  .....

I
R1
R2
R3
Rn
I1
I2
I3
In
E
I1 
E
E
E
E
, I 2  , I3 
..... I n  .
R1
R2
R3
Rn
I  I1  I 2  I3  ..... I n .
I
I
E
R1
R2
R3
Rn
I1
I2
I3
In
g э  g1  g 2  g3  .....  g n 
I
R1
1 1
1
1
1
   ..... 

R1 R2 R3
Rn Rэ
 Rэ 
I
R3
R2
Rэ
E
Rn
E
Rэ
E
Rэ  R1  R2  R3  ....  Rn
E  Rэ  I   R1  R2  R3  ....  Rn  I  U1  U 2  U3  .....  U n
I
R1
R2
E
Rэ  R1  R2 
I
R3
R4
I3
I4
R3 R4
.
R3  R4
правило параллельных ветвей
I 3 R3  I 4 R4 и I  I 3  I 4
I3 
I  R4
,
R3  R4
I4 
I  R3
R3  R4
E
Rэ
1
gэ
1. Электроника. История развития.
2. Электропроводность веществ и материалов.
3. Полупроводники. Структура проводников.
4. Примесные полупроводники (примеси полупроводников).
5. Примесные полупроводники n-типа.
6. Проводники р – типа.
7. Энергетические диаграммы полупроводников.
8. Диффузионный и дрейфовый механизмы движения зарядов в полупроводнике.
9. Электрические переходы.
10. р-n переход.
11. р-n переход при прямом смещении.
12. Обратное смещение р-n перехода.
13. ВАХ р-n перехода.
14. Пробой р-n перехода
15. Полупроводниковые диоды (типы).
16. Выпрямительный диод. ВАХ выпрямительного диода.
17.Схема применения выпрямительного диода (принцип действия).
18. Параметры выпрямительных диодов.
19. Стабилитрон. ВАХ стабилитрона.
20. Основные параметры стабилитрона.
21. Фотодиод. ВАХ. Основные параметры. Схема применения.
22. Светодиод. ВАХ. Основные параметры. Схема применения.
23. Туннельный диод. ВАХ. Основные параметры. Схема применения.
24. Варикап. Вольт – фарадная характеристика. Основные параметры. Схема
применения
25.Диоды Шотки.
26. Биполярный транзистор. Особенности изготовления. Основные режимы работы.
27. Принцип действия транзистора в усилительном режиме.
28. Схема включения транзистора.
29.ВАХ транзистора, включенного по схеме ОБ.
30. ВАХ транзистора, включенного по схеме ОЭ.
31.ВАХ транзистора, включенного по схеме ОК.
32.Усиление мощности транзистором.
33. Эквивалентные схемы транзистора.
34. Четырех-полюсная эквивалентная схема транзистора(теоретическая).
35. Связь между параметрами физической и теоретической эквивалентной схемы.
36. Основные параметры транзистора. Предельно – допустимые параметры транзистора.
37. Полевые транзисторы.
38. Полевой транзистор с управляющим р-n переходом.
39. Принцип действия полевого транзистора.
40. ВАХ полевого транзистора.
41. Эквивалентная схема полевого транзистора.
42. Основные параметры полевого транзистора.
43. Полевые транзисторы с изолированным затвором.
44. Принцип действия. МОП транзистора.
45. ВАХ полевого транзистора (МОП).
46. Тиристоры.
47. Принцип действия тиристора.
48. Флештранзисторы.
49. Усилительные устройства (усилители электрических сигналов).
50. Структура усилителя.
51. Основные параметры усилителей.
52. Характеристики усилителей.
53. Искажение сигналов в усилителях.
54. Классификация усилителей.
55. Схема включения полевого транзистора в усилительном каскаде.
56. Обратная связь в усилителях.
57. Способы введения обратной отрицательной связи (ООС).
58. Резистивный усилительный каскад.
59. Принцип действия усилителя.
60. Режим работы каскада на постоянном токе.
61. Анализ каскада на переменном токе.
62. Эквивалентная схема резистивного усилительного каскада по переменному току.
63. Разновидности усилительных каскадов.
64. Усилители мощности электрических сигналов.
65. Интегральные операционные усилители(усилители постоянного тока).
66. Структура ОУ.
67. Основные параметры ОУ.
68. Основные характеристики ОУ.
69. Схемы применения ОУ.
70. Функциональные устройства на ОУ.
1.
Электроника. История развития.
Электроника – это наука о процессах происходящих в электрических цепях, содержащих
электрические элементы, полупроводниковые элементы, электровакуумные элементы,
расчета электрических схем с этими элементами.
Основные этапы развития электроники
1). Изучение свойств полупроводников
1883 М.Фарадей , Беккерель
2). Изучение электропроводности
1926 Лименфельд
3). Изготовление транзисторов (и разработка)
1947 Шокли, Бардин, Браттейн
1956 – Нобелевская премия
4). Изготовление туннельного диода
1958 Л.Исаки
5). Изготовление полевых транзисторов 1963
6). Изготовление первого микропроцессора
1972 Intel
2.
Электропроводность веществ и материалов.
Электропроводность – это некоторое качество веществ, которое характеризует
способность проводить электрический ток. Количественно она характеризуется удельной
проводимостью, а также концентрацией свободных носителей заряда.
Электропроводность полупроводников возникает, когда полупроводник начинает
проводить ток, при приложении внешнего напряжения, при наличии градиента
концентрации, при воздействии освещённости, при воздействии радиоактивных
излучений.
   Ом  См  Ом  См
См
 
1

Все вещества делятся на 4 группы:
Сверхпроводники.
Очень малое сопротивление теоретически R=0.
1. Проводники
(10-6-10-4) Ом на См.
Металл: серебро, медь, хром, алюминий
Электролит: вода, щелочные кислотные растворы
Вольфрам, нихром – плохие проводники.
2. Полупроводники
(10-4-10-8) Ом на См.
Германий, кремний, селен, интерметаллические соединения, арсенид галлия GaAs,
антимонит индия InSb, Cu2O, ZnO – оксиды, сульфиды: камния, цинка, SiC – карбиды,
фосфиды, органические соединения
3. Диэлектрики.
(108 и больше)
Стекло, слюда, эбонит, фарфор, воздух, вакуум
3.
Полупроводники. Структура полупроводников.
Полупроводники – это особый класс химических элементов, соединений,
электропроводность которых в большей степени зависит от внешних факторов:
температуры, давления, влажности, освещенности, магнитного поля, примесей и т д
* При изменении температуры на 1°С электропроводность возрастает на 56%(сопротивление уменьшается)
* При добавлении мышьяка (5 – 10% от объема) электропроводность увеличивается в
200 раз.
* При освещённости полупроводников его сопротивление уменьшается.
* Воздействие радиационного излучения приводит к уменьшению сопротивления.
Структура
полупроводников
(Наиболее
распространенные
полупроводники,
применяемые в эл. промышленности – германий и кремний, эти вещества имеют
структуру алмазо – подобного вида)
Наличие сил притяжения и отталкивания ядер приводит к равновесию, которое создает
устойчивую структуру и обеспечивает необходимые металлические свойства: твердость.
Структура Ge и Si монокристаллическая, в которой атомы размещаются в узлах
кристаллической решётки, которая называется тетраэдром. На внешней электронной
оболочке 4 электрона. Развернём на плоскости
Особенностью структуры полупроводников является её пространственная устойчивость,
алмазоподобная структура. При повышении температуры некоторые связи разрываются
в результате энергетического воздействия, при этом некоторые электроны отрываются от
своих атомов и становятся свободными носителями заряда. На месте ушедшего
электрона образуется нескомпенсированный положительный заряд и незаполненная
валентная связь. Энергия в этой связи меньше, чем в заполненной поэтому на место
ушедшего электрона может перейти электрон из соседней связи. В результате
происходит движение положительного нескомпенсированного заряда,который
эквивалентен некоторой частице с зарядом +1е. Этот подвижный нескомпенсированный
заряд называется дыркой. При воздействии температуры возникает одинаковое
количество n и p. Процесс генерации n и p при воздействии температуры называется
термогенерацией. Паралельно с этом процессом идёт противоположный процесс –
рекомбинация. При увеличении температуры число n и p возрастает следовательно
увеличивается и электропроводность.
Из чистых проводников изготавливают следующие полупроводниковые приборы:
1. Терморезистор
2. Фоторезистор
3. Тензорезистор
4.
Примесные полупроводники (примеси полупроводников)
Примесным полупроводником называют полупроводник в который введена какая либо
примесь. В качестве примесей используют вещества с валентностью 3/5.
5 – Сурьма (Sb), P, As – доннорные примеси.
3 – Al, Ga, B, In – акцепторные примеси.
Различают слабо(108 ), нормально(1013−15 ) и сильно – легируемые(1017−18 )
полупроводники
5.
Примесные полупроводники n-типа.
Добавим Sb. Если в кристалл полупроводника добавить 5 – тивалентную примесь,
расплавить, а потом она затвердевает, в результате образуется примесный проводник
При воздействии температуры 5 валентный элемент примеси становиться свободным
носителем заряда, увеличивает число ē (образуя электронную проводимость). На месте
ушедшего ē остаётся неподвижный положительно заряженный ион атома донорной
примеси, этот ион не учавствует в
электропроводности .
Свободный
Примесь, отдающая ē называется
донорной.
В таком полупроводнике число е
значительно больше числа дырок.
ē – называется основным
носителем заряда, а дырки – не
основным.
𝑁𝑛 ≫ 𝑁𝑝
𝜌𝑝 (≈ 0) = 𝜌𝑛
𝜌𝑛 +
5
+4
1
+4
электрон
4
+5
2
+4
3
+4
Такой примесный полупроводник называется полупроводник n- типа или электронный
полупроводник.
6.
Проводники р – типа.
Добавим In(индий 3 – хвалентный).
При этом 3 внешних ē идут на образование связи с 3 атомами основного вещества, а 4ая связь остаётся незаполненной. Энергия ē в этой связи меньше, чем энергия ē в
соседней заполненной связи, поэтому на вакантное место переходит ē из соседней
связи. Образуется отрицательно заряженный ион неподвижный атома примеси и дырка
(подвижный носитель заряда).
В этом полупроводник основным носителем заряда является дырки, а неосновным – ē.
Такой полупроводник называется полупроводник p- типа, примесь называется
акцепторной.
𝜌𝑝 + 𝜌𝑛 (≈ 0) = 𝜌𝑝
𝑁𝑝 ≫ 𝑁𝑛
свободная
дырка
+4
1
+4
+3
2
+4
3
+4
Энергетические диаграммы полупроводников.
Энергетическая диаграмма полупроводника (без примесей).
Е – энергия электрона
7.
Зона проводимости – свободные электроны
Запрещенная зона – в этой зоне ē располагаться не может
∆Е – та энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он стал свободным.
Электрический ток переносят свободные ē.
Для Ge ΔE=0,75(0,67) Электрон-Вольт (ширина запрещенной зоны)
Для Si ΔE=1,12(1,11) Электрон-Вольт (ширина запрещенной зоны)
Для GaAs ΔE=1,43(1,40) Электрон-Вольт (ширина запрещенной зоны)
Уровень Ферми EF -функция распределения вероятности нахождения электрона с данной
энергией.
EF –энергия, соответствующая уравнению Ферми.
1
F (E) 
E  EF
1 e 
kT
K– постоянная Больцмана
E– энергия электрона.
EF– энергия Ферми.
Энергетическая диаграмма для проводника:
Валентная зона перекрывается с зоной проводимости
Энергетическая диаграмма для диэлектрика.
Ширина запрещенной зоны типичных диэлектриков ∆Е=8-10эВ
Энергетическая диаграмма для полупроводников n – типа(сурьма).
𝐸𝑆𝑏
Энергетическая диаграмма для полупроводников p – типа(индий).
.
𝐸𝐼𝑛
8.
Диффузионный и дрейфовый механизмы движения зарядов в полупроводнике.
В полупроводнике возможны две причины, по которым происходит движение
электрических зарядов:
1.Под действием сил электрического поля - дрейф. Ток, возникающий при этом,
называется дрейфовым.
2.Под действием градиента концентрации – диффузия. Ток, возникающий при этом,
называется диффузионным.
Дрейфовый ток
В полупроводнике дрейфовый ток
–
- электрон
имеет
две
положительные +
составляющие:
электронную
и
- дырка
–
+
дырочную.
Средняя скорость движения электронов и дырок определяется
– соотношением:
+
Vn=-μnE
Vp=μpE, где μn, μp - подвижность электронов и дырок.
Подвижность зависит от типа носителей заряда, материала полупроводника,
напряженности электрического поля, температуры.
Вместо токов рассмотрим их плотности, то есть количество электричества протекающего
через единичную площадку поперечного сечения за одну секунду. Плотность
дрейфового тока:
Jдр=Jnдр+Jpдр
n - концентрация зарядов.
Jnдр=neVn=nneμnE; μ – подвижность.
Jpдр=neVp=npeμpE;
Jдр=(nnμn+npμp)δE<E;где δ – удельная проводимость полупроводника
Диффузионный ток
Движение электрических зарядов под действием разности концентраций их носителей,
имеющих место в разных местах полупроводника, называется диффузией. Диффузия не
связана с электрическими зарядами, она наблюдается и для незаряженных частиц, но она
всегда создает движение, направленное на выравнивание электронов в объеме
проводника.
Jn диф= -eDn(dn/dx)
∆n
Dn – коэффициент диффузии.
n0
dn/dx – градиент концентрации.
Знак
“-“ говорит о том, что движение идёт в
сторону уменьшения концентрации.
0
x
Jp диф= -eDp(dp/dx)
Jдиф= Jn диф + Jp диф
Процесс диффузии характеризуется двумя основными параметрами:
1. Время жизни неравновесных зарядов.
2.Диффузионная длина Ln (длина на которую могут переместится заряды).
Если в какой-либо точке объёма полупроводника создать избыточную концентрацию no,
а затем устранить причину её создавшую, то под действием сил диффузии, избыточная
концентрация начнёт убывать, до выравнивания по всему объёму. Время, за которое no
убывает в e раз, называется временем жизни неравновесных зарядов.
Если в части объема полупроводника создать избыточную концентрацию no и
поддерживать ее постоянной, то в остальном объеме за счет диффузии концентрация
также будет увеличиваться. Расстояние, на котором она составит no/e (расстояние, на
котором она убывает в е раз), называют диффузионной длиной Ln.
Ln 
Dn τ n
∆n
∆n
t
x
9.
Электрические переходы.
Граница раздела между областями полупроводника с различными типами проводимости
или между областями с разной проводимостью носителей называется - электрическим
переходом. τn
1. P-n–переход. Возникает на границе областей
полупроводника с разными типами
проводимости.
2.Электронно-электронный или дырочно-дырочный переход возникает между областями
с различной удельной проводимостью.
3.Переход металл-полупроводник. Используется в диоде Шотки.
4.Гетеро-переход возникает между областями полупроводника, cостоящими из разных
полупроводников(Si,Ge и так далее.).
р-n переход.
10.
При металлургическом контакте полупроводников p и n типа на их границе возникает
область, которую называют p- n переходом.
In
Si
n
tC
p
n
p- n переход образуется путем плавления одного в другой.
Ионы атомов акцепторной примеси


Ионы атомов донорной примеси
е – область объемного заряда
При металлическом контакте через границу раздела начинается диффузия основных
носителей заряда. Дырок из p → n и ē из области n → p.
Ионы образуют области объёмного заряда – в P и + в N.
Объёмные заряды образуют электрическое поле, препятствующее дальнейшему
движению основных носителей заряда. Его могут преодолеть только энергичные дырки и
электроны. Число этих «Энергетичных дырок» и электронов зависит от температуры.
При подходе к p-n переходу ускоряются в полу объёмного заряда и выбрасываются в
другую область. Основные носители заряда образуют диффузионную составляющую
тока через p – n переход, а носители – дрейфовую. Эти составляющие равны пор модулю
и противоположны по направлению. Поэтому суммарный ток = 0 без воздействия
внешнего поля.
11.
р-n переход при прямом смещении.
При действии внешних напряжений ширина объемного заряда (е) и следовательно
высота потенциального барьера меняется. В результате через р-n переход начинает
протекать ток, значение и направление которого сильно зависит от полярности и
значения внешнего напряжения.
р-n переход при прямом смещении
Прямым смещением р-n перехода называется
такое действие внешнего напряжения при
котором положительный потенциал внешнего
источника прикладывается к области р, а
отрицательный – к области n.
основные носители заряда
При прямом смещении p – n перехода внешним напряжением через малое
сопротивление областей p – n перехода (к области объёмного заряда). Т.к. эта область
обладает большим сопротивлением т.к. в ней нет свободных носителей заряда.
Это внешнее напряжение понижает высоту потенциального барьера , уменьшает
размеры p – n перехода , что приводит к увеличению диффузионной составляющей
тока, то есть к увеличению тока основного носителя заряда.
Дрейфовая составляющая практически не изменяется, т.к. она зависит от неосновных
носителей заряда, число которых постоянно при данной температуре и не зависит от
внешнего напряжения.
Диффузионная составляющая резко изменяется при изменении внешнего напряжения
т.к. число дырок и электронов, способных преодолеть уменьшающийся
потенциальный барьер возрастает экспоненциально.
При этом во внешней цепи протекает ток, совпадающий с диффузионной
составляющей тока и практически равной ему.
I пр = iдифф. – i др  i дифф. (Ток в сильной степени зависит от приложенного напряжения,
электропроводность p – n перехода возрастает и поэтому по свойствам
электропроводности p – n переход приближается к проводникам)
Для Ge p-n перехода: 0<U<0.72B
Для Si p-n перехода: 0<U<1.1B
12.
Обратное смещение р-n перехода.
При действии внешних напряжений ширина объемного заряда (е) и следовательно
высота потенциального барьера меняется. В результате через р-n переход начинает
протекать ток, значение и направление которого сильно зависит от полярности и
значения внешнего напряжения.
p – n переход при обратном смещении.
Неосновные носители заряда
При обратном смещении (приложение напряжения в обратной полярности) возрастает
высота потенциального барьера. Движение основных носителей заряда практически
прекращается, т е диффузионная составляющая тока ≈ 0, а дрейфовая составляющая
остается на прежнем уровне, что и без внешнего напряжения, так как она определяется
неосновными носителями заряда. Во внешней цепи протекает небольшой обратный
ток, который не зависит от внешнего напряжения. р-n переход в этом случае
практически не пропускает электрический ток и по электропроводности его можно
считать диэлектриком.
𝐼обр = 𝐼др ≈ 0
13.
ВАХ р-n перехода.
𝐼 = 𝐼0 (𝑒
𝑈
𝑚𝜑
− 1),
где 𝐼0 − начальный ток р-n перехода
m – коэффициент, зависящий от материалов проводника
(m=1 Ge, m=2 Si, m=3 GaAs)
𝜑 – температурный потенциал
𝜑=
𝑘𝑇
𝑞
, где 𝑘 - посстоянная Больцмана, Т – температура в Кельвинах, q – заряд 𝑒̅
14.
Пробой р-n перехода
Согласно математической модели p-n-перехода обратный ток равен тепловому и не
зависит от величины напряжения, однако при значительных обратных напряжениях
возникает резкое возрастание тока. Это явление называется пробоем p-n-перехода. А
напряжение, при котором происходит это явление напряжением пробоя.
Пробой
Электрический
Лавинный
Тепловой
Туннельный
Электрический пробой обратимый, т.е. после уменьшения величины обратного
напряжения p-n-переход принимает свои первоначальные свойства.
Тепловой пробой необратимый, т.е. после его наступления разрушается кристаллическая
решетка и p-n переход теряет свои свойства.
Лавинный пробой происходит из-за лавинного размножения неосновных носителей слабо
легированных “широких” p-n-переходов. При достаточно большой напряжённости
электрического поля электроны достигают скоростей, при которых выбивают из атома
полупроводника валентные электроны, которые в свою очередь выбивают новые. Этот
процесс происходит лавинообразно.
Туннельный пробой происходит в сильно легированных “узких” p-n-переходах, и состоит
в отрыве под действием сильного электрического поля валентных электронов, в
результате которого в объёме p-n-перехода образуется электронная дырка.
Тепловой переход возникает вследствие разогрева p-n-перехода обратным током. При
повышении температуры p-n-перехода число не основных носителей заряда возрастает.
Это приводит к увеличению Jобр, что приводит к ещё большему разогреву p-n-перехода. В
результате чего происходит пробой p-n-перехода.
15.
Полупроводниковые диоды(типы).
Полупроводниковый диод – это полупроводниковый диод, основанный на p-n переходе и
предназначенный для выпрямления, преобразования и генерирования электрических
сигналов.
(металл или керамика)
Стеклянные изоляторы
p - n переходы бывают точечными , сплавными, эпитаксиальными. Это технологии
изготовления полупроводниковых диодов.
Типы полупроводниковых диодов:
1. Выпрямительный диоды
2. Стабилитроны
3. Фотодиоды
4. Светодиоды
5. Туннельные диоды
6. Варикапы
7. Магнитодиоды
8. Диоды Шотки
16.
Выпрямительный диод. ВАХ выпрямительного диода.
p
n
КД522А(букв. цифр. обознач. выпр. диода)
К – кремний(германий, арсинид галия)
Д – выпрямительный диод
5 – мощность(1 2 3 4 5)
22 – номер Госрегистрации типа диода
А – обозн. разницу в параметрах диода(А…Я)
Выпрямительный диод – это полупроводниковый диод, предназначенный для
преобразования переменного напряжения в постоянное.
ВАХ выпрямительного диода
17.
Схема применения выпрямительного диода (принцип действия).
При положительной полярности напряжений p - n переход диода смещается в прямом
направлении. Через диод начинает протекать прямой ток, который, протекая по Р
нагрузки . Так как прямое падение напряжения составляет доли вольта (см. ВАХ диода) ,
то практически всё сопротивление выделяется на нагрузке.
При отрицательной полуволне напряжение p - n переход смещается в обратном
направлении, при этом ток через p - n переход практически прекращается и напряжение
на нагрузке становиться равным нулю.
В результате на нагрузке выделяется только одна полуволна синусоидального
напряжения.
При этом говорят, что нормальное напряжение выпрямлено и оно содержит постоянную
составляющую.
Таким способом преобразуется переменное напряжение в постоянное.
U Н  U 2m 
1

Для увеличения постоянной составляющей в схему вводят конденсатор.
При наличии конденсатора:
При повышении частоты переменного напряжения начинают сказываться
инерционные процессы в диоде, обусловленные его ёмкостью и индуктивностью.
При этом на выходе появляется не только положительная полуволна, но и проходит
через ёмкость часть отрицательной полуволны. И начиная с некоторой граничной
полуволны диод, перестаёт выпрямлять переменное напряжение.
Т=20мк сек =20·10-6
По этой причине на высоких частотах используют специальные импульсные
(выпрямительные) диоды с малым значением ёмкости p - n перехода и малым
временем восстановления.
18.
Параметры выпрямительных диодов.
Параметры выпрямительных диодов
Эксплуатационные
Предельнодопустимые
(параметры, которые предприятия
(параметры, которые не должны
рекомендуют для обеспечения режимов
превышаться в процессе работы)
работы полупровод. диодов)
Эксплуатационные параметры:
1. Прямое падение напряжения при заданном прямом токе (не более) для данного
диода: Uпр=<1.1В, Iпр=10А
2. Обратный ток, при заданном обратном напряжении: Iобр=<1мА, Uобр=100В
3. Граничная частота выпрямления переменного тока: fср=10кГц
4. Емкость p-n перехода (емкость диода): С=10пФ
Ёмкость p - n перехода обусловлена изменением объёмных зарядов при изменении
внешнего напряжения.
При прямом смещении эта ёмкость возрастает за счёт сближения областей
эквивалентного уменьшения расстояния между обкладками конденсатора, и эта ёмкость
уменьшается при обратном напряжении, при котором области объёмного заряда
распространяются эквивалентно увеличению расстояний между обкладками
конденсатора.
Предельнодопустимые параметры:
1. Предельнодопустимый прямой ток
2. Предельнодопустимое обратное напряжение
3. Предельнодопустимая рассеиваемая на диодах мощность
При повышении обратного напряжения (предельнодопустимого) ток через диод
возрастает, мощность увеличивается, p-n переход разогревается и расплавляется
19.
Стабилитрон. ВАХ стабилитрона.
Стабилитрон – это полупроводниковый диод, на обратной ветви ВАХ которого имеется
участок с малым сопротивлением.
КС156А (букв. цифр. обознач. стабилитрона)
К – кремний
С – стабилитрон
1 – мощность (маломощный)
56 – 5,6 В – напряжение
А – обозн. разницу в параметрах диода(А…Я)
Участок
стабилизации
Область работы стабилитрона от 𝐼ст𝑚𝑖𝑛 до 𝐼ст𝑚𝑎𝑥
При изготовлении стабилитрона, как правило, применяются сильно легированные
полупроводники, при этом возникает туннельный пробой (эффект), на обратной ветви
ВАХ, или слабо легированные полупроводники – при этом возникает так называемый
зейнеровский (электрический пробой). Оба вида пробоев обратимы. Пробой p - n
перехода (электрический и туннельный) являются нормальным режимом работы
стабилитрона, в отличие от теплового пробоя выпрямительного диода.
В p - n переходе образуется большое ускоряющее поле для неосновных носителей заряда
и при обратном направлении порядка неосновных носители ускоряются в поле p - n
перехода ионизируют атомы основного вещества, которые в свою очередь ускоряются в
этом же поле и ионизируют другие атомы . При этом количество подвижных носителей
резко (лавинообразно) возрастает и ток через p - n переход в обратном направлении
резко возрастает.
И он ограничивается только внешними элементами электрической цепи.
При этом напряжение на стабилитроне практически не меняется(так как при изменении
входного напряжение происходит резкое увеличение тока, которое увеличивает падение
напряжения на стабилитроне).
При малых напряжениях стабилизации <6 Вольт имеет место туннельный пробой p - n
перехода.
20.
Основные параметры стабилитрона.
Схема применения стабилитрона.
Основные параметры такого стабилизатора:
1. Коэффициент стабилизации (типичная цифра 5, 10)
Кст =
Δ𝑈1
𝑈1
Δ𝑈2
𝑈2
2. Выходное сопротивление стабилизатора 𝑅вых
∆𝑈 𝑑𝑈
=
− дифференциальное сопротивление
∆𝐼
𝑑𝐼
𝑈𝑉𝐷
𝑅ст =
− статическое сопротивление
𝐼𝑉𝐷
𝑅вых ≈ 𝑟диода =
{
Технические параметры:
Эксплуатационные: прямое падение напряжения, номинальное напряжение
стабилизатора, минимальный, максимальный и номинальный токи стабилизации,
температурный коэффициент напряжения стабилизации – показывает изменение
стабилизации, вызванные изменением температуры окружающей среды на один градус
С.
21.
Фотодиод. ВАХ. Основные параметры . Схема применения.
Фотодиод – полупроводниковый диод на основе р-n перехода, в котором используется
эффект разделения на границе электронно-дырочного перехода созданных оптическим
излучением неосновных неравновесных носителей.
КФ407А (букв. цифр. обознач. фотодиода)
К – кремний
Ф – фотодиод
4 – мощность(1 2 3 4 5)
07 – номер Госрегистрации типа диода
А – обозн. разницу в параметрах диода(А…Я)
При работе p-n перехода под действием света в нем генерируются пары е̅ – дырка за счет
ионизации атомов основного вещества. При освещенности p-n перехода фотодиода
кванты света ионизируют атомы основного вещества p-n перехода, в результате чего
происходит фотогенерация пар носителей, которые увеличивают электропроводность p-n
переходов, чем больше освещенность, тем больше электропроводность, при отсутствии
освещенности диод ведет себя как обычный выпрямитель тока.
Uвых=Ur зависит от освещенности
(чем больше освещенность, тем больше напряжение)
Основные параметры:
1. Длина волны соответствует макс фото чувствительности 𝜆𝑚𝑎𝑥
∆𝐼
2. Светочувствительность 𝑆ср = (изменение тока вызванное изменением
∆Ф
освещенности)
3. Прямое и обратное напряжение
4. Емкость фотодиода
5. Граничная частота
6. Темновой ток
22.
Светодиод. ВАХ. Основные параметры. Схема применения.
АЛ307А (букв. цифр. обознач. фотодиода)
А – арсинид галлия?!(из чего изготовлен)
Л – свотодиод
3 – мощность(1 – маломощ. 2 – среднемощ. 3 -мощный)
07 – номер Госрегистрации типа диода
А – обозн. разницу в параметрах диода(А…Я)
Светодио́д или светоизлучающий диод (СД, LED англ. Light-emitting diode) —
полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании
через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра,
его цветовые характеристики зависят от химического состава использованного в
нем полупроводника.
Как и в нормальном полупроводниковом диоде, в светодиоде имеется p-n переход.
При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда —
электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода
электронов с одного энергетического уровня на другой).
Чтобы p-n-переход излучал свет, ширина запрещенной зоны в активной области
светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Вовторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар
должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать
мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения.
Чем больше прямой ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону
рекомбинации в единицу времени, тем больше сила света. Но ток нельзя
увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и
p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя.
ВАХ светодиода
Основные параметры:
1) Прямой ток (номинальный);
2) Прямое падение напряжения;
3) Длина волны излучения;
Применение светодиодов
В качестве индикаторов, в виде одиночных светодиодов (например индикатор
включения на панели прибора) так и в виде цифрового или буквенно-цифрового
табло (например цифры на часах)
В оптоэлектронных парах –полупроводниковых приборах со светодиодом и
фотодиодом(ами), связанных между собой оптически прозрачной средой
(применяется для гальванической развязки эл. цепей)
Мощные светодиоды используются как источник света в фонарях
Светодиоды используются в качестве источников модулированного оптического
излучения (передача сигнала по оптоволокну, пульты ДУ, светотелефоны)
23. Туннельный диод. ВАХ. Основные параметры. Схема применения.
АИ301А (букв. цифр. обознач. фотодиода)
А – арсинид галлия?!(из чего изготовлен)
И – туннельный диод
3 – мощность(1 – маломощ. 2 – среднемощ. 3 -мощный)
01 – номер Госрегистрации типа диода
А – обозн. разницу в параметрах диода(А…Я)
Туннельный диод – диод основанный на сильнолегированных (вырожденных)
полупроводниках. В p–n переходах на основе вырожденных полупроводников возможно
туннелирование подвижных носителей заряда через потенциальный барьер, при энергиях
меньше чем высота потенциального барьера. На прямой ветви ВАХ туннельного диода
имеется участок с отрицательным сопротивлением.
Отличительными особенностями туннельного диода являются очень малые
удельные сопротивления р- и n-слоев и соответственно очень малая ширина перехода.
Уровни примесных атомов сливаются в зоны, а последние в свою очередь сливаются с
соответствующими основными зонами слоев. В результате уровни Ферми, как и в
металле, располагаются не в запрещенных зонах р- и n-слоев, а в разрешенных зонах: в
валентной зоне р-слоя и в зоне проводимости n-слоя. То есть носители имеют
возможность переходить в смежный слой не преодолевая потенциального барьера. Это
явление обусловлено туннельным эффектом, откуда и происходит название диодов.
I
1
3
I1
2
I2
U1
U2
U
U3
АВ – участок отрицательного сопротивления
ВАХ туннельного диода
Основные параметры:
1) Ток пика (1 – 10 мА), напряжение пика (~ 0.2 В) (точка 1);
2) Ток впадины, напряжение впадины (0.6 – 0.8 В) (точка 2);
3) Ёмкость, C;
4) Отрицательное сопротивление;
5) Граничная частота;
Отрицательное сопротивление может применяться для компенсации активных
потерь в L – C колебательных контурах, для получения в них незатухающих
периодических колебаний (обычно в диапазонах ВЧ и СВЧ)
Схема применения:
Схема импульсного L-R генератора на туннельном диоде:
(тут не простой диод а туннельный, и хз нужна ли ёмкость)
Работа вышеприведённого генератора:
При включении питания начинается рост тока через R, L и VD. Нарастание
происходит до точки А. Затем рабочая точка переходит из А в С (напряжение на L не
может изменяться скачком). Напряжение возрастает, а ток не меняется. В точке С
напряжение на диоде становится больше чем Е, в результате величина тока начинает
уменьшаться. Этот процесс происходит до точки В, где напряжение опять изменяется
скачком при постоянном токе впадины до напряжения U0, после чего снова начинается
рост тока до точки А и всё повторяется. В результате на выходе формируются почти
прямоугольные колебания с периодом Т (он зависит от L, R и характеристик диода)
24.
Варикап. Вольт – фарадная характеристика. Основные параметры. Схема
применения.
КВ903А (букв. цифр. обознач. фотодиода)
К – кремний
В – варикап
9 – мощность
03 – номер Госрегистрации типа диода
А – обозн. разницу в параметрах диода(А…Я)
Варикап (англ. vari(able) — переменный и cap(acity) — ёмкость) —
полупроводниковый диод, основным свойством которого является ёмкость p-n перехода
(она зависит от объёмного заряда положительного в области n и отрицательного в
области p и от его изменения). Его работа основана на зависимости барьерной ёмкости pn перехода от обратного напряжения. При изменении внешнего напряжения на p-n
переходе происходит изменение объёмного заряда и соответственно ёмкости p-n
перехода.
При отсутствии внешнего напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный
барьер и внутреннее электрическое поле. Если к диоду приложить обратное напряжение,
то высота этого потенциального барьера увеличится. Внешнее обратное напряжение
отталкивает электроны в глубь n-области, в результате чего происходит расширение
обеднённой области p-n перехода, которую можно представить как простейший плоский
конденсатор, в котором обкладками служат границы области. В таком случае, в
соответствии с формулой для ёмкости плоского конденсатора, с ростом расстояния
между обкладками (вызванной ростом значения обратного напряжения) ёмкость p-nперехода будет уменьшаться. Это уменьшение ограничено лишь толщиной базы, далее
которой переход расширяться не может. По достижении этого минимума с ростом
обратного напряжения ёмкость не изменяется.
С = Сбар + Сдиф (где Сбар – барьерная ёмкость, Сдиф – диффузионная ёмкость)
При обратном смещении наибольшее значение имеет барьерная ёмкость.
Вольт – фарадная характеристика варикапа:
Основные параметры:
1) Сmax – максимальное значение ёмкости (100 – 800 пФ);
2) Коэффициент перекрытия по ёмкости: К = Сmax / Сmin (3 – 4);
3) Тангенс угла потерь конденсатора.
Схема применения:
В схеме пере. частоты настройки резонансного контура используются два обратно
смещённых p-n перехода варикапов VD1 и VD2. При этом общая ёмкость Сэкв зависит
от напряжения управления при изменении которого она меняется. При этом меняется
частота резонанса контура. Если этот контур использовать в радиоприемнике, то
происходит смена частоты (радиостанции).
Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой
ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура, деления и умножения
частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др.
25.
Диоды Шотки.
Вариант обозначения: MBR4015 (15В, 40А)
Дио́д Шо́ттки (назван в честь немецкого физика Baльтера Шоттки) —
полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Диоды
Шоттки используют переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки (вместо
p-n перехода, как у обычных диодов).
Свойства диодов Шоттки
Достоинства
Основным преимуществом диодов Шоттки по сравнению с диодами с р-n переходом
является тот факт, что у них отсутствует явление инжекции неосновных носителей при
прямом смещении, а значит, и явления накопления и рассасывания этих носителей.
Соответственно инерционность диодов Шоттки обусловлена только барьерной емкостью
контакта и может быть сделана весьма малой путем уменьшения размеров структуры.
Типичный диапазон рабочих частот составляет 3 — 15 Ггц, а времена переключения
доходят до 0,1 нс. Еще одним преимуществом диодов Шоттки является то, что
экспоненциальный характер статической вольт-амперной характеристика сохраняется
для них в гораздо более широком диапазоне токов, чем для обычного р-n перехода,
поскольку отсутствует модуляция сопротивления базы неосновными носителями.
Обратные токи могут составлять всего несколько пикоампер. Обратные напряжения
лежат в пределах от 10 до 1000 В. Величины прямых токов зависят, конечно, от площади
структуры и качества теплоотвода. В настоящее время разработаны диоды Шоттки на
прямые токи порядка 50А и более. При этом прямое падение напряжения составляет
всего 0,5 В, т.е. величину, примерно вдвое меньшую, чем у кремниевых диодов.
Основным полупроводником — материалом, используемым в диодах Шоттки, является
кремний. В качестве металлов используются молибден, нихром, золото, а также
алюминий.
Недостатки
При кратковременном превышении максимального обратного напряжения диод Шоттки
необратимо выходит из строя.
Диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых
диодов) обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла. При
неудовлетворительных условиях теплоотвода положительная обратная связь по теплу в
диоде Шоттки приводит к его катастрофическому перегреву.
26.
Биполярный транзистор. Особенности изготовления. Основные режимы работы.
Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор, имеющий два
взаимодействующих p-n перехода и предназначенный для усиления, преобразования и
коммутации электрических сигналов.
lб
Э
-
+
+
+
+
+
+
p
КП
+n
+
+
+
+
+
-
ЭП
p
К
Б
КТ321А
К – кремниевый
Т - транзистор
3 – мощность
21 – номер Госрегистрации типа диода
А – обозн. разницу в параметрах диода(А…Я)
Э – эммитерная область (испускатель)
Б – база транзистора
К – коллектор (собиратель)
Для получения лучших усилительных свойств при изготовлении биполярных
транзисторов выполняют условия:
1) SКП>SЭП
2) lбазы – должен быть малой (~мк)
3) N p  Nn  N p
Область p сильно легированы, а область n слабо легирована. (Индия и сурьмы
соответственно).
Э
Б
К
К
К
Б
Б
p-n-p
Э
n-p-n
Э
ЭП
КП
Режим работы
Прямой
Обратный
активный усилительный (нормальный)
Прямой
Прямой
насыщения
Обратный Обратный
отсечки
Обратный Прямой
инверсный
Усилительный режим работы используется для усиления электрических сигналов в
усилителях (TV, радио, звуковые карты).
Режима насыщения и отсечки используются в ключевых, коммутационных устройствах
для переключения, коммутации, в цифровых логических схемах.
Инверсный режим практически не используется (обратный усилительному)
27.
Принцип действия транзистора в усилительном режиме.
При прямом смещении эмиттерного p-n перехода высота потенциального барьера в
эмиттерном p-n переходе понижается и дырки устремляются (инжектируются) из
эммиттора в базу.
Но так как база транзистора тонкая, то дырки сразу же оказываются в электрическом
поле коллекторного p-n перехода. Это поле для них ускоряющее. В результате действия
этого поля они выбрасываются в коллектор. Но некоторая часть дырок успевает
рекомбинировать с электронами базы.
Дырки, войдя в коллектор, нарушают его электрическую нейтральность в результате
чего через коллекторный вывод от источника Uкб входит ровно столько же электронов
для компенсации положительного заряда дырок. В результате в выводе коллектора
протекает ток, направленные которого противоположно движению электронов.
В эмитторе также нарушилась электрическая нейтральность за счет ушедших дырок,
потому часть электронов эммитора выходят из него, создавая ток эмиттера IЭ, равный
току инжектированных из эмиттера дырок.
Рекомбинировавшая в базе часть дырок вызывает приток электронов в базу через
вывод базы. Потому в выводе базы течет ток противоположного направления движению
электронов.
Направление стрелок совпадает с направлением движения дырок.
Одновременно с процессом движения инжектированных дырок в коллекторном
переходе, коллекторе и базе происходит термогенерация пар носителей заряда. При этом
дырки и электроны не значительно увеличивают коллекторный ток и уменьшению тока
базы. Эти электроны и дырки существуют даже, когда эмиттерный переход смещен и в
прямом и обратном направлении.
IЭ  I К  I Б
  0,9  0,999  коэф. передачи тока эмиттеру
I Ko  тепловой (обратный ) ток коллекторного перехода
U ЭБ  U КБ  U ЭК
IК   IЭ  IК 0
28.
Схема включения транзистора.
Схема с общей базой (активный режим работы):
Схема с общим эмиттером (активный режим работы):
𝑈БЭ < 𝑈КЭ
𝑈БЭ > 𝑈КЭ
Схема с общим коллектором (активный режим работы):
𝑈БК > 𝑈КЭ
𝑈ЭК > 𝑈БК
29.
ВАХ транзистора, включенного по схеме ОБ.
ВАХ транзистора - это зависимости входного и выходного тока транзистора от
приложенных напряжений. Такие зависимости надо было бы изображать в трех и более –
мерном пространстве.
Поэтому ВАХ изображают на плоскости, фиксирую некоторые независимые
напряжения.
В зависимости от схемы от схемы включения транзистора ВАХ будут различные.
ВАХ транзистора, включенного по схеме ОБ.
1) IЭ=f(UЭБ)/UКБ = const
входная ВАХ:
2) IК=g(UКБ)/IЭ = const
выходная ВАХ
30.
ВАХ транзистора, включенного по схеме ОЭ.
ВАХ транзистора - это зависимости входного и выходного тока транзистора от
приложенных напряжений. Такие зависимости надо было бы изображать в трех и более –
мерном пространстве.
Поэтому ВАХ изображают на плоскости, фиксирую некоторые независимые
напряжения.
В зависимости от схемы от схемы включения транзистора ВАХ будут различные.
ВАХ транзистора, включенного по схеме ОЭ.
IБ = f(UБЭ)/UКЭ = const
входная ВАХ
выходная ВАХ
IK = g(UKЭ)/IR = const
Общий Эмиттер
Входные характеристики:
Выходные характеристики:
31.
ВАХ транзистора, включенного по схеме ОК.
ВАХ транзистора - это зависимости входного и выходного тока транзистора от
приложенных напряжений. Такие зависимости надо было бы изображать в трех и более –
мерном пространстве.
Поэтому ВАХ изображают на плоскости, фиксирую некоторые независимые
напряжения.
В зависимости от схемы от схемы включения транзистора ВАХ будут различные.
ВАХ транзистора, включенного по схеме ОК.
Входные характеристики:
Выходные характеристики:
32.
Усиление мощности транзистором.
RН – резистор коллекторной нагрузки, в которой выделяется полезная мощность.
Pвходн  U ЭБ  I Э  1В 1мА  103 Вт
Pвых  U RН  I K  U КБ  I К  10 В  0,99 мА  9,99 мВт
'
EКБ  U КБ  U RН  U КБ
U RН  U КБ
Pвых 9,9 103
Kp 

 9,9
Pвх
103
коэффициент усиления по мощности
K p  1
Усиление мощности транзистором осуществляется за счёт преобразования мощности
источника питания в полезную мощность, выделенную в полной нагрузке.
33.
Эквивалентные схемы транзистора.
Эквивалентная схема – это электрическая схема, составленная из пассивных RLC и
активных (J, E) элементов напряжение и токи выводов которых равны напряжению и
соответствует токам транзистора.
Эквивалентные схемы составляют для расчета параметров и характеристик устройств
выполненных на транзисторах.
Эквивалентные схемы бывают:
- линейные
- нелинейные
В нелинейной ЭС присутствуют элементы с нелинейными характеристиками (диоды).
В линейной ЭС имеются только линейные элементы.
Из нелинейных ЭС наиболее применение нашла схема Эберса – Молла.
Расчеты с нелинейными ЭС сводятся к решению нелинейных дифференциальных
уравнений.
Линейные
ЭС
допускают
решение
линейных,
операторных,
дифференциальных, символических уравнений. Они проще для расчетов, следовательно
больше распространены.
Линейные эквивалентные схемы строятся для некоторой малой окрестности (.)” A.
Различают:
- физические линейные ЭС, отражающие физические процессы в транзисторе.
- теоретические ЭС, которые представляют транзистор в виде 4-х полюсника.
Т- обратная ЭС транзистора
транзистор ЭС включен по схеме ОЭ
𝑟б - дифференциальное сопротивление базы (база слабо легирована) 50-150 Ом
𝑉э - дифференциальное сопротивление эммитерного перехода 1- 10 Ом
𝑟к - дифференциальное сопротивление коллекторного перехода 100-300 Ом
Ск - емкость коллекторного перехода
𝛽𝑖б - управляющий источник тока
транзистор ЭС включен по схеме ОБ
- ОБ связь α и β (α= β/(1+ β): α≤1; β>>1)
CK*  CK  (1   ); rK*  rK / (1   );
Обе схемы называются высокочастотными ЭС.
Для получения низкочастотной убираем емкость и убираем комплексный характер
коэффициента.
0

1 j


0
; 
1 j


α0 и β0 – коэффициенты передачи тока эмиттера и тока базы, соответственно при
медленных при тех тока эмиттера и тока базы.
I K dI K

;
I Ý dI Ý
I
dI
0  K  K ;
I Á dI Á
0 
Графики модуля и фазы комплексного числа:
Граничная частота усиления
34.
Четырех-полюсная эквивалентная схема транзистора (теоретическая).
Представляет собой транзистор в виде 4- х полюсника, внутренне и физически
устройство которого инвариантно внутреннему устройству транзистора.
iб и UКЭ – независимые переменные
iК и UБЭ –зависимые переменные
h11-входное сопротивление при КЗ на выходе.
35.
Связь между параметрами физической и теоретической эквивалентной схемы.
36.
Основные параметры. Предельно – допустимые параметры.
Основные параметры.
1) B 
IK
  - статический коэффициент передачи тока базы. Характеризует передачу
IÁ
тока базы в цепь коллектора. Иногда называется коэффициентом усиления тока базы
B>>1 (100÷2000)
2) Iобр- обратный ток коллекторного перехода. – ток обратный смещению коллекторного
перехода при заданном обратном направлении.
Iобр=Ik0+In , где Ik0 – тепловой ток коллекторного перехода; In – ток поверхностный (утечки)
3) CK-емкость коллекторного перехода (1÷10пкФ)
4) fТ - граничная частота усиления транзистора. fТ = ωТ/2π
На этой частоте β=1 (IK=IБ), усилительные свойства транзистора исчезают.
Предельно – допустимые параметры транзистора.
ПДП характеризует те значения токов, напряжений и мощности при которых транзистор
выйдет из строя.
1) UКЭдоп – допустимое напряжение, которое может быть приложено между коллектором
и эмиттером. Если приложен, следовательно возможен пробой.
UКБдоп – аналогично.
2) UБЭдоп – предельное напряжение между базой эмиттером при обратном смещении
эмиттерного перехода.
3) IKдоп – предельно допустимый ток коллектора .
4) PKдоп – допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе (150 мВт – для
маломощных, 150 – Вт для мощных).
эксплуатационная область ВАХ работы транзистора
37.
Полевые транзисторы.
Основным недостатком биполярных транзисторов является низкое входное
сопротивление (в схеме ОЭ оно составляет единицы килоОм, а в схеме ОБ – сотни Ом).
В 1961 году появился первый полевой транзистор (входное сопротивление составляет
несколько мегаОм), позже появились полевые транзисторы с входным сопротивлением
(в сотни мега Ом).
1) ПТ с управляющим p-n переходом.
2) ПТ с изолированным затвором (МОП – металл-диэлектрик-полупроводник).
Полевой транзистор – полупроводниковый прибор, работа которого основана на
модуляции сопротивления полупроводникового материала поперечным электрическим
полем.
Полевой транзистор с управляющим р-n переходом.
З – затвор (база)
С – сток (коллектор)
И – исток (эмиттер)
Схема общий исток
Обозначения на электрических схемах:
полевой транзистор с управляющим p-n переходом и каналом n –
типа.
3
1
0
0
1
3
Б
А
отличие по
параметрам
-
П
П
номер
разработк-
К
К
мощность-
полевой транзистор с управляющим p-n переходом и каналом p –
типа.
полевой-
38.
39.
Принцип действия полевого транзистора.
IC=IU+IЗ ; IC=IU.
При действии между З и U напряжения, смещающие p-n переход в обратном
направлении, расширяется область объемного заряда. При этом сужается канал,
увеличивая сопротивления для тока стока IC. Ток стока уменьшается. При некотором
напряжении UЗИ отсечки канал полностью перекрывается и ток стока прекращается.
(IC=0). Таким образом, изменяя напряжение UЗИ можно управлять током стока.
Аналогично тому как в биполярном транзисторе изменяя ток базы можно управлять
током коллектора.
Полевой транзистор является транзистором с потенциальным управлением (БПТ –
токовое управление).
40.
ВАХ полевого транзистора.
Для полевого транзистора входной характеристики нет (IЗ≈0)
1) Сквозная (проходная) ВАХ:
IC=q(UЗИ)/UСИ=const
2) Выходная ВАХ:
IC=q(UСИ)/UЗИ=const
41.
Эквивалентная схема полевого транзистора.
Для некоторой рабочей точки А.
Линейная схема. П-схема. П-образная высокочастотная схема.
Rвх – входное сопротивление полевого транзистора (его реальная часть)
Rвых – выходное сопротивление полевого транзистора (его реальная часть)
Сзи, Сзс, Сси – межэлектродные ёмкости
Сзи – входная
Сси – выходная
Сзс – проходная
S0 – крутизна(мА/В) (управляет током стока от 1 до 5 мА/В)
S=(∆Ic)/(∆Uзи)=(dIc)/(dUзи)|Ucu=const
̇
𝑆=
𝑆0
1+𝑗
𝜔
𝜔𝑆
ωS – частота среза крутизны управления током стока
Низкочастотная схема без ёмкостей:
42.
Основные параметры полевого транзистора.
1. Крутизна. Характеризует усилительные свойства полевого транзистора. Чем
больше крутизна, тем лучше.
2. Напряжение отсечки Uотс (тока стока) от 1 до 6 В.
3.ICо – начальный ток стока (напряжение на затворе = 0) от 1 до 10 мА.
4.Ток затвора Iз – доли микроампер (до 0,01мкА).
5.Граничная частота усиления fs – сотни МГц.
6.Межэлектродные ёмкости.
!!!Для МОП транзистора: вместо напряжения отсечки с индуцированным каналом
+ пороговое напряжение Uпор
43.
Полевые транзисторы с изолированным затвором.
С целью дальнейшего увеличения входного сопротивления в 70-х годах были
предложены полевые транзисторы с изолированным затвором (МОП транзисторы
металл-окись-полупроводник)
исток
n+
затвор
n+
М
О
П(подложка)
р
КП301Б(кремний полевой)
44. Принцип действия. МОП транзистора.
При приложении напряжения Uзи образуется электрическое поле между затвором и
подложкой. Это поле вытягивает из проводника р-типа электроны к затвору, а дырки изпод затворной области уходят в глубь полупроводника. При этом под затвором
образуется тонкий слой электронов и электропроводность в этом слое вместо дырочной
становится электронной. Этот слой называется каналом. Он соединяет области n стока и
истока. В результате при приложении напряжения Uси в цепи стока начинает протекать
ток стока Iс (и Iи соответственно), значение α зависит от толщины канала и от
напряжения затвор-исток. Т.о. изменяя напряжение затвор-исток можно управлять током
стока.
Полевой транзистор относится к транзисторам с потенциальным управлением.
IС=IU
IЗ=0
45.
ВАХ полевого транзистора (МОП).
Проходная ВАХ
Uпор – пороговое напряжение.
Выходные ВАХ
Ic(мА)
5
4
Uзи=+2В
3
Uзи=+1В
2
Uзи=0В
Uзи=+8В
Uзи=+7В
Uзи=-1В
1
5
10
Uзи=+6В
15
20 Ucu(В)
ВАХ транзистора с изолированным затвором, модифицированным каналом О-типа.
46.
Тиристоры.
Тиристором называется полупроводниковый прибор многослойной структуры с тремя и
более р-n переходами, имеющий на ВАХ участок с отрицательным дифференциальным
сопротивлением и предназначенный для коммутации электрических сигналов.
Применяются в силовой электронике:
-источниках питания
-схемы управления двигателями
-мощные нагревательные элементы
Динистор
p
n
p
n
p
n
анод
р
ЭП1
U
Эммитерные
области
КП
ЭП2
n
катод
47.
Принцип действия тиристора.
При приложении внешнего напряжения(с указанной полярностью) эммитерные
переходы смещаются в прямом направлении, а коллекторный – в обратном.
Из верхней области р дырки проходят ЭП1 и КП и дальнейшее движение прекращается,
т.к. поле ЭП2 является тормозящим.
Электроны из нижней области n аналогично проходят ЭП2 и КП и концентрируются в
верхней области n, т.к. ЭП1 является тормозящим.
С обеих сторон коллекторного перехода происходит накопление заряда, в результате
чего понижается потенциальный барьер у коллекторного перехода и при некотором
внешнем напряжении коллекторный переход открывается. С этого момента все три р-n
перехода открыты и резко нарастает электрический ток через тиристор. Тиристор
«включается», «пробивается».
I
C
B
O 0.6 1-2B
A
Uвкл
При включении тиристора, напряжение на нём резко уменьшается до значений от 1 до
2В, а ток резко возрастает, в результате сопротивление тиристора уменьшается. Этот
процесс называется включением тиристора(А-В – участок отрицательного
сопротивления). А процесс включения начинается при напряжении Uвкл в точке А. С
этого момента тиристор хорошо проводит электрический ток. Если последовательно с
ним включить Rн, то начинает выделяться электрическая мощность.
48.
Флештранзисторы.
Флештранзисторы представляют собой МОП транзисторы с управляющим и
плавающим затвором. Плавающий не имеет вывода, а управляющий имеет вывод
аналогичный выводу МОП транзистора.
Управляющий затвор
З
Н
С
n+
n+
р
Плавающий затвор
При записи информации в трансформатор на управляющий затвор подаётся импульс
положительной полярности относительно истока и подложки. При этом на сток подаётся
напряжение записи.
При этом из областей n через плёнку происходит пунелирование затвора на плавающий
затвор.
На плавающем затворе накапливается отрицательный заряд. Этот заряд препятствует
образованию проводящего канала под затвором, поэтому ток стока =0.
R
З
Ucc
С
U
В этом случае в ячейке памяти ток атома равен 0. Падение напряжения на R равно 0 и у
выхода равно Uce=+5.
Этот уровень принимается за логическую единицу. Если предварительно не подавать
напряжение на затвор, флештранзистор работает как обычный транзистор.
49.
Усилительные устройства (усилители электрических сигналов).
Усилителем называется электронное устройство, предназначенное для усиления
сигналов и повышения их мощности.
Усиление происходит за счёт внешнего источника питания (как правило – источник
постоянного напряжения)
ИП
ИС
УС-ЛЬ
Н
ИС – источник сигнала
Н – нагрузка
ИП – источник питания
В качестве нагрузки может быть электродинамический громкоговоритель, наушники и
т.д.
Различают усилители:
1) Усилители переменного напряжения (УПН) предназначены для усиления
звуковых частот, видиоусилитель.
2) Усилитель постоянного тока (УПТ) предназначен для усиления медленно
меняющихся или постоянных напряжений.
3) Высокочастотные усилители (ВЧ) предназначены для усиления сигналов
высоких частот (мегагерцы).
4) Избирательные усилители (ИУ) предназначены для усиления сигналов в
узком диапазоне частот. УПЧ – усилители промежуточных частот.
5) СВЧ – усилители.
50.
Структура усилителя.
Последовательная структура усилителя:
Вх. к.
Пр. к.
Вых. к.
Входной каскад, промежуточный каскад, выходной каскад.
Структура с параллельно-последовательным строением каскадов:
Вх. к.1
Вх. к.2
Сум. – сумматор
Пр. к.
Сум.
Вых. к.
51.
Основные параметры усилителей.
U1=Uвх
Параметры:
А. коэффициент усиления сигнала
1. коэффициент усиления напряжения Кu = Uвых/Uвх;
2. коэффициент усиления тока
Кi = Iвых/ Iвх;
3. коэффициент усиления мощности Кр = Pвых/Pвх = КiКu;
Б. Входное сопротивление: Rвх = rвх = uвх/iвх;
В. Выходное сопротивление: Rвых = rвых = uвыххх /iвыхк.з.;
Г. Pпотр= UпитIпит;
Д. КПД= = Pполезн / Pпотр= Pн / Pпотр  100 = 8  70;
Е. ∆ F – диапазон усиливаемых рабочих частот
∆F = Fверх - Fнижн
Ж. Мн, Мв – коэффициент частотного искажения
Мн = кн/ кср  0.707;
Мн = кср/кн  1.41;
З. Кни – коэффициент нелинейных искажений;
И. S = ∆Uвх/ ∆t – скорость нарастания Uвх(1-50-500 В/мкс).
52.
Характеристики усилителей.
Характеристики усилителей – это зависимость одного параметра от другого.
Различают следующие характеристики:
1) Амплитудно-частотная
2) Фазо-частотная
3) Переходная
4) Амплитудная
5) Амплитудно-фазовая
Амплитудно-частотная – это зависимость модуля коэффициента усиления от
частоты.
От fн до fв - диапазон рабочих частот усилителя.
fн – нижние частоты, fв – верхние частоты
Если fн=fв, то, следовательно, это полосовой усилитель.
АЧХ усилителя при постоянном токе (УПТ).
АЧХ резонансного усилителя.
Фазо-частотная характеристика – это зависимость разности начальных фаз выходного
и входного напряжения усилителя и разности фаз.
U(t)=Umsin(ωt+φ)
∆φ(ω)=φвых-Uвх
Усилитель постоянного напряжения:
Не инвертирующий усилитель:
Резонансный:
Переходная – это зависимость выходного напряжения от времени, при скачкообразном
изменении входного напряжения.
Пунктиром – УПТ, сплошной – УПН.
Резонансный:
Uвых
t
T=1/fсч
Амплитудная характеристика – это зависимость амплитуды выходного напряжения от
входного.
Амплитудно-фазовая характеристика – это зависимость реальной и мнимой части
коэффициента усиления от частоты.
Годограф
53. Искажение сигналов в усилителях.
В идеальном линейном усилителе входной и выходной сигналы совпадают по форме.
В реальных усилителях этого не происходит. Всякое отклонение формы сигнала на
выходе от формы его на входе есть искажение создаваемое усилителем.
Искажения бывают:
1.Линейное;
2.Нелинейное.
Нелинейное искажение – это изменения формы сигнала на выходе, которые
возникают за счет нелинейности ВАХ активных элементов.
Количественно нелинейные искажения оценивают коэффициентом нелинейных
искажений (КНИ).
U12.вых  U 22.вых  ...
КНИ 
U11.вых
Линейное искажение бывает двух видов:
а. Частотное;
б. Фазовое.
Частотное искажение связано с наличием в схеме усилителя реактивных элементов и
возникающих за счет неодинакового усиления различных гармонических
составляющих.
Фазовое искажение возникает за счет неодинакового фазового сдвига различных
гармонических составляющих. Причина этого - наличие реактивных элементов в
схеме усилителя.
54. Классификация усилителей.
Классификация усилителей может быть произведена по различным признакам:
1.По полосе пропускания и абсолютному значению усиливаемых частот усилители
делятся на усилители постоянного тока и усилители переменного тока. Усилители
переменного тока в свою очередь делятся на усилители низких частот, широкополосные
усилители и на избирательные усилители.
а)Усилители постоянного тока – способны усиливать как переменные, так и
постоянные составляющие сигнала. У них fн=0;
б)Усилители переменного тока – способны усиливать только переменные
составляющие сигнала. Fн>0.
в)Усилители низких частот – усилители звуковой частоты - fн50 Гц,fв20 кГц;
г)Избирательные усилители предназначены для усиления электрических сигналов
fB
в относительно узком диапазоне частот. Для них
 1;
fB  fH
2.По характеру входного сигнала:
а)Усилители непрерывных сигналов; б)Усилители импульсных сигналов.
3.По назначению усилителя:
а)Усилители напряжения; б)Усилители тока; в)Усилители мощности
4.По виду используемых активных элементов:
а)Ламповые; б)На биполярных транзисторах; в)На полевых транзисторах;
г)На туннельных диодах;
д)Параметрические элементы. В них активным элементом является индуктивность
и емкость, они могут усиливать электрический сигнал.
5.По числу усилительных каскадов:
Под усилительным каскадом понимают совокупность элементов способных усиливать
электрические сигналы.
а)Однокаскадные; б)Многокаскадные.
По виду связи между каскадами:
а)Усилители с непосредственной гальванической связью между каскадами:
б)Связь между усилителями осуществляющаяся через RC-элемент:
в)Усилители с трансформаторной связью:
Трансформаторная связь обеспечивает гальваническую развязку между каскадами.
г)Усилители с оптоэлектронной связью:
Обеспечивает гальваническую развязку между каскадами и в то же время обеспечивает
полную передачу сигнала от одного каскада к другому по переменной и постоянной
составляющей.
55. Схема включения полевого транзистора в усилительном каскаде.
Решим схему на примере nканального транзистора с
управляющим p-n переходом:
При нарисовании схемы но
полевом транзисторе нужно
помнить следующее:
1).Полярность питающего
напряжения выбирается так, чтобы
основные носители канала
двигались к стоку.
2).Для нормальной работы p-n
переход Затвор – Исток должен
быть смещен в обратном
направлении. Смещение в этой схеме создается за счет выбора сопротивления RU.
UU.РТ=JС.РТRU;
Cp – конденсатор разделительный (разделяют, закрывают резистор).
56. Обратная связь в усилителях.
Обратная связь – это явление передачи части входного сигнала на вход усилителя для
улучшения или изменения в нужном направлении параметров и характеристик
усилителя.
В реальных усилителях возникают 3 вида обратной связи:
 Внутренняя;
 Внешняя;
 Паразитная.
 Внутренняя – имеет место во всех активных элементах и определяется их
конструкцией и физическими процессами, в них происходящими. Например, в
биполярном транзисторе это эффект Эрли. Параметр h12 – определяет наличие на
входной схеме внутреннюю обратную связь.
 Паразитная – обусловлена наличием паразитных путей, по которым часть выходного
сигнала подается на вход. (L, С).
 Внешняя обратная связь – определяется введением в схему специальных элементов.
Однако внутренняя и паразитная обратные связи неуправляемые. Внешняя обратная
связь управляема и позволяет изменять характеристики усилителя в нужном
направлении. Она позволяет:
1) Увеличивать стабильность коэффициента усиления.
2) Расширить диапазон усиливаемых частот.
3) Уменьшить искажения, создаваемые усилителем.
4) Изменять входное и выходное сопротивления в нужном направлении.
Коэффициент передачи усилителя с обратной связью.
.
K OC( jw ) 
КПОС =
КООС =
U ВЫХ
.
U ВХ
𝑘
1−𝑘∗𝐾𝑜𝑐
−𝑘
1−𝑘∗𝐾𝑜𝑐
(0 ≤ Кос ≤ 1)
- положительная обратная связь
– отрицательная обратная связь
В усилителях обычно используется отрицательная обратная связь, т.к. благодаря ей
улучшаются многие параметры и характеристики усилителя.
В усилителях обычно используется отрицательная обратная связь, т.к. благодаря ей
улучшаются многие параметры и характеристики усилителя.
Влияние отрицательной обратной связи на параметры и характеристики усилителя.

1. Влияние на стабильность коэффициента усиления усилителя K OC
.
Идеальный усилитель должен иметь коэффициент, который бы не зависел ни от
каких дестабилизирующих факторов. В реальных усилителях он не остается постоянным,
вследствие зависимости активных элементов от температуры и величины питающих
напряжений.
K
1
 , т.е. K OC  f (, K )
1  K 
Обычно К >> 1, - коэффициент передачи цепи обратной связи, состоящей из
пассивных элементов, которые практически не зависят от дестабилизирующих факторов,
следовательно Кос выше К.
2. Влияние отрицательной обратной связи на диапазон усиливаемых
частот.
Область верхних частот:
K0
K ( jw ) 
1  j K
K0 – коэффициент усиления в рабочем диапазоне частот.
K – постоянная времени усилителя без обратной связи.
1
Отсюда  В 
- граничная частота без обратной связи.
В
При введении отрицательной обратной связи с (j) = 0 (величина  не зависит от
) в усилитель, его коэффициент усиления можно записать:

Kос 

K OC
K
OC
K0
K0
K0
1  K 0
1  j K



K OC 0
1  K 0  0  j K
 K
1
1  j
1  j K
 1  K 0
K

1  K 0 0




K OC
0
1  j K
OC
При обратной связи  в (1+K00) раз меньше, чем без обратной связи.
ГР
ОС
 ГР (1   0 K 0 )
При введении отрицательной обратной связи диапазон усиливаемых частот
усиливается в (1+K00) раз.
3. Уменьшение искажений в усилителях с отрицательной обратной связью.
Будем считать, что усилитель идеальный, искажений не создает, а все искажения
включены в источник ЭДС.
1) Если  = 0, цепь обратной связи отсутствует, а UВХ = 0, то выходной
сигнал IВЫХ = ЕИ
2) При отрицательной обратной связи 1 >  > 0; UВЫХ.ОС = ЕИ-KUВЫХ.ОС
U ВЫХ   Eи .
1  K
ОС
57.
Способы введения обратной отрицательной связи (ООС).
В зависимости от способа подачи сигнала обратной связи на вход усилителя и способа
снятия его с выхода различают четыре типа обратной связи. Их название состоит из
двух слов. Первое говорит как сигнал подается на вход, второе – как снимается с
выхода:
1) Последовательно – параллельная обратная связь.
При такой связи R ВХ  (1  K)R BX - увеличивается,
R
R ВЫХ  ВЫХ - уменьшается.
1  K
Uвх и U - последовательные.
2) Параллельно – параллельная обратная связь:
ОС
ОС
При параллельной обратной связи по входу происходит суммирование токов.
R ВХ
R ВЫХ
-уменьшается, R ВЫХ 
- уменьшается.
R ВХ 
1  K 0
1  K 0
2) Последовательно – последовательная обратная связь.
ОС
ОС
R ВХ
ОС
R ВЫХ
ОС
 (1  K 0)R BX - увеличивается.
 (1  K 0)R BЫX - увеличивается.
3) Параллельно – последовательная
обратная связь:
Всякая последовательная обратная связь (по входу или по выходу) увеличивает
соответствующее сопротивление в (1+K) раз; а параллельная – уменьшает в (1+K)
раз.
68. Основные характеристики ОУ.
Операционным
называется
усилитель,
предназначенный
для
выполнения
математических операций при использовании его в схемах с обратной связью. ОУ
предназначены для проведения различных линейных и нелинейных операций над
входными сигналами, а применение глубоких обратных связей позволяет обеспечивать
высокое качество таких преобразований.
основные параметры ОУ:
-коэффициент усиления по напряжению: отношение изменения выходного напряжения к
вызвавшему его изменению входного дифференциального напряжения;
-частота единичного усиления: значение частоты входного сигнала, при котором
значение коэффициента усиления напряжения падает до единицы;
-максимальное выходное напряжение: максимальное значение выходного напряжения,
при котором искажения не превышают заданного значения;
-скорость нарастания выходного напряжения: отношение его изменения от 10 до 90% от
своего номинального значения ко времени, за которое произошло это изменение;
-напряжение смещения: значение напряжения, которое необходимо подать на вход ОУ,
чтобы выходное напряжение было равно нулю;
-входные токи: токи, протекающие через входные контакты ОУ;
-разность входных токов;
-дрейф напряжения смещения;
-дрейф разности входных токов;
-максимальное входное дифференциальное напряжение: напряжение, прикладываемое
между входами ОУ, превышение которого ведет к выходу параметров за установленные
границы или к разрушению микросхемы;
-максимальное синфазное входное напряжение: наибольшее значение напряжения,
прикладываемого одновременно к обоим входам ОУ относительно нулевого потенциала,
превышение которого нарушает работоспособность микросхемы;
-коэффициент ослабления синфазного сигнала: отношение коэффициента усиления
напряжения, приложенного между входами ОУ, к коэффициенту усиления общего для
обоих входов напряжения;
-выходной ток: максимальное значение выходного тока ОУ, при котором гарантируется
работоспособность микросхемы;
69. Схемы применения ОУ.
В зависимости от вида ООС различают инвертирующее и неинвертирующее включения
ОУ. В инвертирующем усилителе входной сигнал и сигнал обратной связи
противоположного знака суммируются с помощью резисторов R1 и R2. Такая обратная
связь называется параллельной по входу. Что касается обратной связи по выходу, то она
является по напряжению, так как напряжение обратной связи
UОС = ОС UВЫХ при ОС = R1 / (R1 + R2) = const пропорционально UВЫХ.
R2
Uвх
R1
Uвых
A
B
1. Потенциал точки А равен потенциалу точки В и также равен потенциалу земли.
Поэтому точку А называют «виртуальная земля», «квазиземля» или «виртуальный нуль»,
«квазинуль».
2. Тогда UR1 = UВХ, а UR2 = UВЫХ.
3. UВХ / R1 = - UВЫХ / R2.
Отсюда коэффициент усиления инвертирующего усилителя
КИН = UВЫХ / UВХ = - R2 / R1.
1 / βOC


τ1
1  jω

1

K
(0)β

 .
y
OC
KИН(j) = 
Следовательно, для такого усилителя частота среза, определяемая из условия
ωCP 
τ1
1
1  K y (0)βOC
,
увеличивается пропорционально глубине ОС и полоса пропускания расширяется.
Инвертирующее включение ОУ с двухполярными источниками по 9В.
Инвертирующее включение ОУ с двухполярными источниками питания
Использование двухполярного источника питания не является единственно возможным.
Схема с однополярным питанием, например, реализуется тогда, когда один из входов
ОУ, куда подключается источники питания, заземляется.
Схема на рисунке представляет собой дифференциальный усилитель, а на следующемнеинвертирующий сумматор.
В общем случае связь между входными и выходными напряжениями в этих схемах
можно представить уравнением Vout=kVin+b. Этому уравнению соответствует график
амплитудной характеристики схемы с ОУ в виде прямой линии.
Неинвертирующий усилитель
Неинвертирующий усилитель является второй базовой схемой усилителя на основе ОУ.
Основное применение такого усилителя – построение усилителя со сравнительно
большим входным сопротивлением и без инверсии входного напряжения.
В отличие от инвертирующего включения рассматриваемый усилитель в типовом
включении содержит три резистора, из которых R3 необходим для обеспечения режима
работы входного каскада ОУ по постоянному току. Наличие R3 приводит к ограничению
максимального входного сопротивления неинвертирующего усилителя: RВХ НИН = R3.
Значение сопротивления R3 варьируется в пределах десятки кОм – десятки МОм в
зависимости от того, какие транзисторы – биполярные или полевые – используются во
входных каскадах ОУ.
Uвх
Uвых
R2
R3
A
R1
коэффициент усиления неинвертирующего усилителя
R2
КНИН = UВЫХ / UВХ = 1+ R1 .
Существенным достоинством неинвертирующего усилителя является возможность
получения большого значения коэффициента усиления практически независимо от
входного сопротивления. Однако, необходимо принять меры по уменьшению влияния
напряжения смещения. Сравнительно легко данная проблема решается в усилителях
переменного сигнала, где по постоянному току можно выполнить 100 % обратную связь
(рисунок 12).
Uвх
C1
Uвых
R2
R3
R1
C2
Усилитель переменного сигнала с ОУ в неинвертирующем включении.
На основе неинвертирующего усилителя можно выполнить повторитель напряжения. На
рисунке ниже представлен наиболее часто применяемый вариант усилителя с единичным
коэффициентом усиления. В литературе он встречается под названием буферного
усилителя, так как обладает изолирующими свойствами – большим входным импедансом
и малым выходным.
Uвх
Uвых
Повторитель напряжения на ОУ
70. Функциональные устройства на ОУ.
Сумматор на ОУ.
Так как входы ОУ, работающего в линейном режиме, эквипотенциальны, то точка
суммирования ∑ (инвертирующий вход ОУ) находится практически под нулевым
потенциалом (квазиземля).
Сумматор на операционном усилителе.
Тогда напряжение U1 выделяется на сопротивлении R3, а напряжение U2 падает на R15,
и каждое из напряжений и сопротивлений по закону Ома задает свой ток, который по
первому закону Кирхгофа суммируется и создает выходное напряжение Uвых (со знаком
-) на сопротивлении R12. Другими словами, выходное напряжение равно:
Uвых= - R12×(U1⁄R3+U2⁄R15)= (-R12⁄R3)×U1+ (-R12⁄R15)×U2.
Интегратор на ОУ.
При работе идеализированного ОУ в линейном режиме его входы эквипотенциальны, а
точка суммирования-квазиземля. Поэтому весь ток, протекающий через резистор, течет и
по емкости, создавая со знаком минус выходное напряжение. Тогда: Uвых=(-1⁄С7)×∫
(Uвх(t) ⁄ R15) dt= (-1⁄τ)×∫ Uвх(t) dt, где τ = R1×С7 – постоянная времени.
К(ω)= ω0 ⁄ ω , где ω0 –частота квазирезонанса, ω0 =1⁄τ.
Активные фильтры на ОУ.
Электрическими фильтрами являются устройства, предназначенные для выделения из
сигналов составляющих одних частот (полоса прозрачности фильтра) и подавления
других (полоса непрозрачности).
Фильтр нижних частот (ФНЧ) первого порядка.
Фильтры нижних частот пропускают на выход сигналы, на частотах ниже частоты среза
и имеют зону непрозрачности на частотах ее превышающих. Таким образом, они
выделяют из всего диапазона частот только низшие составляющие.
Используя идеализированную модель ОУ, определяем комплексный коэффициент
передачи фильтра по напряжению: K(j) = K(0) / (1+j),
где K(0)=-R12 ⁄ R15 – передача схемы на постоянном токе, а  = R12×С9-постоянная
времени. Для приведенной схемы 1.
K  K (0) / 1  (ωτ) 2
Тогда для АЧХ получим:
, а для ФЧХ:  К  arctgωτ .
Фильтр верхних частот (ФВЧ) первого порядка.
В отличии от ФНЧ фильтр верхних частот выделяет из спектра входного сигнала его
высшие составляющие, т. е. зона прозрачности ФВЧ простирается на частотах,
превышающих частоту среза. Большинство схем активных ФВЧ используют глубокие
противосвязи с применением определенного вида часто-то зависимых цепей, которыми
охвачен ОУ.
В лабораторном цикле исследуется простая схема ФВЧ первого порядка на базе
дифференцирующей RC цепи и повторителя напряжения на ОУ.
Фильтр верхних частот первого порядка.
Считая, что коэффициент усиления по напряжению повторителя равен единице, имеем
следующее выражение для комплексной передачи схемы: K(j)= j ⁄ (1+j), где  =
R15×С10-постоянная времени.
Тогда для АЧХ имеем: |К| = 1 ⁄ (1+1⁄(ωτ)2)0.5, а для ФЧХ:  К  arctg1/ωτ
Избирательный усилитель на цепи Вина.
Активные фильтры, на выходе которых выделяются частоты спектра входного сигнала в
полосе частот, расположенные между их нижними и верхними значениями, обычно
называются полосовыми. В радиотехнической литературе схемы усилителей,
реализующих подобные свойства, часто называются избирательными. В полосе
пропускания таких усилителей усиление обычно изменяется незначительно, как правило,
в пределах 3-х децибел. Для избирательных усилителей высокой добротности полоса их
пропускания мала относительно центральной частоты зоны прозрачности-частоты
резонанса или квазирезонанса.
В избирательных усилителях с положительной обратной связью используются RC цепи,
имеющие на частоте квазирезонанса нулевой фазовый сдвиг и максимальный
коэффициент передачи по напряжению. В этом случае любая такая цепь имеет
комплексный коэффициент передачи в виде:
,
где: А0-коэффициент передачи на частоте квазирезонанса ω0,
Q-добротность цепи,
Y=ω ⁄ ω0 - ω0 ⁄ ω – относительная расстройка.
К таким цепям относится цепь Вина (Г- образный четырехполюсник), на базе которой и
построен избирательный усилитель, изображенный на рисунке. В приведенной цепи
Вина сопротивления R16=R17=R, а C12=13C=C. Обозначив через Z1-сопротивление
последовательной части, а через Z2- сопротивление параллельной части цепи, получите
при домашней подготовке коэффициент ее передачи по напряжению как отношение
напряжения на неинверсном входе ОУ к выходному напряжению усилителя.
•
A