейшей диффузии электронов и «дырок».
Вольтамперная характеристика (ВАХ) — график зависимости тока через двухполюсник от напряжения на этом двухполюснике. Вольтамперная характеристика описывает поведение двухполюсника на постоянном токе.
3.Полупроводниковые диоды. Классификация, условия обозначения. Основные свойства и параметры.
Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами).
Классификация:
1.По назначению (Выпрямительные, Импульсные, Детекторные, Смесительные, Переключательные, Параметрические, Ограничительные, Умножительные, Настроечные, Генераторные).
2.По размеру перехода (плоскостные, точечные).
Тип диода |
Условное обозначение |
Выпрямительный |
|
Диод Шотки |
|
Стабилитрон |
|
Стабистор |
|
Варикап |
|
Туннельный диод |
|
Обращенный диод |
|
3.По конструкции (диоды Шоттки, СВЧ-диоды, стабилитроны, стабисторы, варикапы, светодиоды, фотодиод, pin диод, лавинный, лавинно-пролетный, диод Ганна, туннельные, обращенные).
Основные характеристики и параметры диодов:
1.Вольтамперная характеристика
2.Постоянный обратный ток диода
3.Постоянное обратное напряжение диода
4.Постоянный прямой ток диода
5.Диапазон частот диода
6.Дифференциальное сопротивление
7.Ёмкость
8.Пробивное напряжение
9.Максимально допустимая мощность
10.Максимально допустимый постоянный прямой ток диода.
4.Выпрямители. Определение, классификация. Основные компоненты (структура) полупроводниковых выпрямителей.
Выпрямитель — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.
Классификация:
§ по мощности (силовые выпрямители; выпрямители сигналов).
§ по степени использования полупериодов переменного напряжения (однополупериодные; двухполупериодные; неполноволновые; полноволновые).
§ по схеме выпрямления — мостовые, с умножением напряжения, трансформаторные, с гальванической развязкой, бестрансформаторные и пр.;
§ по типу электронного вентиля — полупроводниковые диодные, полупроводниковые тиристорные, ламповые диодные, газотронные, игнитронные, электрохимические и пр.;
§ по управляемости — неуправляемые (диодные), управляемые (тиристорные);
§ по количеству каналов — одноканальные, многоканальные;
§ по величине выпрямленного напряжения — низковольтные (до 100В), средневольтовые (от 100 до 1000В), высоковольтные (свыше 1000В);
§ по назначению — сварочный, для питания микроэлектронной схемы, для питания ламповых анодных цепей, для гальваников и пр.;
§ по степени полноты мостов — полномостовые, полумостовые, четвертьмостовые;
§ по наличию устройств стабилизации — стабилизированные, нестабилизированные;
§ по управлению выходными параметрами — регулируемые, нерегулируемые;
Характеристики:
1.Номинальное выходное напряжение постоянного тока и допустимый диапазон его изменения;
2.Номинальный ток нагрузки;
3.Диапазон эффективного входного напряжения переменного тока (например, 220 В ± 10%);
4.Допустимая выходная пульсация, её амплитудно-частотные характеристики;
5.Нагрузочная характеристика.
6.Эквивалентное внутреннее комплексное (в первом приближении активное) сопротивление.
7.Коэффициент использования габаритной мощности трансформатора.
5.Последовательное и параллельное включение выпрямительных диодов.
Параллельное соединение диодов применяют в том случае, когда нужно получить прямой ток, больший предельного тока одного диода. Но если диоды одного типа просто соединить параллельно, то вследствие несовпадения прямых ветвей ВАХ они окажутся различно нагруженными и, в некоторый прямой ток будет больше предельного.
Для выравнивания токов используют диоды с малым различием прямых ветвей ВАХ (производят их подбор) или последовательно с диодами включают уравнительные резисторы с сопротивлением в единицы Ом. Иногда включают дополнительные резисторы с сопротивлением, в несколько раз большим, чем прямое сопротивление диодов, для того чтобы ток в каждом диоде определялся главным образом сопротивлением, эта величина составляет сотни Ом.
Последовательное соединение диодов применяют для увеличения суммарного допустимого обратного напряжения. При воздействии обратного напряжения через диоды, включенные последовательно, протекает одинаковый обратный ток, однако ввиду различия обратных ветвей ВАХ общее напряжение будет распределяться по диодам неравномерно. К диоду, у которого обратная ветвь ВАХ идет выше, будет приложено большее напряжение. Оно может оказаться выше предельного, что повлечет пробой диодов.
Для того чтобы обратное напряжение распределялось равномерно между диодами независимо от их обратных сопротивлений, применяют шунтирование диодов резисторами. Сопротивления резисторов должны быть одинаковы и значительно меньше наименьшего из обратных сопротивлений диодов, чтобы ток, протекающий через резистор, был на порядок больше обратного тока диодов.
6.Сглаживающие фильтры выпрямителей. Разновидности. Принцип работы LC-фильтра.
Сглаживающие фильтры - устройства, предназначенные для подавления пульсаций выпрямленного напряжения до уровня, при котором происходит нормальная работа потребителя. Они бывают активные и пассивные.
1.Сглаживающие RС-фильтры. Фильтры используются для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Простейшим фильтром является конденсатор большой емкости, подключаемый к выходу выпрямителя. Обычно в качестве такового используют оксидные (электролитические) конденсаторы емкостью от нескольких десятков до нескольких тысяч микрофарад. Однако степень сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения емкостным фильтром при больших токах нагрузки оказывается недостаточной. Для повышения уровня сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения к выходу выпрямителя подключают более сложные фильтры, в состав которых помимо конденсаторов входят резисторы, дроссели, электронные лампы или транзисторы.
2.Сглаживающие
LC-фильтры. Для увеличения КПД и уменьшения потерь
выпрямленного напряжения на элементах фильтра широко применяются
индуктивно-емкостные (LC) фильтры. Этот фильтр отличается от
однозвенного RС -фильтра тем, что резистор R1 заменен дросселем Др1. Дроссель обладает
большим сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному
току. В результате напряжение пульсаций, имеющихся на выходе выпрямителя,
перераспределяется на делителе таким образом, что основная его часть падает на
дросселе и несущественная — на конденсаторе. В то же время из-за малого
сопротивления дросселя постоянному току напряжение на выходе фильтра будет мало
отличаться от напряжения на выходе выпрямителя, т. е. КПД LC-фильтра
оказывается выше, чем КПД RС -фильтра.
Для увеличения коэффициента сглаживания можно последовательно с
одним звеном LC-фильтра включить точно такое же второе звено.
Уменьшить напряжение пульсаций на выходе однозвенного LC-фильтра можно
также, если параллельно дросселю включить бумажный конденсатор, который вместе
с индуктивностью дросселя образует параллельный колебательный контур.
Сопротивление контура на резонансной частоте значительно выше сопротивления
дросселя. Поэтому, если емкость конденсатора выбрать такой, чтобы резонансная
частота контура равнялась частоте пульсаций (50 Гц при однополупериодном
выпрямлении или 100 Гц при двухполупериодном выпрямлении), большая часть
напряжения пульсаций выделится в этом контуре и незначительная пойдет в
нагрузку.
3. Сглаживающие транзисторные фильтры. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения в несколько единиц или десятков вольт широко применяются фильтры с транзисторами.
7.Транзисторы. Определение. Классификация, условные обозначения (включая полевые транзисторы).
Транзистор — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. На принципиальных схемах обозначается "VT" или "Q".
Классификация:
1.По основному полупроводниковому материалу: германиевые, кремниевые, арсенид-галлиевые.
2.По структуре:
-Биполярные (n-p-n структуры, «обратной проводимости»; p-n-p структуры, «прямой проводимости».
-Полевые (с p-n переходом; с изолированным затвором).
-Однопереходные.
-Криогенные транзисторы.
3.Комбинированные транзисторы: транзисторы со встроенными резисторами; транзистор Дарлингтона; лямбда-диод; биполярный транзистор с изолированным затвором.
4.По мощности:
По рассеиваемой в виде тепла мощности различают: маломощные транзисторы до 100 мВт, транзисторы средней мощности от 0,1 до 1 Вт, мощные транзисторы (больше 1 Вт).
5.По исполнению:
6.По материалу и конструкции корпуса (метало-стеклянный, пластмассовый, керамический).
7.Прочие (одноэлектронные, биотранзистор).
|
p-n-p |
|
канал p-типа |
|
n-p-n |
|
канал n-типа |
Биполярные |
Полевые |
Обозначение
транзисторов разных типов.
Условные обозначения:
Э — эмиттер, К — коллектор, Б — база;
З — затвор, И — исток, С — сток.
8.Структура и принцип работы биполярного транзистора в режиме усиления.
В зависимости от сочетания знаков и значений напряжений на p-n-переходах транзистора различают следующие режимы его работы:
а) активный режим – на эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный переход – обратное;
б) режим отсечки – на оба перехода поданы обратные напряжения (транзистор заперт);
в) режим насыщения – на оба перехода поданы прямые напряжения (транзистор полностью открыт);
г) инверсный активный режим – напряжение на эмиттерном переходе обратное, на коллекторном – прямое.
Режимы отсечки и насыщения характерны для работы транзистора в качестве электронного ключа; активный режим используют при работе транзистора в усилителях. Инверсное включение используется редко, например, в схемах двунаправленных переключателей, при этом транзисторы должны иметь симметричные свойства в обоих направлениях.
В режиме отсечки оба перехода заперты, через них проходят незначительные обратные токи, что эквивалентно большому сопротивлению переходов. В первом приближении можно считать, что все токи равны нулю, а между выводами транзистора имеет место разрыв.
В режиме насыщения через оба перехода проходит большой прямой ток. В первом приближении можно считать все выводы закороченными. Через смещенный в прямом направлении эмиттерный переход проходит достаточно большой прямой ток, обусловленный движением основных носителей заряда (в данном случае – электронов). Электроны пролетают через p-n-переход и инжектируются (впрыскиваются) в область базы; при этом дырки из области базы проходят через переход в эмиттер (для них p-n-переход также смещен в прямом направлении). Но поскольку эмиттер имеет большую концентрацию примесей, то поток электронов из эмиттера в базу намного сильнее потока дырок из базы в эмиттер. Именно электронный поток и является главным действующим лицом в транзисторе типа n -p-n (аналогично дырки – в транзисторе типа p-n-р).
Из-за диффузии и дрейфа (в дрейфовых транзисторах) электроны движутся в сторону коллекторного перехода, стремясь равномерно распределиться в толще базы. Так как база имеет очень малую толщину и малое число дырок, большинство разогнавшихся еще в эмиттере электронов не успевает рекомбинировать в базе, они достигают коллекторного p-n-перехода, где для них, как для неосновных носителей в области базы, обратное напряжение перехода не является барьером, и уже в коллекторе электроны попадают под притягивающее действие приложенного внешнего напряжения, образуя во внешней цепи коллекторный ток IК .
В результате рекомбинации части электронов с дырками базы образуется ток базы IБ, направленный в противоположную от коллектора сторону, и коллекторный ток оказывается несколько меньше эмиттерного. Через коллектор также течет обратный ток неосновных носителей – дырок, вызванный обратным смещением коллекторного перехода.
9.Схемы включения биполярных транзисторов в режиме усиления.
Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:
Схема включения с общей базой
Усилитель с общей базой.
Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.
Достоинства:
Недостатки схемы с общей базой :
Схема включения с общим эмиттером
Iвых = Iк
Iвх = Iб
Uвх = Uбэ
Uвых = Uкэ
Достоинства:
Недостатки:
Схема с общим коллектором
Iвых = Iэ
Iвх = Iб
Uвх = Uбк
Uвых = Uкэ
Достоинства:
Недостатки:
Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем».
10.Основные параметры и характеристики биполярных транзисторов.
Параметры биполярных транзисторов
Для оценки максимально допустимых режимов работы транзисторов используют основные параметры:
1) максимально допустимое напряжение коллектор–эмиттер (для различных транзисторов Uкэ макс = 10 - 2000 В),
2) максимально допустимая мощность рассеяния коллектора Pк макс – по ней транзисторы делят на транзисторы малой мощности (до 0,3 Вт), средней мощности (0,3 - 1,5 Вт) и большой мощности (более 1,5 Вт), транзисторы средней и большой мощности часто снабжаются специальным теплоотводящим устройством – радиатором,
3) максимально допустимый ток коллектора Iк макс – до 100 А и более,
4) граничная частота передачи тока fгр (частота, на которой h21 становится равным единице), по ней биполярные транзисторы делят:
- на низкочастотные – до 3 МГц,
- среднечастотные – от 3 до 30 МГц,
- высокочастотные – от 30 до 300 МГц,
- сверхвысокочастотные – более 300 МГц.
Характеристики статистические:
1. Выходные характеристики – это зависимость выходного тока от выходного напряжения при фиксированном значении входного тока.
2. Входная характеристика – это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянстве напряжения на выходе.
3. Характеристика обратной связи по напряжению.
4. Характеристика передачи по току.
11.Построение динамических характеристик биполярных транзисторов.
Динамический коэффициент усиления по току и напряжению может быть определен графически. Для этого на семействе выходных статических характеристик наносится линия нагрузки, которая строится согласно уравнению:
Ек=Uк+ Iк*R3,
где Ек – напряжение питания усилителя,
Iк – ток в цепи коллектора,
R3=Rk – сопротивление в цепи коллектора.
На линии нагрузки граничные точки определяются координатами:
Iк=0; Uк = Ек
Uк =0; Iк= Ек/Rk
Рис 1.14. Построение динамических характеристик
В точках пересечения выходных характеристик транзистора с линией нагрузки строится переходная динамическая характеристика. Значение измененного тока коллектора при отсутствии сигнала наносится на линию нагрузки и определяет режим покоя. Ток базы позволяет определить величину напряжения смещения в цепи базы. Коэффициенты усиления соответственно определяются:
12.Способы подачи напряжения смещения на базу биполярного транзистора.
13.Схемы питания и температурной стабилизации режима работы биполярных транзисторов.
14. Электронные усилители. Определение, классификация, основные параметры.
Электронный усилитель — усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное устройство, так и блок (функциональный узел) в составе какой-либо аппаратуры — радиоприёмника, измерительного прибора, магнитофона и т. д.
Классификация.
1) Аналоговые усилители и цифровые усилители.
2) Виды усилителей по элементной базе: ламповый; полупроводниковый; гибридный; квантовый.
3) Виды усилителей по диапазону частот: усилитель постоянного тока; усилитель низкой частоты; усилитель высокой частоты; импульсный усилитель.
4) Виды усилителей по полосе частот: широкополосный; полосовой; селективный.
5) Виды усилителей по типу нагрузки: с резистивной; с ёмкостной; с индуктивной; с резонансной.
6) Специальные виды усилителей: дифференциальный, операционный, инструментальный, масштабный, логарифмический, квадратический, интегрирующий, инвертирующий, парофазный, малошумящий, изолирующий.
7) Некоторые функциональные виды усилителей: предварительный, оконечный, усилитель промежуточной частоты, резонансный, видеоусилитель, усилители магнитной записи, микрофонный усилитель, усилитель-корректор.
8) Усилители в качестве самостоятельных устройств: усилители звуковой частоты, антенные усилители, измерительные усилители.
Основные параметры.
Диапазон частот, коэффициент усиления, неравномерность АЧХ (амплитудно-частотная характеристика), чувствительность, уровень шума, коэффициент нелинейных искажений, входное сопротивление, выходное сопротивление, максимальное выходное напряжение, максимальная выходная мощность.
15.Режимы (классы) усиления усилителей. Режима класса А. Режима класса В. Понятие рабочей точки и токов покоя.
Режим класса А
При этом режиме величина анодного тока покоя всегда задается такой, чтобы даже при минимально возможном значении входного сигнала (а также и при его отсутствии) анодный ток не снижался до нулевого значения. Иными словами, лампа, работающая в классе А, никогда не запирается. Если на вход (управляющую сетку) такого каскада усиления будет подано синусоидальное напряжение, форма анодного тока также будет синусоидальной. Режим класса А характеризуется наилучшей линейностью усиления, однако по энергетической эффективности он самый плохой. Теоретическое значение максимального КПД при синусоидальной форме выходного сигнала в режиме класса А равно 50%. Наиболее простое тому объяснение — большой ток покоя, существующий даже при полном отсутствии входного сигнала. Низкий КПД кроме очевидного высокого энергопотребления, неудобен тем, что на анодах ламп рассеивается повышенная тепловая мощность, что уменьшает максимально достижимую полезную мощность, отдаваемую ими.
Режим класса В
В этом режиме ток покоя равен нулю, а сам анодный ток протекает только при действии положительной полуволны входного сигнала. Таким образом, лампа заперта в период действия отрицательной полуволны входного сигнала. Так как входной сигнал фактически претерпевает однополупериодное выпрямление, в сигнале возникают существенные искажения в виде гармоник. Для решения данной проблемы приходится принимать дополнительные меры (применение двухтактных схем усиления). Однако, в режиме класса В анодный ток существует при любом значении амплитуды входного сигнала, что не нарушает линейности амплитудно-амплитудной характеристики усилителя. Теоретическое значение максимального КПД (при полном использовании лампы по напряжению и току, что на практике недостижимо) при синусоидальной форме выходного сигнала в случае двухтактного усилителя класса В составляет 78,5%. Это напрямую связано с отсутствием тока покоя.
Рабочей точкой считаются ток и напряжение на выходе транзистора при отсутствии входного сигнала. Рабочая точка определяется по статическим входной и выходной характеристикам транзистора.
Ток покоя - это ток, который течёт через транзистор в отсутствие входного сигнала.
16.Обратная связь в усилителях.
Обратной
связью в усилители или в отдельно взятом усилительном каскаде называется такая
связь между входом и выходом, при которой часть энергии усиленного сигнала с
выхода передается на вход. По способу своего возникновения обратная связь может
быть внутренней, паразитной и искусственной. Внутренняя обратная связь
возникает за счет внутренних свойств элементов схемы. Паразитная обратная связь
возникает за счет паразитных емкостей и индуктивностей. В первую очередь
стараются внутреннюю паразитную обратную связь как можно сильнее уменьшить.
Искусственная обратная связь вводится специально для улучшения характеристик
усилителя. По признаку усиления различают положительную и отрицательную обратную
связь. При положительной обратной связи сигнал на вход усилителя через обратную
связь поступает в фазе с входным сигналом. При отрицательной, сигнал, проходя
через цепь обратной связи, будет подаваться в противофазе с входным сигналом. В
зависимости от того, каким образом цепь обратной связи подключается к выходу
усилителя, различают параллельную и последовательную обратные связи.
При последовательной обратной связи сигнал напряжения обратной связи подается
на вход последовательно с входным напряжением.
При параллельной обратной связи выход звена обратной связи подключается
параллельно входу усилителя, и выходной ток звена обратной связи суммируется с
входным током усилителя.
Если усилитель и в том числе звено обратной связи содержат только активные
элементы, то считается, что обратная связь частотно-независимая. Наличие
реактивных элементов в звене обратной связи делает коэффициент передачи
усилителя комплексным, и обратная связь становится частотно-зависимой.
Скачано с www.znanio.ru
© ООО «Знанио»
С вами с 2009 года.