.

Електроніка та мікропроцесорна техніка

Язык: украинский
Формат: курсова
Тип документа: Word Doc
1 62052
Скачать документ

Інструкційна картка №1 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 1 Фізичні властивості електроніки

1.1 Основи електронної теорії

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Що називається роботою виходу електрону;

Як визначається робота виходу;

Види електронної емісії;

Рух електрона в однорідному електричному полі;

Рух електрона в однорідному магнітному полі.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Виконувати розрахунки роботи виходу;

Відрізняти види електронної емісії;

Використовувати рух електронів в електричному і магнітному полях.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [3, с. 7-8], [4, с. 5-12].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Робота виходу електронів.

Види електронної емісії.

Рух електронів в електричному і магнітному полях.

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Що таке робота виходу електронів, що вона характеризує?

Що таке термоелектронна, фотоелектронна, електростатична та вторинна
електронна емісія?

В чому полягає суть фізичних процесів руху електрона в однорідному
електричному та магнітному полях?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Основи електронної теорії

План:

Робота виходу електронів.

Види електронної емісії.

Рух електронів в електричному і магнітному полях.

Література

1. Робота виходу електронів

Принцип дії електронних приладів заснований на явищі електронної емісії
– процесі виходу електронів з поверхні твердого тіла у вакуум.

Як відомо, вільні електрони в провідних матеріалах знаходяться в
безперервному хаотичному русі. За звичайних умов електрони не можуть
вийти за межі поверхні тіл, оскільки цьому перешкоджають електричні сили
взаємодії електрона з тілом. Щоб електрон вилетів за межі металу, він
повинен володіти енергією, достатньою для подолання сил, що утримують
його в металі. Внутрішній енергії електрона для цього недостатньо. Тому
йому потрібно надати додаткову енергію ззовні. Найменша додаткова
енергія, яку необхідно надати електрону ззовні для подолання сил, що
утримують його в металі, називається роботою виходу і позначається W0.
Вона вимірюється в електронвольтах. Робота виходу є однією з основних
характеристик електронної емісії. Чим менше W0, тим краще емісійні
властивості матеріалу. Значення роботи виходу для різних металів,
використовуваних в електронних приладах, коливається в межах від 1,8 еВ
для цезію до 4,5 еВ для вольфраму.

Залежно від виду додаткової енергії, використовуваної для того, щоб
електрони могли зробити роботу виходу, розрізняють декілька видів
електронної емісії: термоелектронну, фотоелектронну, вторинну і
електростатичну.

2. Види електронної емісії

Термоелектронною емісією називається процес випромінювання електронів з
поверхні нагрітого металу. Цей вид електронної емісії широко
використовується в електровакуумних і деяких іонних приладах. При
нагріванні металу електрони отримують додаткову енергію, швидкість
електронів, а отже, їх кінетична енергія зростає, і деяке число
електронів долає сили, що перешкоджають їх виходу з металу в зовнішній
простір. Чим вище температура і менше робота виходу металу, тим більше
число електронів володітиме енергією, достатньою для подолання сил, що
перешкоджають виходу електронів з металу.

Фотоелектронною емісією називається процес виходу електронів з поверхні
металу, що опромінюється променистою енергією. Явище фотоелектронній
емісії носить назва зовнішнього фотоефекту. За рахунок поглиненої
енергії світлового потоку збільшується енергія електронів в металі. При
цьому електрони, що отримали енергію, достатню для здійснення роботи
виходу, вилітають за межі металу, створюючи потік вільних електронів.

Фотоелектронна емісія може виникати при опромінюванні металу променями
видимого спектру, інфрачервоними, ультрафіолетовими і рентгенівськими.
Цей вид емісії використовується у фотоелементах, фотопомножувачах і в
телевізійних трубках.

Вторинна електронна емісія – це емісія електронів з поверхні металу при
опромінюванні його потоком електронів. Якщо електрони, рухомі з великою
швидкістю, ударяються об поверхню металу, то їх кінетична енергія руху
передається електронам металу. Електрони, що отримали необхідну
додаткову енергію, вилітають з поверхні металу. При цьому електрони,
падаючі на поверхню металу, називаються первинними, а що вилітають з
металу – вторинними.

Струм вторинної емісії залежить від властивостей металу, стану його
поверхні, швидкості і кута падіння первинних електронів. Кількісно
вторинна емісія оцінюється коефіцієнтом вторинної емісії а, рівним
відношенню кількості вторинних електронів n2 до кількості первинних
електронів n1 Цей вид емісії використовується в електронних помножувачах
і деяких спеціальних радіолампах. У деяких лампах вторинна емісія
порушує нормальну їх роботу.

Електростатична (автоелектронна) емісія – це емісія електронів з
поверхні металу (холодного) під дією сильного прискорюючого електричного
поля (106-108 В/см). Дія зовнішнього електричного поля еквівалентна
зменшенню роботи виходу електрона. Під дією цього поля відбувається як
би виривання електронів з металу. Цей вид емісії використовується в
рентгенівських трубках, а також в деяких, газорозрядних і
напівпровідникових приладах.

3. Рух електронів в електричному і магнітному полях

Рух електрона в однорідному електричному полі

У електронних приладах рух вільних електронів відбувається під дією
електричних або магнітних полів. Залежно від напряму початкової
швидкості електрона електричне поле може його рух прискорювати,
гальмувати або змінювати напрям.

Для з’ясування фізичних процесів розглянемо рух електрона в однорідному
електричному полі. Уявимо собі, що в балоні, в якому створений вакуум,
розташовані два взаємно паралельних електроду – катод К і анод А (мал.
1.1, а).

Мал. 1.1

Якщо до цих електродів приєднати батарею з напругою плюсом до анода і
мінусом до катода, то в просторі між анодом і катодом буде створено
електричне поле з напруженістю

де U – різниця потенціалів, d – відстань між електродами.

Якщо в електричне поле з напруженістю Е помістити електрон, заряд якого
рівний е, то на нього діятиме сила електричного поля, рівна добутку
заряду на напруженість поля:

Сила електричного поля направлена від катода до анода.

Якщо початкова швидкість електрона рівна нулю і співпадає з напрямом
сили електричного поля, то електрон, поміщений в дане поле, зазнає
прискорення і переміщатиметься з точок з меншим потенціалом до точок з
вищим потенціалом. При цьому швидкість електрона і його кінетична
енергія зростатимуть. Рух електрона буде рівномірно прискореним, тому
таке поле називають прискорюючим.

На підставі закону збереження енергії приріст кінетичної енергії
електрона повинен дорівнювати роботі, яку здійснює електричне поле при
переміщенні електрона, тобто

де m – маса електрона; ?н, ? – початкова і кінцева швидкості електрона;
U=U2 – U1 – різниця потенціалів, пройдена електроном, в електричному
полі.

Якщо початкова швидкість електрона рівна нулю, то електрон рухатиметься
тільки під дією сили поля. В цьому випадку кінетична енергія електрона
визначається виразом

З (1.4) можна визначити швидкість електрона в кінці його шляху

Підставляючи е/т= 1,759?1011 К/кг, отримаємо вираз для швидкості
електрона при русі його в прискорюючому електричному полі:

З (1.6) витікає, що швидкість руху електрона умовно можна виражати не
тільки в км/с, але і у В.

Для визначення часу прольоту електрона в однорідному прискорюючому полі
виразимо силу електричного поля через масу і прискорення:

Звідси

Шлях, пройдений електроном за час t, можна визначити з виразу d=at2/2,
сюди підставимо значення з (1.7), отримаємо

звідки

Підставивши в отриманий вираз значення m і е, отримаємо формулу для
визначення часу прольоту електрона:

Час прольоту t дуже малий, в багатьох практичних електронних пристроях
не враховується, звідси електронну лампу можна вважати безінерційним
приладом.

Якщо під дією початкової швидкості електрон рухається уздовж напряму
ліній поля (від точок з великим потенціалом до точок з меншим
потенціалом), то він здійснює роботу проти сил поля, при цьому його
швидкість і запас кінетичної енергії зменшуються і він рухається
прямолінійно і рівносповільнено. Поле, в якому електрон здійснює
рівносповільнений рух, називають гальмуючим.

При повній втраті кінетичної енергії швидкість електрона впаде до нуля і
він під дією сили поля рухатиметься рівноприскорено у зворотному
напрямі, набуваючи втраченої кінетичної енергії.

Коли вектор початкової швидкості електрона перпендикулярний напряму дії
сили електричного поля (мал. 1.1,6), траєкторія руху електрона матиме
вид параболи. Таке поле називають поперечним.

Рух електрона в однорідному магнітному полі

У ряді електронних приладів управління траєкторією руху електронів
здійснюється за допомогою сил магнітного поля. Дія магнітного поля на
електрон аналогічно дії магнітного поля на провідник із струмом.

Сила, з якою діє магнітне поле на провідник із струмом, визначається
виразом

де F – механічна сила, що діє на провідник завдовжки l; В – магнітна
індукція; i – електричний струм в провіднику; ? – кут між напрямом
струму в провіднику і напрямом силових ліній магнітного поля.

Мал. 1.2 Мал. 1.3

Якщо струм для одного електрона рівний i=e/t і в даному виразі чисельник
і знаменник помножити на швидкість руху електрона v, то (1.9) можна
представити у вигляді F=Bev sin?.

Аналізуючи отриманий вираз, можна зробити наступний висновок, що на
нерухомий електрон і електрон, що переміщається уздовж ліній поля,
магнітне поле не діє. Сила магнітного поля на рухомий електрон буде
максимальною, коли він переміщається перпендикулярно напряму сил
магнітного поля Fmax = Bev. Напрям цієї сили визначається за правилом
лівої руки. Сила F завжди перпендикулярна напряму швидкості електрона
(мал. 1.2). Тому магнітне поле не змінює швидкості електрона, а змінює
його напрям.

Якщо електрон входить в однорідне магнітне поле під кутом 90° до силових
ліній, то він рухатиметься по колу, лежачому в площині, перпендикулярній
лініям поля (мал. 1.2). Коли кут ? не рівний 90°, то швидкість електрона
може бути розкладена на дві складові vH і v (мал. 1.3).

Перша складова швидкості vH перпендикулярна напряму сил поля і примусить
електрон обертатися по колу. Друга складова швидкості електрона
направлена уздовж сил магнітного поля і тому з ним не взаємодіє. В
результаті дії два складових електрон переміщатиметься по спіралі.

Таким чином, магнітне поле не змінює енергії рухомого електрона, а
змінює тільки траєкторію його руху. Це властивість магнітного поля
використовується в електронно-променевих трубках і інших електронних
приладах.

Контрольні запитання:

Що таке робота виходу електронів, що вона характеризує?

Що таке термоелектронна,фотоелектронна, електростатична та вторинна
електронна емісія?

В чому полягає суть фізичних процесів руху електрона в однорідному
електричному та магнітному полях?

Інструкційна картка №2 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 1 Фізичні властивості електроніки

1.2 Електрофізичні властивості напівпровідників

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Види пробою;

Температурні і частотні характеристики переходу;

Еквівалентну схему р-п-переходу;

Способи створення р-п-переходу.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Перевіряти справність р-п-переходу;

Використовувати основні властивості р-п-переходу.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [2, с. 50-61].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Вольт-амперна характеристика р-п-переходу

Температурні і частотні характеристики переходу. Еквівалентна схема
р-п-переходу

Створення р-п-переходу

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Що таке р-n-перехід та як він створюється?

Що собою являє вольт-амперна характеристика р-n-переходу?

Що таке пробій переходу, види пробою?

Як впливає температура на характеристики р-n-переходу?

Як залежать властивості р-п переходу від частоти прикладеної напруги?

Що таке еквівалентна схема p-n переходу?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І. В

Теоретична частина: Електрофізичні властивості напівпровідників

План:

Вольт-амперна характеристика р-п-переходу

Температурні і частотні характеристики переходу. Еквівалентна схема
р-п-переходу

Створення р-п-переходу

Література

1. Вольт-амперна характеристика р-п-переходу

Властивості електронно-діркового переходу наочно ілюструються його
вольтамперною характеристикою (мал. 3.8, а), що показує залежність
струму через р-п перехід від величини і полярності прикладеної напруги.

Мал. 3.8. Характеристики р-п переходу: а – вольтамперна; б – опору

Розрізняють два види пробою: електричний (оборотний) і тепловий
(необоротний).

Електричний пробій відбувається в результаті внутрішньої
електростатичної емісії (зінеровський пробій) і під дією ударної
іонізації атомів напівпровідника (лавинний пробій).

Внутрішня електростатична емісія в напівпровідниках аналогічна
електростатичній емісії електронів з металу. Суть цього явища полягає в
тому, що під дією сильного електричного поля електрони можуть
звільнитися від ковалентних зв’язків і отримати енергію, достатню для
подолання високого потенційного бар’єру в області р-п переходу.
Рухаючись з більшою швидкістю на ділянці р-п переходу, електрони
стикаються з нейтральними атомами і іонізують їх. В результаті такої
ударної іонізації з’являються нові вільні електрони і дірки, які, у свою
чергу, розганяються полем і створюють зростаючу кількість носіїв струму.
Описаний процес носить лавиноподібний характер і приводить до значного
збільшення зворотного струму через р-п перехід. Таким чином, надмірно
збільшувати зворотну напругу не можна. Якщо вона перевищить максимально
допустиму для даного р-п переходу величину, то ділянка р-п переходу
проб’ється, а р-п перехід втратить властивість односторонньої
провідності (тепловою пробою).

Тепловий пробій р-п переходу відбувається унаслідок відривання валентних
електронів із зв’язків в атомах при теплових коливаннях кристалічної
решітки. Теплова генерація пар електрон-дірка приводить до збільшення
концентрації неосновних носіїв заряду і до зростання зворотного струму.
Збільшення струму, у свою чергу, приводить до подальшого підвищення
температури. Процес наростає лавиноподібно.

Електричний і тепловий пробої р-п переходу у багатьох випадках
відбуваються одночасно. При надмірному розігріванні переходу, коли
відбувається зміна структури кристала, перехід необоротно виходить з
ладу. Якщо ж при виникненні пробою струм через р-п перехід обмежений
опором зовнішньому ланцюгу і потужність, що виділяється на переході,
невелика, то пробій обернений. В цьому випадку можна управляти зворотним
струмом шляхом зміни зовнішньої напруги, що підводиться до переходу.

Аналіз вольтамперної характеристики р-п переходу дозволяє розглядати
його як нелінійний елемент, опір якого змінюється залежно від величини і
полярності прикладеної напруги (мал. 3.8, б). При збільшенні прямої
напруги опір р-п переходу зменшується. Із зміною полярності і величини
прикладеної напруги опір р-п переходу різко зростає. Отже, пряма
(лінійна) залежність між напругою і струмом (закон Ома) для р-п
переходів не дотримується. Нелінійні властивості р-п переходів лежать в
основі роботи напівпровідникових приладів, що використовуються для
випрямляння змінного струму, перетворення частоти, обмеження амплітуд і
т.д.

2. Температурні і частотні характеристики переходу. Еквівалентна схема
р-п-переходу

Температурні і частотні властивості р-п переходу

Властивості р-п переходу істотно залежать від температури навколишнього
середовища. При підвищенні температури зростає генерація пар носіїв
заряду – електронів і дірок, тобто збільшується концентрація неосновних
носіїв і власна провідність напівпровідника. Це наочно показують
вольтамперні характеристики германієвого р-п переходу, зняті при різній
температурі (мал. 3.9). Як видно з малюнка, при підвищенні температури
прямий і зворотний струми ростуть, а р-п перехід втрачає своя основна
властивість – односторонню провідність.

Залежність від температури зворотної гілки вольтамперної характеристики
визначається температурними змінами струму насичення. Цей струм
пропорційний рівноважній концентрації неосновних носіїв заряду, яка із
збільшенням температури зростає по експоненціальному закону.

Для германієвих і кремнієвих р-п переходів зворотний струм зростає
приблизно в 2-2,5 разу при підвищенні температури на кожні 10 °С.

Мал. 3.9. Вплив температури на вольтамперну характеристику р-п переходу

Прямий струм р-п переходу при нагріві зростає не так сильно, як
зворотний струм. Це пояснюється тим, що прямий струм виникає в основному
за рахунок домішкової провідності. Але концентрація домішок від
температури практично не залежить. Температурна залежність прямої гілки
вольтамперної характеристики визначається змінами струму і показника
експоненти.

Для германієвих приладів верхня температурна межа 70…90°С. У
кремнієвих приладів унаслідок більшої енергії, необхідної для відриву
валентного електрона від ядра атома, ця межа вища: 120… 150°С.

Властивості р-п переходу залежать також від частоти прикладеної напруги.
Це пояснюється наявністю власної ємності між шарами напівпровідника з
різними типами провідності.

При зворотній напрузі, прикладеній до р-п переходу, носії зарядів обох
знаків знаходяться по обидві сторони переходу, а в області самого
переходу їх дуже мало. Таким чином, в режимі зворотної напруги р-п
перехід є ємність, величина якої пропорційна площі р-п переходу,
концентрації носіїв заряду і діелектричної проникності матеріалу
напівпровідника. Цю ємність називають бар’єрною. При малій зворотній
напрузі, прикладеній до р-п переходу, носії зарядів протилежних знаків
знаходяться на невеликій відстані один від одного. При цьому власна
ємність р-п переходу велика. При збільшенні зворотної напруги електрони
все далі відходять від дірок по обидві сторони від р-п переходу і
ємність р-п переходу зменшується. Отже, р-п перехід можна
використовувати як ємність, керовану величиною зворотної напруги.

При прямій напрузі р-п перехід, окрім бар’єрної ємності, володіє так
званою дифузійною ємністю. Ця ємність обумовлена накопиченням рухомих
носіїв заряду. При прямій напрузі в результаті інжекції основні носії
заряду у великій кількості дифундують через знижений потенційний бар’єр
і, не встигнувши рекомбінувати, накопичуються в n- і р-областях. Кожному
значенню прямої напруги відповідає певна величина заряду накопиченого в
області р-п переходу.

Мал. 3.10. Еквівалентна схема p-n переходу

Дифузійна ємність не робить істотного впливу на роботу р-п переходу,
оскільки вона завжди зашунтована малим прямим опором переходу. Найбільше
практичне значення має бар’єрна ємність. У зв’язку з цим еквівалентна
схема р-п переходу (схема заміщення) для змінного струму має вигляд,
показаний на мал. 3.10. При зворотній напрузі дифузійна ємність відсутня
і має дуже велику величину. При роботі на високих частотах опір ємності
зменшується, і зворотний струм може пройти через цю ємність, не
дивлячись на велику величину опору. Це порушує нормальну роботу приладу,
оскільки р-п перехід втрачає властивість односторонньої провідності.
Тому для роботи на високих частотах використовуються в основному точкові
напівпровідникові прилади, у яких площа р-п переходу незначна і власна
ємність мала.

В даний час є напівпровідникові прилади, що успішно працюють в дуже
широкому діапазоні частот – до сотень мегагерц і вище.

3. Створення р-п-переходу

Всі електричні контакти можна розділити на три основні групи: омічні,
нелінійні і інжекторні. Залежно від призначення контакту до нього
пред’являються різні вимоги. Так, омічний контакт повинен володіти дуже
малим перехідним опором, не спотворювати форму сигналу, не створювати
шумів, мати лінійну вольтамперну характеристику. Подібні контакти
необхідні для з’єднання елементів схеми один з одним, з джерелами
живлення і т.д.

Нелінійні контакти використовуються для перетворення електричних
сигналів (випрямляння, детектування, генерування і т. п.). Вони мають
різко нелінійну вольтамперну характеристику, форма якої визначається
конкретним призначенням відповідного приладу. Інжектуючі контакти
володіють здатністю направляти носії зарядів тільки в один бік. Цей тип
контактів широко використовується в напівпровідникових приладах,
наприклад, в біполярних транзисторах .

Найбільшого поширення в напівпровідниковій техніці і мікроелектроніці
набули контакти типу напівпровідник – напівпровідник, а фізичні явища,
що відбуваються в зоні цих контактів, лежать в основі роботи більшості
напівпровідникових приладів.

Електричний перехід між двома областями напівпровідника, одна з яких має
електропровідність п-типу, а інша р-типу, називають електронно-дірковим,
або р-п переходом (мал. 3.1).

Електронно-дірковий перехід не можна створити простим зіткненням пластин
п- і р-типу, оскільки при цьому неминучий проміжний шар повітря, оксидів
або поверхневих забрудненні. Ці переходи отримують вплавленням або
дифузією відповідних домішок в пластинки монокристала напівпровідника, а
також шляхом вирощування р-п переходу з розплаву напівпровідника з
регульованою кількістю домішок. Залежно від способу виготовлення р-п
переходи бувають сплавними, дифузійними і ін.

Розглянемо явища, що виникають при електричному контакті між
напівпровідниками п- і р-типу з однаковою концентрацією донорних і
акцепторних домішок (мал. 3.2, а). Допустимо, що на межі розділу
(перетин х0) тип домішок різко змінюється (мал. 3.2, б).

Існування електронно-дірковогопереходу обумовлене відмінністю в
концентрації рухомих носіїв заряду електронної і дірчастої областей.

Мал. 3.1. Електронно-дірковий перехід

Унаслідок того що концентрація електронів в n-області вища, ніж в
р-області, а концентрація дірок в р-області вища, ніж в п -області, на
межі цих областей існує градієнт концентрацій носіїв, що викликає
дифузійний струм електронів з n-області в р-область і дифузійний струм
дірок з р-області в n-область (потік 2 на мал. 3.2, а). Окрім струму,
обумовленого рухом основних носіїв заряду, через границю розділу
напівпровідників можливий струм неосновних носіїв (електронів з
р-області в n-область і дірок з n-області в р-область). Потоки
неосновних носіїв на мал. 3.2, а позначені відповідно 3 і 4. Унаслідок
істотної відмінності в концентраціях основних і неосновних носіїв струм,
обумовлений основними носіями заряду, переважатиме над струмом
неосновних носіїв. Якби електрони і дірки були нейтральними, то дифузія
зрештою привела до повного вирівнювання їх концентрації за всім обсягом
кристалі. На самій же справі дифузійні струми через р-п перехід не
приводять до вирівнювання концентрації носіїв в обох частинах
напівпровідника. З мал. 3.2, видно, що відхід електронів з при
контактній n-області призводить до того, що їх концентрація тут
зменшується і виникає некомпенсований позитивний заряд іонів донорної
домішки. Так само в р-області унаслідок відходу дірок їх концентрація в
приконтактному шарі знижується (мал. 3.2, в) і тут виникає негативний
заряд іонів акцепторної домішки, що не компенсується. Таким чином, на
межі областей n- і р-типу утворюються два шару протилежних по знаку
зарядів. Область просторових зарядів, що утворилися, є р-n перехід. Його
ширина зазвичай не перевищує десятих доль мікрометра.

Просторові заряди в переході утворюють електричне поле, направлене від
позитивно заряджених іонів донорів до негативно заряджених іонів
акцепторів. Схема утворення електричного поля в р-n переході показана на
мал. 3.3, а і б. Це поле є гальмуючим для основних носіїв заряду і
прискорюючим для неосновних. Тепер будь-який електрон, що проходить з
електронної області в діркову, потрапляє в електричне поле, прагнучи
повернути його назад в електронну область. Так само і дірки, потрапляючи
з області р в електричне поле p-n переходу, будуть повернені цим полем
назад в р-область.

Що ж до неосновних носіїв заряду, то вони, здійснюючи хаотичний тепловий
рух (дрейфуючи), можуть потрапити в зону p-n переходу. В цьому випадку
прискорююче поле переходу виштовхне їх за межі переходу.

На мал. 3.3, в показаний розподіл напруженості поля в p-n переході.
Найбільша величина напруженості спостерігається в перетині х0, оскільки
через цей перетин проходять всі силові лінії, що починаються на
позитивних зарядах, розташованих лівіше х0. У міру видалення від х0
вліво кількість некомпенсованих позитивних зарядів зменшуватиметься,
отже, і напруженість поля зменшуватиметься. Аналогічна картина
спостерігається і при видаленні вправо від перетину х0. Якщо вважати, що
поле створюється тільки зарядами донорів і акцепторів, то зменшення
напруженості відбувається по лінійному закону.

Потенційна діаграма p-n переходу показана на мал. 3.3,г. За нульовий
потенціал умовно прийнятий потенціал шару.. При переміщенні від х0 до
перетину хп потенціал підвищується, а при переміщенні від х0 до хр –
знижується. За межами переходу поле відсутнє. Перепад потенціалу в
переході рівний контактній різниці потенціалів UK. Цей перепад зазвичай
називають потенційним бар’єром, оскільки він перешкоджає переміщенню
основних носіїв заряду.

Слід зазначити, що при кімнатній температурі деяка кількість основних
носіїв зарядів в кожній з областей напівпровідника володіє енергією,
достатньою для подолання потенційного бар’єру. Це призводить до того, що
через p-n перехід дифундує незначна кількість електронів і дірок,
утворюючи відповідно електронну і діркову складові дифузійного струму.
Крім того, через р-п перехід безперешкодно проходять неосновні носії
заряду, дірки з n-області і електрони з р-області, для яких електричне
поле р-п переходу є прискорюючим. Ці заряди утворюють відповідно
електронну і діркову складові дрейфового струму. Напрям дрейфового
струму неосновних носіїв протилежний напряму дифузійного струму основних
носіїв. Оскільки в ізольованому напівпровіднику щільність струму повинна
бути рівна нулю, то врешті-решт встановлюється динамічна рівновага, коли
дифузійний і дрейфовий потоки зарядів через р-п перехід компенсують один
одного.

Контрольні запитання:

Що таке р-n-перехід та як він створюється?

Що собою являє вольт-амперна характеристика р-n-переходу?

Що таке пробій переходу, види пробою?

Як впливає температура на характеристики р-n-переходу?

Як залежать властивості р-п переходу від частоти прикладеної напруги?

Що таке еквівалентна схема p-n переходу?

Інструкційна картка №3 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.1 Пасивні елементи електроніки

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Призначення коливального контуру;

Види коливальних контурів;

Основні характеристики коливального контуру.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Викреслювати схеми коливальних контурів;

Характеризувати схеми;

Визначати основні параметри схеми.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [5, с. 80-93].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Коливальні контури, їх використання

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Що являє собою коливальний контур?

Область застосування коливального контуру?

Основні параметри коливального контуру?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І. В

Теоретична частина: Пасивні елементи електроніки

План:

Коливальні контури, їх використання

Література

1. Коливальні контури, їх використання

Коливальний контур (рис. 1-28, а) являє собою широко розповсюджений
радіотехнічний пристрій, що складається з індуктивності L, ємності С і
активного опору r. Слід зазначити, що активний опір звичайно намагаються
зробити якомога меншим, але позбавитися його взагалі неможливо, оскільки
провідник завжди має якийсь опір. Проте, оскільки опір r дуже й дуже
малий, ним звичайно нехтують і на схемах не показують.

Коли конденсатор С коливального контура (рис. 1-28, б) спочатку
підімкнути до джерела живлення Е, а після того як він зарядиться,
перемкнути на котушку L, то конденсатор почне розряджатися і в колі
утворюється електричний струм, утворюючи навколо котушки магнітне поле.
Спочатку й струм, і магнітне поле збільшуються. При цьому силові лінії
поля перетинають витки котушки, наводячи в ній є. р. с. самоіндукції,
яка перешкоджає підсиленню струму. Однак струм все-таки досягає
максимального значення, і в цей момент вже не змінюється, а де означає,
що магнітне поле котушки виявляється постійним, магнітні силові лінії не
перетинають її витків, отже, е. р.с. самоіндукції дорівнює нулю. У цей
момент конденсатор розряджається повністю, запасена ним енергія, що
визначається за формулою

дорівнюватиме нулю, цілком перетворившись на енергію магнітного поля
котушки, що визначається як

Рис. 1-28. Вільні коливання в одиночному коливальному контурі:

а — коливальний контур; б — розряджання конденсатора; в — графік
затухаючих коливань.

Проте напруженість магнітного поля стає максимальною.

Тепер вже струм (після точки 1 на графіку) поступово зменшується. Як
тільки струм почне зменшуватись, магнітні силові лінії перетинають витки
котушки й наводять е. р. с. самоіндукції протилежного напрямку, причому
е. р. с. вже перешкоджає не зростанню, а зменшенню струму. Під дією
енергії магнітного поля струм продовжує проходити в тому самому напрямку
і зменшуватись, конденсатор перезаряджається, напруга на ньому,
напрямлена проти е. р. с. котушки, підвищується. У деякий момент (точка
2 на рис. 1-28, в) струм у контурі дорівнюватиме нулю, а напруга на
конденсаторі досягне максимального значення. Отже, розглядуваний контур
прийде в початковий стан, і далі процес розвиватиметься, як вже було
описано (тільки напрямок струму тепер буде протилежний) і т. д.

Таким чином, у розглядуваному контурі утворюються гармонічні
електромагнітні коливання.

Важливо зазначити, що цей процес не є скінченним, оскільки частина
енергії все-таки втрачається. Коливання поступово, як кажуть, затухають,
про що свідчить і характер кривої на рис. 1-28, в. Енергія втрачається в
активному опорі проводів, розсіюється магнітним полем котушки,
витрачається в діелектрику конденсатора. Зрештою після ряду коливань
процес припиняється. Подібні коливання називають ще вільними, через те
що контур не зазнає ззовні ніяких дій (крім первинного заряду
конденсатора).

Коли розглядати процеси в коливальному контурі з енергетичного погляду,
то маємо справу з обміном енергією між конденсатором і котушкою. Енергія
електричного поля конденсатора, яку можна вважати потенціальною
(оскільки вона зумовлена нерухомими електричними зарядами), переходить в
енергію магнітного поля котушки — кінетичну (через те що вона пов’язана
з зарядами, що рухаються), і навпаки. В результаті кожного такого обміну
частина енергії втрачається безповоротно, і процес зрештою припиняється.

Час, протягом якого здійснюється повний цикл обміну енергією (точка 3 на
рис 1-28, в), називається періодом коливань. Якщо нехтувати активним
опором r, то період коливання можна визначити за формулою

Число коливань за секунду називають частотою і знаходять за формулою

Вимушені коливання в коливальному контурі

Коли коливальний контур піддати зовнішнім діям, наприклад, як це часто
робиться на практиці, підімкнути до нього джерело змінної е. р. с. —
генератор, то коливання її такому контурі вже не будуть вільними.
Генератор як би нав’язує контуру спою частоту електричних коливань, і
тому такі коливання називають вимушеними.

На рис. І-29,а зображено так званий послідовний коливальний контур,
елементи якого з’єднані між собою послідовно.

Рис. 1-29. Послідовний коливальний контур (а) і графік залежності
реактивних опорів від частоти (б).

Частоту генератора або значення L і С, можна зробити однаковими
індуктивний і ємнісний опори. Тоді загальний опір контура виявиться
найменшим z = r, а струм у контурі, природно, досягне максимального
значення. Напруги на котушці і на конденсаторі дорівнюють одна одній,
напрямлені протилежно і, отже, компенсують одна одну. Отже, струм
визначається тільки активним опором і внутрішнім опором генератора. Цей
режим дістав назву резонансу напруг.

Опір котушки і конденсатора при резонансі напруг називають хвильовим,
тобто

У послідовному контурі струм через індуктивність і ємність загальний,
напруга. на індуктивності випереджає його по фазі па 90°, а на ємності
відстає так само на 90° (таким чином, зсув між ними 180°). Ця напруга в
режимі резонансу визначається за формулою

Відношення ?/r називають добротністю (якістю) контура і позначають
буквою Q. Тоді можна записати, що при резонансі

Отже, резонанс напруги настає тоді, коли частота вимушених коливань
(частота генератора) стає однаковою з частотою вільних коливань контура.
Тому частоту вільних коливань контура називають резонансною частотою.
Кожний коливальний контур має свою резонансну частоту, яка залежить від
його параметрів L і С.

У паралельному коливальному контурі (рис. 1-30) так само утворюються
вимушені електричні коливання, але реактивний опір контура змінюється
інакше, ніж у розглянутому раніше випадку. На низьких частотах
індуктивний опір менший від ємнісного і більша частина струму проходить
по індуктивній гілці. Загальний реактивний опір контура в цьому випадку
має індуктивний характер. При дуже високих частотах ємнісний опір менше
від індуктивного, основна частина струму проходить через ємність,
загальний реактивний опір контура носить ємнісний характер.

Рис. 1-30. Паралельний коливальний контур.

Як і в послідовному контурі, тут можна, змінюючи значення L, С або
частоту генератора, підібрати їх так, щоб ємнісний опір дорівнював
індуктивному. В ньому випадку в паралельному контурі настає режим, який
дістав назву резонансу струмів.

Контрольні запитання:

Що являє собою коливальний контур?

Область застосування коливального контуру?

Основні параметри коливального контуру?

Інструкційна картка №4 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.2 Напівпровідникові діоди

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Призначення стабілітрона;

Будову та принцип дії;

Основні параметри стабілітрона;

ІІІ. Студент повинен уміти:

Викреслювати схеми стабілізації напруги;

Розшифровувати умовні позначення стабілітронів.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [4, с. 45-49], [6, с. 31-39].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Кремнієві стабілітрони. Будова, принцип дії, галузі використання.
Високочастотні діоди.

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Що називається стабілітроном?

Основними параметрами стабілітрона?

Як графічно позначається стабілітрон на принципіальних електричних
схемах?

Привести схему стабілізації напруги.

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І. В.

Теоретична частина: Напівпровідникові діоди

План:

Кремнієві стабілітрони. Будова, принцип дії, галузі використання.
Високочастотні діоди.

Література

1. Кремнієві стабілітрони. Будова, принцип дії, галузі використання.
Високочастотні діоди

Стабілітронами називаються площинні кремнієві діоди, у яких в зворотній
гілці їх вольт-амперної характеристики (мал. 2.13,6) є ділянка з великою
крутизною, в межах цієї ділянки напруга трохи змінює свою величину при
зміні протікаючого струму.

Робота стабілітрона в межах даної ділянки вольт-амперної характеристики,
що називаэться робочою ділянкою дозволяє використовувати його не тільки
в стабілізаторах напруги, але також і в різних електронних схемах, як,
наприклад в схемах амплітудного обмеження і для створення опорної
(еталонної) напруги.

Умовне позначення стабілітрона приведене на мал. 2.13, а.

Мал. 2.13

Робоча ділянка вольт-амперної характеристики стабілітрона обумовлюється
пробоєм його p-n-переходу. Механізм пробою в стабілітронах залежно від
їх призначення може бути тунельним, лавинним або змішаним. У
стабілітронів з робочою напругою до 3-4 В відбувається тунельний пробій,
а з робочою напругою більше 7 В виникає лавинний пробій. У області від 3
до 7 В пробій обумовлюється сумісною дією тунельного і лавинного
механізмів.

Для отримання лавинного пробою ширина р-п-переходу повинна бути більше
довжини вільного пробігу неосновних носіїв заряду. Ця умова виконується
в діодах, виконаних на кремнієвій основі, оскільки рухливість носіїв в
кремнії менша, ніж в германії.

Напруга, при якій відбувається лавинний пробій, залежить від питомого
опору кремнію. Із зростанням питомого опору напруга лавинного пробою
збільшується. Підбором питомого опору можна створити стабілітрони на
потрібну величину напруги стабілізації.

Вибір кремнію для виробництва стабілітронів обумовлений тим, що у нього
на відміну від германію малий зворотний струм в передпробійній області,
крім того, вольт-амперна характеристика має різкий злам в області
пробою. Кремнієві діоди витримують більші зворотні напруги, чим
германієві.

Основними параметрами стабілітрона є:

1. Напруга стабілізації UCT – падіння напруги на стабілітроні при
протіканні заданого струму стабілізації – визначається значенням
номінального струму стабілізації. Оскільки робочу ділянку вольт-амперної
характеристики має деякий нахил, напруга стабілізації відрізняється від
напруги, при якій відбувається пробій p-n-переходу. Тому напруга
стабілізації визначається значенням номінального струму стабілізації Iст
(точка А на мал. 2.13,6).

2. Номінальний струм стабілізації Iст – значення струму, що протікає
через стабілітрон, що визначає напругу стабілізації.

3 Мінімально допустимий струм стабілізації ICTmin – струм, при якому
забезпечується надійне виникнення пробою p-n-переходу. Мінімально
допустимий струм коливається в межах 1-3 мА.

4. Максимально допустимий струм стабілізації Iстmах – струм, при якому
потужність розсіяння на стабілітроні не перевищує максимально допустиму
потужність стабілітрона. Максимально допустимий струм залежно від типу
стабілітрона лежить в межах від 20 мА до 1,5 А.

5. Диференціальний, або динамічний, опір Rст – величина, що визначається
відношенням приросту напруги стабілізації на стабілітроні до того, що
викликав його малому приросту струму:

RCT=?Ucт/?Icт.

Динамічний опір визначає нахил вольт-амперної характеристики
стабілітрона. Величина коливається від одиниці до десятків омів.

6. Температурний коефіцієнт напруги стабілізації – величина, що
визначається відношенням відносної зміни напруги стабілізації до
абсолютної зміни температури навколишнього середовища при постійному
струмі стабілізації напруги.

Мал. 2.24

Температурний коефіцієнт напруги стабілізації виражається в %/град і
визначається залежністю

Температурний коефіцієнт напруги стабілізації при тунельному пробої
негативний. Це пояснюється тим, що напруга тунельного пробою
визначається шириною забороненої зони напівпровідника. Чим менше ширина
забороненої зони, тим менше напруга тунельного пробою. Із зростанням
температури ширина зони зменшується а, отже, зменшується напруга пробою.

При лавинному пробої температурний коефіцієнт напруги стабілізації
позитивний, оскільки з підвищенням температури зменшується довжина
вільного пробігу носіїв і напруга пробою збільшується.

Температурний коефіцієнт напруги стабілізації коливається в межах
0,05-0,15 %/град. Для зниження TKU створюють температурно-компенсаційні
стабілітрони, в яких послідовно з р-n-переходом стабілітрона підключають
один або декілька р-n -переходов з протилежним по знаку TKU.

Таким шляхом вдається отримати стабілітрони з TKU, що не перевищують
0,001 %/град.

7. Максимально допустима розсіювана потужність стабілітрона Рстmax – це
потужність, при якій забезпечується задана надійність роботи
стабілітрона. Максимально допустима потужність стабілітронів, що
випускаються промисловістю, коливається від 250 мВт до 50 Вт.

На мал. 2.14 представлена проста схема стабілізації напруги постійного
струму. Така схема здійснює стабілізацію напруги як при зміні вхідної
напруги, так і при зміні опору навантаження.

Наприклад, якщо вхідна напруга зросте, то збільшується і струм
стабілітрона, а звідси зросте струм I0 і падіння напруги на
обмежувальному опорі Rorp. Прирости напруги ?UВХ і ?IORorp взаємно
компенсуються, а UBX зберігається на заданому рівні.

Величину обмежувального резистора можна обчислити за формулою

На мал. 2.15 приведена і пояснена робота схеми стабілізації напруги
змінного струму.

Мал. 2.15

За час позитивних напівперіодів вхідної напруги стабілітрон VD1
відкритий, а стабілітрон VD2 вихідна напруга обмежує по амплітуді на
рівні напруги стабілізації. За час негативних напівперіодів вхідної
напруги вихідна напруга буде обмежена по амплітуді на рівні напруги
стабілізації стабілітрона VD1. Таким чином, вихідну напругу приймає вид
змінної напруги трапецеїдальної форми, амплітуда якої визначається
напругою стабілізації вживаних стабілітронів і не залежить від амплітуди
вхідної напруги. Стабілізацію постійної напруги можна також отримати за
допомогою діода, включеного в прямому напрямі. Кремнієві діоди,
призначені для цієї мети, називають стабісторами. Для виготовлення
стабісторів застосовують кремній з більшою концентрацією домішок. На
відміну від стабілітронів стабістори мають малу напругу стабілізації
(близько 0,7 В). Для розширення діапазону напруги стабілізації
використовують послідовне з’єднання в одному корпусі декілька
стабісторів. Параметри стабісторів аналогічні стабілітронам, а їх
максимальний струм, потужність і теплові характеристики ті ж що і у
випрямних діодів.

Маркування кремнієвих стабілітронів складається з чотирьох елементів.

Перший елемент – буква К або цифра 2.

Другий елемент – буква С.

Третій елемент – число, указує призначення і електричні властивості
стабілітрона.

Для стабілітронів малої потужності Рстmах = 0,3 Вт для напруги
стабілізації 0,1-9,9 В, 10-99 В і 100-199 ставлять числа відповідно 101
– 199, 210-299 і 300-399, Для стабілітронів середньої потужності (0 Вт 5 Вт) на
ту ж напругу ставлять числа відповідно 01-799, 810-899 і 900-999.

Четвертий елемент позначення – буква, що вказує на різновид
стабілітрона.

Контрольні запитання:

Що називається стабілітроном?

Основними параметрами стабілітрона?

Як графічно позначається стабілітрон на принципіальних електричних
схемах?

Привести схему стабілізації напруги.

Інструкційна картка №5 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.2 Напівпровідникові діоди

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Способи з’єднання діодів;

Призначення варикапа

Основні параметри варикапа.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Будувати схеми з’єднання діодів;

Використовувати при побудові схем варикапи.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [2, с. 145-148].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Схеми з’єднання діодів

Варикапи.

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Які використовуються способи з’єднання діодів при розробці схем
випрямлячів?

Що таке варикап?

Будова та призначення варикапа?

Які основні параметри варикапа?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Напівпровідникові діоди

План:

Схеми з’єднання діодів

Варикапи.

Література

1. Схеми з’єднання діодів

Мал. 9.3. Паралельне (а) і послідовне (б) з’єднання випрямних діодів.

При розробці схем випрямлячів може виникнути необхідність отримати
випрямлений струм, що перевищує граничне допустиме значення для одного
діода. В цьому випадку застосовують паралельне включення однотипних
діодів (мал. 9.3, а).

Для вирівнювання струмів, що протікають через діоди, послідовно з
діодами включаються омічні додаткові резистори близько декілька Ом. Це
дозволяє штучно зрівняти прямі опори діодів, які для різних зразків
приладів можуть бути істотно різними.

У високовольтних ланцюгах часто використовують послідовне з’єднання
діодів (мал. 9.3, б). При такому з’єднанні напруга розподіляється між
всіма діодами. Для забезпечення надійної роботи діодів паралельно
кожному з них слід включити резистор (близько 100 кОм) для вирівнювання
зворотних опорів, В цьому випадку напруга на всіх діодах буде рівною.

2. Варикапи

Варикапами називають напівпровідникові діоди, у яких використовується
бар’єрна ємність замкнутого р-п-прехода, що залежить від величини
прикладеної до діода зворотної напруги. Конструкція варикапа показана на
рис, 9.12. У кристал кремнію 5 з однієї його сторони вплавляють у
вакуумі алюмінієвий стовпчик 4 для отримання р – п -перехода, а з іншого
боку – сплав золото – сурма для отримання омічного контакту 6. Ця
структура вплавляється у вакуумі в коваровий позолочений кристалотримач
7. До алюмінієвого стовпчика прикріплений внутрішній вивод 5. З’єднання
кристалотримача з балоном 3 і виводом 1 здійснюється сплавом у водні.

Рис 9.14 Дія зволротньої напруги на р – п-перехід:

а – подвійний шар зарядів в р – п-переході; б – зміна потенціалу ?
уздовж переходу; в – зміна щільності об’ємного заряду р.

Для використання властивостей варикапа до нього необхідно підвести
зворотну напругу (мал. 9,13)

Як відомо, за відсутності зовнішньої напруги між областями р і п існує
контактна різниця потенціалів (потенційний бар’єр) і внутрішнє
електричне поле. Якщо до діода прикласти зворотну напругу (рис, 9.14,
а), то висота потенційного бар’єру між областями р і п зросте на
величину прикладеної напруги (мал. 9,14, б), зросте і напруженість
електричного поля в р – n-переході.

Рис, 9.12. Конструкція варикапа.

Мал. 9.13. Схема включення варикапа.

Зовнішня зворотна напруга відштовхує електрони глибше всередину області
п, а дірки – всередину області р. В результаті відбувається розширення
області р – n-переходу і тим більше, чим вище напруга (мал. 9.14, б і
в).

Таким чином, зміна зворотної напруги, прикладеної до р, – n-переходу,
приводить до зміни бар’єрній ємності між областями р і п.

Ширина р – п-переходу залежить від величини прикладеної до нього
напруги, отже, бар’єрна ємність залежить від напруги: при зростанні
замикаючої напруги ширина р – n-переходу збільшується, а його бар’єрна
ємність зменшується .

Основною характеристикою варикапа є залежність його ємності від величини
зворотної напруги (вольт-фарадна характеристика). Типова характеристика
показана на мал. 9.15. Залежно від призначення величина номінальної
ємності варикапів може бути в межах від декількох пікофарад до сотень
пікофарад.

Мал. 9.15. Залежність ємності варикапа від величини зворотної напруги.

Мал. 9.16. Схеми електронної настройки коливальних контурів

Залежність ємності варикапа від прикладеної напруги визначається
технологією виготовлення р – п-переходу.

Параметри варикапів:

Номінальна ємність – ємність між виводами варикапа при номінальній
напрузі зсуву.

Максимальна ємність – ємність варикапа при заданій мінімальній напрузі
зсуву.

Мінімальна ємність – ємність варикапа при заданій максимальній напрузі
зсуву.

Коефіцієнт перекриття – відношення максимальної ємності діода до
мінімальної.

Добротність – відношення реактивного опору варикапа до повного опору
втрат, зміряне на номінальній частоті при температурі 20° С.

Максимально допустима напруга – максимальне миттєве значення змінної
напруги, що забезпечує задану надійність при тривалій роботі.

Температурний коефіцієнт ємності (ТКЕ) – відношення відносної зміни
ємності при заданій напрузі до того, що викликав його абсолютній зміні
температури навколишнього середовища.

Максимально допустима потужність – максимальне значення потужності, що
розсіюється на варикапі, при якому забезпечується задана надійність при
тривалій роботі.

Основне застосування варикапа – електронна настройка коливальних
контурів. На рис, 9.16, а приведена схема включення варикапа в
коливальний контур. Контур утворений індуктивністю і місткістю варикапа
Св. Розділовий конденсатор Ср служить для того, щоб індуктивність не
шунтувала варикап по постійному струму. Ємність конденсатора Ср повинна
бути в декілька десятків разів більше ємності варикапа.

Дана схема має істотний недолік – напруга високої частоти впливає на
варикап, змінюючи його ємність. Це веде до розладу контура. Включення
варикапів по схемі, показаній на мал. 9.16, б, дозволяє значно зменшити
розлад контура при дії змінної напруги. Тут варикапи включені по високій
частоті послідовно назустріч один одному. Тому при будь-якій зміні
напруги на контурі ємність одного варикапа збільшується, а іншого
зменшується. По постійній напрузі варикапи включені паралельно.

Найбільший випрямлений струм – найбільше допустиме середнє значення
випрямленого струму за період.

Пряме падіння напруги – напруга на діоді при встановленому випрямленому
струмі, що протікає через нього .

Найбільша зворотна напруга – напруга, яка може бути прикладене до діода
у зворотному напрямі протягом тривалого часу без небезпеки порушення
нормальної роботи діода.

Найбільший зворотний струм – струм через діод у зворотному напрямі при
прикладеному до нього найбільшій допустимій зворотній напрузі.

Найбільша допустима потужність розсіювання – допустиме значення
розсіюваної потужності, при якій забезпечується задана надійність при
тривалій роботі діода.

Діапазон частот – смуга частот, в межах якої випрямлений струм, діода не
зменшується нижче заданого рівня.

Контрольні запитання:

Які використовуються способи з’єднання діодів при розробці схем
випрямлячів?

Що таке варикап?

Будова та призначення варикапа?

Які основні параметри варикапа?

Інструкційна картка №6 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.2 Напівпровідникові діоди

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Призначення та конструкцію світлодіода;

Призначення та конструкцію фотодіода;

Маркування.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Визначати приналежність елемента за його умовними позначеннями;

Використовувати при побудові схем фото- та світлодіоди.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Фотодіоди, світлодіоди

Їх будова, принцип дії, маркування

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Що називають фотодіодом?

Що таке світлодіод?

Принцип роботи та призначення фото- та світло діодів?

Яким чином відбувається маркування?

ІХ. Підсумки опрацювання

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Напівпровідникові діоди

План:

Фотодіоди, світлодіоди

Їх будова, принцип дії, маркування

Література

1. Фотодіоди, світло діоди

Напівпровідниковий фотодіод – це напівпровідниковий діод, зворотний
струм якого залежить від освітленості. Зазвичай як фотодіод
використовують напівпровідникові діоди з p-n переходом, який зміщений у
зворотному напрямі зовнішнім джерелом живлення.

При поглинанні квантів світла в p-n переході або в прилеглих до нього
областях утворюються нові носії заряду. Неосновні носії заряду, що
виникли в областях, прилеглих до p-n переходу на відстані, що не
перевищує дифузійної довжини, дифундують в p-n перехід і проходять через
нього під дією електричного поля. Тобто зворотний струм при освітленні
зростає. Поглинання квантів безпосередньо в p-n переході приводить до
аналогічних результатів. Величина, на яку зростає зворотний струм,
називається фотострумом.

Властивості фотодіода можна охарактеризувати наступними
характеристиками.

а) вольт-амперна характеристика фотодіода є залежністю світлового струму
при незмінному світловому потоці і темнового струму Iтемн від напруги.

б) світлова характеристика фотодіода, тобто залежність фотоструму від
освітленості, відповідає прямій пропорційності фотоструму від
освітленості. Це обумовлено тим, що товщина бази фотодіода значно менше
дифузійної довжини неосновних носіїв заряду. Тобто практично всі
неосновні носії заряду, що виникли в базі, беруть участь в утворенні
фотоструму.

г) спектральна характеристика фотодіода – це залежність фотоструму від
довжини хвилі падаючого світла на фотодіод. Вона визначається з боку
великих довжин хвиль шириною забороненої зони, при малих довжинах хвиль
великим показником поглинання і збільшення впливу поверхневої
рекомбінації носіїв заряду із зменшенням довжини хвилі квантів світла.
Тобто короткохвильова межа чутливості залежить від товщини бази і від
швидкості поверхневої рекомбінації. Положення максимуму в спектральній
характеристиці фотодіода сильно залежить від ступеня зростання
коефіцієнта поглинання.

д) постійна часу – це час, протягом якого фотострум фотодіода змінюється
після освітлення або після затемнення фотодіода в е разів (63%) по
відношенню до сталого значення.

е) темновоє опір – опір фотодіода у відсутність освітлення.

ж) інтегральна чутливість

з) інерційність.

Існує 3 фізичних чинника, впливаючих на інерційність:

1) час дифузії або дрейфу нерівноважних носіїв через базу t ;

2) час прольоту через p-n перехід

3) час перезарядки бар’єрної ємкості p-n переходу, що характеризується
постійною часу RСбар .

Товщина p-n переходу, залежна від зворотної напруги і концентрації
домішок в базі, зазвичай менше 5 мкм. RCбар визначається бар’єрною
ємкістю p-n залежною від напруги і опору бази фотодіода при малому опорі
навантаження в зовнішньому ланцюзі. Величина RСбар порядка декілька
наносекунд.

Світлодіод – це напівпровідниковий прилад, що здатен перетворювати
електричну енергію безпосередньо у світлову. За своєю структурою,
світлодіод подібний до звичайного напівпровідникового діоду, так само як
і будь який напівпровідниковий діод, світлодіод має властивість
односторонньої електропровідності, але, при протіканні електричного
струму у “прямому” напрямі, на кристалі, в зоні контакту
напівпровідників різного типу провідності, виникає світіння. Довжина
світлової хвилі, яку ми сприймаємо як колір, залежить лише від
структурних та хімічних особливостей напівпровідників. Ніякі зміни
характеристик струму живлення світлодіода ( сила струму, частота,
напруга ) не можуть вплинути на довжину хвилі випромінюваного світла.

HYPERLINK
“http://4.bp.blogspot.com/__e4IkC9uGNM/SThVCN3pvII/AAAAAAAAA6s/ykW-f-dfz
xs/s1600-h/%D1%81%D0%B2%D1%96%D1%82%D0%BB%D0%BE%D0%B4%D1%96%D0%BE%D0%B41
.gi”
????????????????????????????????????????????????????????????????????????
?????????•??

Та немає таких обмежень, які б не спробувала здолати конструкторська
думка. Ніщо не заважає розмістити у одному корпусі кілька кристалів з
різним кольором світіння. Першими були створені двокольорові
світлодіоди. Конструктори скористались тим, що світлодіод здатен
проводити струм лише у одному напрямі, розмістивши на одній основі два
кристали, під’єднані до виводів живлення зустрічно.

Зі зміною полярності живлення змінюється колір світіння з червоного на
зелений. Здатність ока утримувати зорові образи, на якій побудована
техніка кіно і телебачення, дозволила підбираючи співвідношення
тривалостей імпульсів протилежної полярності змінювати пропорції
червоного та зеленого отримуючи проміжні кольори як видно з діаграми
кольорів, це всі відтінки жовтого.

Діаграма кольорів також показує, що отримати біле світло можна змішуючи
світло червоного, зеленого та синього світлодіодів, проблема лише в
тому, що сині світлодіоди до недавнього часу було неможливо виготовити.

Нині проблема вирішена, серійно виробляються світлодіодні RGB сборки ,
так звані RGB світлодіоди , але їх сфера використання в основному
багатокольорові дисплеї та рекламні табло.

Технологічно виявилось можливим виготовити світлодіоди жовтого кольору
світіння, діаграма кольорів підказує можливість отримання білого світла
змішуючи жовте з синім.

Необхідність використання кількох кристалів суттєво здорожує технологію.

Тому найбільшого розповсюдження серед світлодіодів білого світіння
набули світлодіоди з люмінофорним покриттям, саме вони стоять у всіх
китайських ліхтариках, саме ці світлодіоди мають на увазі кажучи про
“білі світлодіоди”. Головна перевага світлодіодів з люмінофорами – їх
дешевизна.

За принципом дії такі світлодіоди подібні до люмінесцентних ламп. На
кристал фіолетового, або ультрафіолетового світлодіода наноситься
покриття люмінофору, що під дією ультрафіолетового випромінення починає
світитися сам, але вже білим світлом. Зрозуміло, так само як вигоряє
люмінофор люмінесцентних ламп, зменшуючи світловіддачу, вигоряє і
люмінофор світлодіода. Фактично, світлодіоди невисокої якості за 2 – 3
місяці зменшують світловіддачу вдвоє.

Ознакою гарної якості є рівномірність нанесення шару люмінофору та його
хімічна чистота. Якщо з десятка вибраних світлодіодів половина
відрізняється відтінками кольору, висока ймовірність того, що
зв’язуватись з цією партією не варто.

Друга важлива складова – електричні та теплові параметри. Якщо через
світлодіод пропускати більший струм, ніж той на який він розрахований,
світлодіод світитиме яскравіше, але внаслідок виділення тепла кристал
швидко деградує. Замість сотень тисяч годин світлодіод пропрацює
десятки, поступово втрачаючи яскравість.

У бідь якому разі над яскраві світлодіоди не є джерелами холодного
світла, не зважаючи на відсутність в них ниті розжарювання – вони
нагріваються під час роботи. Ефективність тепловідведення дуже важлива
для світлодіода. Цю особливість слід враховувати при проектуванні.

Ще одна відмінність світлодіоду віл звичайних ламп розжарювання –
виражена нелінійність вольт – амперної характеристики. Невеличкі зміни
напруги живлення призводять до значних коливань струму.

2. Їх будова, принцип дії, маркування

Контрольні запитання:

Що називають фотодіодом?

Що таке світлодіод?

Принцип роботи та призначення фото- та світло діодів?

Яким чином відбувається маркування?

Інструкційна картка №7 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.3 Транзистори. Тиристори

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Як впливає температура на роботу транзистора;

Вплив частоти на транзистор;

Переваги та недоліки роботи транзистора в ключовому режимі.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Вибирати транзистори, на які впливає температура та частота;

Застосовувати транзистор в режимі ключа.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [2, с. 134-139].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Температурні і частотні характеристики транзисторів.

Транзистор у режимі ключа.

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Який має вплив температура на роботу транзистора?

Частотні властивості транзистора?

В чому суть роботи транзистора в ключовому режимі?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Транзистори. Тиристори

План:

Температурні і частотні характеристики транзисторів.

Транзистор у режимі ключа.

Література

1. Температурні і частотні характеристики транзисторів

Діапазон робочих температур транзисторів, що визначається властивостями
р-п переходів, такий же, як і у напівпровідникових діодів. Особливо
сильно на роботу транзисторів впливає нагрів і менш істотно –
охолоджування (до – 60°С). Дослідження показують, що при нагріві від 20
до 60° З параметри площинних транзисторів змінюються таким чином: rк
падає приблизно удвічі, rб – на 15-20%, а rе зростає на 15-20%. Уявлення
про вплив нагріву на h- параметри дають графіки мал. 7.17, а, побудовані
для малопотужного площинного транзистора, включеного по схемі із
загальною базою. Окрім зміни значення основних параметрів транзистора,
нагрів викликає зсув вихідних характеристик і зміна їх нахилу (мал.
7.17, б), що також порушує нормальну роботу приладу.

Мал. 7.17. Вплив температури на h-параметри малопотужного площинного
транзистора (а) і форму його вихідних характеристик (б)

Особливо істотний вплив на роботу транзистора при нагріві надає струм
Iкбо. Наближене значення струму при нагріві можна визначити з рівності

де Iкбоt , – величина Iкбо при підвищеній температурі; IкБон – величина
Iкбо при нормальній температурі (20 °С); ? – різниця температур при
нагріві транзистора.

Для практичних розрахунків можна прийняти, що при підвищенні температури
на кожні 10°С струму Iкбо зростає приблизно удвічі.

Нестабільність режиму транзистора, обумовлена струмом Iкбо дуже істотна,
оскільки зворотний струм колектора в значній мірі впливає на струми
емітера і колектора, а, отже, на підсилювальні властивості транзистора.

Найчастіше для роботи при підвищених температурах застосовуються
кремнієві транзистори. Гранична робоча температура у цих приладів
складає 125…150°С. З цією ж метою використовується і ряд нових
напівпровідникових матеріалів, з яких особливий інтерес представляє
карбід кремнію. Прилади, виготовлені на карбіді кремнію, зможуть
нормально працювати до температур 500…600°С.

На частотні властивості транзисторів більший вплив роблять ємності р-п
переходів. Із збільшенням частоти опір ємності зменшується і шунтуюча
дія ємностей зростає. Тому Т-образна еквівалентна схема транзистора на
високих частотах, окрім чисто активних опорів rе, rб і rк, містить
ємності Се і Ск, що шунтують емітерний і колекторний переходи. Особливо
шкідливий вплив на роботу транзистора надає ємність Ск оскільки на
високих частотах опір ємності 1/?0СК виявляється значно менше, ніж опір
rк, і колекторний перехід втрачає свої основні властивості. В даному
випадку вплив ємності Ск аналогічно впливу ємності, що шунтує р-п
перехід в площинному напівпровідниковому діоді.

Другою причиною погіршення роботи транзистора на високих частотах є
відставання по фазі змінного струму колектора від змінного струму
емітера. Це обумовлено інерційністю процесу проходження носіїв заряду
через базу від емітерного переходу до колекторного, а також інерційністю
процесів накопичення і всмоктування зарядів в базі.

Час прольоту носіїв через базу ?пр у звичайних транзисторів складає
приблизно 0,1 мкс. Звичайно, це час дуже мало, але на частотах порядку
одиниць – десятків мегагерц стає помітним деяке зрушення фаз між
змінними складовими струмів Іе і Ік. Це приводить до збільшення змінного
струму бази і, як наслідок, до зниження коефіцієнта посилення по струму.

Це явище ілюструється векторними діаграмами, приведеними на мал. 7.18.
Перша з них відповідає низькій частоті, на якій всі струми практично
співпадають по фазі, а коефіцієнт ? має найбільшу величину.

Мал. 7.IS. Векторні діаграми струмів транзистора на різних частотах фаз
ф між цими струмами.

Оцінюючи частотні властивості транзистора, слід враховувати також, що
дифузія процес хаотичний. Неосновні носії зарядів, інжектовані емітером
в базу, пересуваються в ньому різними шляхами. Тому носії, бази, що
одночасно увійшли до області, досягають колекторного переходу в різний
час. Таким чином, закон зміни струму колектора може не відповідати
закону зміни струму емітера, що приводить до спотворення підсилюваного
сигналу.

Необхідно відзначити, що із збільшенням частоти коефіцієнт ? зменшується
значно сильніше, ніж ?. Коефіцієнт ? знижується лише унаслідок впливу
ємності Ск, а на величину ? впливає, окрім цього, ще і зрушення фаз між
Ік і Іе. Отже, схема із загальною базою має кращі частотні властивості,
чим схема із загальним емітером.

Для визначення коефіцієнтів посилення потоку на частоті f можуть бути
використані формули:

Для розширення частотного діапазону транзисторів необхідно збільшувати
швидкість переміщення неосновних носіїв зарядів через базу, зменшувати
товщину шару бази і колекторну ємність. При виконанні цих умов
транзистори (наприклад, дрейфові) можуть успішно працювати на частотах
близько десятків і сотень мегагерц.

2. Транзистор у режимі ключа

Найважливішими елементами сучасних схем автоматики і електронних
обчислювальних машин є пристрої релейного типу. Головна особливість їх
полягає в тому, що під впливом вхідного сигналу режим роботи таких
пристроїв різко (стрибкоподібно) міняється. Це дозволяє здійснювати
перемикання, або комутацію, різних електричних ланцюгів схеми.

Перемикаючі пристрої релейного типу володіють двома стійкими
положеннями, які можуть розглядатися як положення «включено» і
«вимкнено». По аналогії з двійковим численням в математиці, в якому
існує тільки два дискретні значення «0» і «1», такі пристрої часто
називаються також двійковими елементами.

Транзистор є одним з найбільш поширених елементів безконтактних
перемикаючих пристроїв. Режим роботи транзистора в перемикаючому
пристрої зазвичай називають ключовим. Цей режим характерний тим, що
транзистор в процесі роботи періодично переходить з відкритого стану
(режиму насичення) в замкнуте (режим відсічки) і навпаки, що відповідає
двом стійким станам перемикаючого пристрою.

На мал. 7.19 зображена проста схема ключа на транзисторі рпр, включеному
по схемі із загальним емітером.

Замикання транзистора (режим відсічки) спостерігається у тому випадку,
коли обидва р-п переходи (емітерний і колекторний) закриті. Для цього
достатньо, щоб зворотна напруга на цих переходах була близька до нуля
(близько 0,05…0,1 В). З схеми мал. 7.19 видно, що для замикання
транзистора типу рпр потрібно подати на його вхід таку напругу, щоб
потенціал бази був вищий за потенціал емітера, тобто щоб напруга між
базою і емітером задовольняла нерівність UБЕ?0 (для транзисторів типу
npn ознака цієї нерівності буде зворотною).

Напруга на колекторі замкнутого транзистора рівна

де IкБо- зворотний струм колектора.

У замкнутому стані транзистор може знаходитися необмежено довго. Вивести
його з цього стійкого стану можна тільки за рахунок зовнішніх дій,
наприклад шляхом подачі на вхід транзистора типу рпр запускаючого
імпульсу негативної полярності.

Мал. 7.19. Ключова схема на транзисторі

Другим стійким станом є режим насичення відкритого транзистора.

Мал. 7.20. Графічне пояснення роботи транзистора в ключовому режимі: І –
режим відсічки; // – активний режим; /// – режим насичення

Насичення наступає у тому випадку, коли обидва р-п переходи транзистора
відкриті.

На мал. 7.20, а приведені вихідні статичні характеристики транзистора із
загальним емітером. У сімействі цих характеристик проведена пряма
навантаження АВ, що виражає залежність струму колектора від напруги на
колекторі. Величина струму колектора визначається головним чином
величиною струму бази: чим більше струм бази (вхідний струм), тим більше
струм колектора. При деякому значенні струму бази колекторний струм
досягає максимальної величини Ікмах. Така величина колекторного струму
відповідає робочій точці А на мал. 7.20, а. При подальшому збільшенні
струму бази струм колектора практично залишається незмінним. Тому струм
отримав назву струму насичення і позначається Ікнас. Величина струму
насичення відкритого транзистора може бути знайдена по формулі

Струму насичення колектора відповідає величина струму насичення бази

де ? – коефіцієнт посилення транзистора по струму.

З мал. 7.20, а видно, що в області насичення (поблизу точки А) напруги
між колектором і емітером, як і напруги між будь-якими іншими виводами
транзистора, близькі до нуля.

На мал. 7.20, б показана залежність струму колектора від струму бази . З
цього малюнка видно, що характеристика має злами на межах області
замикання (відсічки) і насичення. Це сприяє чіткішій роботі
перемикаючого пристрою. Слідує, проте, мати на увазі, що під час
переходу транзистора з одного стійкого стану в інше можливі перехідні
процеси, що спотворюють форму імпульсних струмів і напруги в ланцюгах
транзистора. На мал. 7.21 приведені тимчасові діаграми, що ілюструють
характер зміни колекторного струму під впливом імпульсного вхідного
сигналу прямокутної форми.

Мал. 7.21. До пояснення перехідних процесів при роботі транзистора в
режимі ключа

Якість транзисторного ключа визначається швидкістю перемикання, тобто
часом його переходу з одного стану в інше. Чим вище частотні властивості
транзистора, тим вище його швидкодія і тим краще він працює в ключовому
режимі.

Контрольні запитання:

Який має вплив температура на роботу транзистора?

Частотні властивості транзистора?

В чому суть роботи транзистора в ключовому режимі?

Інструкційна картка № 8 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.3 Транзистори. Тиристори

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Що собою являє польовий транзистор;

Принцип роботи ПТ;

Графічні позначення;

Основні характеристики ПТ.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Вибирати транзистори;

Застосовувати польові транзистори.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [3, с. 44-49].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Польові транзистори.

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

На чому ґрунтується принцип роботи уніполярних транзисторів?

Які бувають типи польових транзисторів?

Їх принцип роботи?

Як графічно позначаються польові транзистори?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Транзистори. Тиристори

План:

Польові транзистори.

Література

1. Польові транзистори

До класу уніполярних відносять транзистори, принцип дії яких ґрунтується
на використанні носіїв заряду лише одного знаку (електронів або дірок).
Керування струмом в силовому колі уніполярних транзисторів здійснюється
зміною провідності каналу, через який протікає струм під впливом
електричного поля. Тому уніполярні транзистори ще називаються польовими
(ПТ).

Розрізняють ПТ з керуючим р-п переходом (з затвором у вигляді р-п
переходу) та з ізольованим затвором. Останні, в свою чергу, поділяються
на ПТ із вбудованим каналом та індукованим каналом. ПТ з ізольованим
затвором належать до різновиду МДН-транзисторів: конструкція «метал –
діелектрик – НП». Коли в якості діелектрика використовують оксид
кремнію: конструкція «метал – оксид – НП», ПТ називають відповідно
МОН-транзистором.

Характерною рисою ПТ є великий вхідний опір (108 – 1014 Ом).

Широкого розповсюдження ПТ набули завдяки високій технологічності у
виробництві, стабільності характеристик і невеликій вартості за масового
виробництва.

Польові транзистори з керуючим р-п переходом

Конструкція та принцип дії ПТ з керуючим р-п переходом пояснюється на
моделі, наведеній на рис. 2.23.

Рис. 2.23 – ПТ з керуючим р-п переходом

У такого ПТ канал протікання струму являє собою шар НП, наприклад,
n-типу, вміщений між двома р-п переходами. Канал має контакти із
зовнішніми електродами. Електрод, від якого починають рух носії заряду
(у даному разі – електрони), називається витоком В, а електрод, до якого
вони рухаються – стоком С.

НП шари p-типу, що створюють із n-шаром два р-п переходи, виконані з
більш високою концентрацією основних носіїв, ніж n-шар. Обидва p-шари
електрично з’єднані і мають зовнішній електрод, що називається затвором
З.

Вихідна напруга підмикається між стоком і витоком, а вхідна напруга
(керуюча) – між витоком та затвором, причому на затвор подається
зворотна щодо витоку напруга.

Принцип дії такого ПТ полягає у тому, що зі змінами вхідної напруги
змінюється ширина р-п переходів, які являють собою ділянки НП, збіднені
носіями зарядів (запірний шар). Оскільки p-шар має більшу концентрацію
домішки, зміна ширини р-п переходів відбувається головним чином за
рахунок більш високоомного n-шару. При цьому змінюється переріз
струмопровідного каналу, а отже і його провідність і відповідно вихідний
струм приладу.

Особливість цього транзистора полягає у тому, що на провідність каналу
впливає як керуюча напруга так і напруга Uсв.

На рис. 2.24,а зовнішню напругу прикладено лише у вхідному колі
транзистора. Зміна напруги призводить до зміни провідності каналу за
рахунок зміни на однакову величину його перерізу вздовж усього каналу.
Та оскільки ІІСВ=0У вихідний струм /-Н).

Рис. 2.24 – Вплив напруг на провідність каналу ПТ з керуючим р-п
переходом: а) при Uсв =0; б) при Uзв =0

Аналогічно працюють транзистори з каналом р-типу, лише полярність напруг
повинна бути зворотною.

На рис. 2.25 наведені умовні позначення ПТ з керуючим р-п переходом.

Рис. 2.25 – Умовні позначення ПТ з керуючим р-п переходом:

а) з каналом n-типу, б) з каналом р-типу

Роботу зазначених транзисторів визначають сім’ї ВАХ двох видів: стокові
і стік-затворні.

Стокові (вихідні) характеристики, наведені на рис. 2.26 показують
залежність струму стоку від напруги стік-витік за фіксованої напруги
затвор-витік:

Рис. 2.26 – Стокові ВАХ ПТ з керуючим p-п переходом

На ділянці 1 неробоча ділянка для випадку використання приладу у якості
підсилюючого елементу. Тут його використовують як керований резистор.

На ділянці 2 робоча ділянка у режимі підсилення.

Ділянка 3 відповідає пробою приладу.

Стік-затворні (вхідні) ВАХ відображають залежність струму стоку від
напруги затвор-витік за фіксованої напруги стік-витік:

Вхідна ВАХ зображена на рис. 2.27.

Рис. 2.27-Вхідна ВАХ ПТ з керуючим р-п переходом

Параметри ПТ з керуючим р-п переходом:

– максимальне значення струму стоку, сягає від десятків міліампер до
одного ампера;

– максимальне значення напруги стік-витік, становить до 100 В;

– напруга відтинання ;

-внутрішнійопір;

– крутизна стік-затворної характеристики;

– вхідний опір, становить десятки мегаом.

СІТ-транзистори

У середині 70-х років минулого століття багаторічні дослідження (Японія,
США) завершились створенням ПТ із статичною індукцією: СІТ-транзистора.
Цей транзистор, будучи по суті ПТ з керуючим р-п переходом, є
твердотільним аналогом електронновакуумної лампи – тріода, у якої
вихідна характеристика при нульовому значенні сигналу керування за
формою нагадує характеристику р-n переходу. З ростом від’ємного значення
напруги керування характеристики зсуваються вправо.

На відміну від площинної горизонтальної конструкції ПТ з керуючим р-п
переходом, СІТ-транзистор має вертикальну конструкцію. Наприклад, p-шари
затвору вводяться в n-шар вертикально. Таке виконання забезпечує приладу
роботу при напругах до 2000 В й частотах до 500 кГц. А розміщення на
одному кристалі великого числа елементарних транзисторів з наступним їх
паралельним з’єднанням забезпечує робочі струми до 500 А – це вже є
силовим електронним приладом!

Крім роботи в режимі ПТ, цей транзистор може працювати і в режимі
біполярного транзистора, коли на затвор подасться додатне зміщення. При
цьому падіння напруги на приладі у відкритому стані зменшується.

Умовне позначення СІТ-транзистора наведене на рис. 2.28.

Рис. 2.28 – Умовне позначення СІТ-транзистора

МДН-транзистори

На відміну від ПТ з керуючим р-п переходом, у яких затвор має
безпосередній електричний контакт із суміжною областю струмопровідного
каналу, у МДН-транзисторів затвор, що являє собою, наприклад, алюмінієву
плівку (Аl), ізольований від зазначеної області шаром діелектрика. Тому
МДН-транзистори відносять до класу ПТ з ізольованим затвором. Наявність
діелектрика забезпечує високий вхідний опір цих транзисторів (1012 –
1014 Ом).

Частіше у якості діелектрика використовують оксид кремнію і тоді ПТ
називають МОН-транзистором (метал – окисид – НП). Такі транзистори
бувають із вбудованим і індукованим каналами. Останні більш
розповсюджені.

Конструкція МОН-транзистораз індукованим каналом n-типу зображена на
рис. 2.29.

Рис. 2.29 – Конструкція МОН-транзистора з індукованим каналом

При позитивній напрузі на затворі відносно витоку поверхневий шар на
межі НП з діелектриком збагачується електронами, які притягуються з
глибини p-шару (де вони є завдяки тепловій генерації вільних носіїв
заряду) до затвору: виникає явище інверсії НП у примежовій зоні, коли
p-шар стає n-шаром. Таким чином, між зонами n-шарів наводиться
(індукується) канал, по якому може протікати струм від стоку до витоку.

Вихідні ВАХ ПТ з ізольованим затвором подібні до ВАХ ПТ з керуючим р-п
переходом, тільки характеристики проходять вище зі збільшенням напруги.

Умовні позначення МДН-транзисторів наведені на рис. 2.30.

Рис. 2.30 – Умовні позначення МДН-транзисторів з каналами: вбудованим
n-типу (а); вбудованим р-типу (б); індукованим n-типу (в); індукованим
р-типу (г)

ПТ широко використовують як дискретні компоненти електронних пристроїв,
а також у складі інтегральних мікросхем.

Контрольні запитання:

На чому ґрунтується принцип роботи уніполярних транзисторів?

Які бувають типи польових транзисторів?

Їх принцип роботи?

Як графічно позначаються польові транзистори?

Інструкційна картка №9 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.4 Електровакуумні та іонні прилади

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Що таке розряд;

Види розрядів у газах;

Газорозрядні прилади.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Розрізняти основні газорозрядні прилади прилади.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [5, с. 35-50].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Іонні прилади з самостійним розрядом – неонова лампа, стабілітрони,
тиратрони тліючого розряду

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

В чому суть роботи газорозрядних приладів?

Які бувають розряди в газах?

Які прилади належать до приладів самостійного розряду?

Які прилади належать до приладів тліючого розряду?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Електровакуумні та іонні прилади

План:

Іонні прилади з самостійним розрядом – неонова лампа, стабілітрони,
тиратрони тліючого розряду

Література

1. Іонні прилади з самостійним розрядом – неонова лампа, стабілітрони,
тиратрони тліючого розряду

В іонних (газорозрядних) приладах, які посідають більш скромне місце в
електронній техніці, ніж електровакуумні й особливо напівпровідникові
прилади, однак застосовуються досить широко, електричний струм
утворюється не у вакуумі, а в газовому середовищі, в умовах зіткнення
електронів з молекулами газу.

Молекули газу під дією ряду причин (електричного або магнітного полів,
теплового, світлового випромінювань тощо) розпадаються на іони й
електрони, і газ стає провідним. Однак у природних умовах кількість
електронів і іонів в одиниці об’єму газу порівняно невелика, оскільки
іонізуюча дія зовнішніх факторів досить слабка, одночасно з процесом
розпадання молекул (іонізацією) практично відбувається рівноцінний
процес — рекомбінація, тобто процес сполучення електронів і іонів у
нейтральні молекули (деіонізація). Тому електропровідність газу в
природних умовах настільки мала, що його можна вважати ізолятором. Якщо
газ перебуває в розрідженому стані, то можливості для деіонізації
зменшуються, оскільки тепер в одиниці об’єму міститься менше молекул,
середні відстані між електронами й іонами збільшуються, отже,
ймовірність їх зіткнення (а значить, і рекомбінація) різко зменшується.
Крім того, кількість електронів і іонів у газі значно збільшується
внаслідок штучної зовнішньої дії (наприклад, електричного поля). Обидва
ці фактори, що зумовлюють електричну провідність газу, використовуються
в іонних приладах.

Конструктивно іонні прилади виготовляють у вигляді герметичних балонів
(звичайно скляних), усередині яких розміщені електроди. Балони
заповнюють розрідженим інертним газом або парами ртуті.

Коли до електродів іонного приладу прикласти напругу, то під дією
електричного поля, що утворилося, позитивно заряджені іони починають
рухатися до катода, а електрони до анода. Саме так в іонних приладах
утворюється електричний струм.

Сукупність процесів, пов’язаних з проходженням струму через газ,
називають електричним розрядом.

Коли напруга, прикладена до електродів іонного приладу, порівняно мала,
то струм, що проходить через прилад, незначний і підлягає закону Ома.
Цей струм зумовлений наявністю в газі електронів і іонів за рахунок
природної іонізації (під впливом зовнішніх факторів). Такий розряд
називають несамостійним, оскільки він не утворюється і не розвивається,
коли немає зовнішніх іонізуючих факторів. У цьому режимі значна частина
електронів і іонів рекомбінує.

Коли поступово підвищувати напругу на електродах приладу, то дуже швидко
настане так званий режим насичення, при якому дальше підвищення напруги
вже не супроводжується підсиленням струму. Це пояснюється тим, що майже
всі електрони й іони, які утворилися в цих умовах за одиницю часу,
беруть участь у перенесенні електричних зарядів. Рекомбінувати встигає
лише незначна частина їх. Такий розряд називають «тихим», оскільки він
без видимих зовнішніх виявів, і вважають його різновидом несамостійного
розряду. Якщо далі підвищувати напругу, то настає момент, коли швидкості
електронів стають достатніми для розщеплення нейтральних молекул газу на
електрони й іони. Починається додаткова іонізація газу, і настає режим
самостійного розряду. Електрони й іони, які щойно утворилися, беруть
участь в іонізації і т. д. Цей процес наростає лавиноподібно. Струм
через прилад збільшується, опір середовища різко спадає, напруга на
електродах дещо зменшується. Іонний прилад, як кажуть, «запалюється»
(газ у балоні починає світитися) і працює далі в режимі тліючого
розряду. Особливістю цього режиму є автоматичне підтримання практично
сталої напруги на електродах із зміною струму через прилад у досить
широких межах. Сила струму обмежується зовнішнім опором кола. Ця
властивість тліючого розряду широко використовується для стабілізації
напруги в радіоелектронних схемах. Електроди в режимі тліючого розряду
практично не нагріваються.

Дальше підвищення напруги на електродах супроводжується бомбардуванням
катода позитивно зарядженими іонами, внаслідок чого катод нагрівається і
починає випромінювати електрони (термоелектронна емісія). Кількість
електронів, що іонізують газ, різко збільшується, опір ділянки анод —
катод знижується і стає таким малим, що струм через прилад обмежується
лише зовнішнім опором кола. Напруга на електродах приладу різко спадає.
Такий розряд супроводжується яскравим свіченням газу в балоні і
називається дуговим. У деяких іонних приладах спеціально встановлюють
підігрівний (як в електронних лампах) катод, що дає можливість створити
дуговий розряд при більш низьких напругах на електродах.

Ще один вид електричного розряду в газі — іскровий розряд. Він
утворюється при високій електричній напрузі і тиску газу, близькому до
атмосферного. На початку розряду між електродами утворюється іскровий
канал (проскакує іскра, яка іонізує той простір газу, в якому вона
утворилася). Цей іскровий канал є мовби провідником між двома
електродами іонного приладу, і коли потужність джерела енергії достатня,
то в приладі починаються процеси, аналогічні процесам дугового розряду.
Коли ж потужність джерела енергії мала, то із зменшенням напруги
іскровий розряд припиняється.

Іонні прилади тліючого розряду

Неонова лампа (рис. 1) — найпростіший іонний прилад—складається з
балона, заповненого розрідженим інертним газом (неоном) і укріплених
всередині балона двох дискових або циліндричних електродів. Характерно,
що неонова лампа не має розжарюваного катода.

Коли напруга, прикладена до лампи, менша за напругу запалювання, то в
лампі розряд відбувається, проте він дуже слабкий і не має практичного
значення. Коли ж прикладена напруга дорівнює напрузі запалювання або,
тим більше, перевершує її, то в лампі утворюється тліючий розряд, який
супроводжується оранжево-червоним свіченням неону. Коли напруга на
електродах лампи стане меншою від напруги гасіння лампи, тліючий розряд
припиниться і лампа згасне. Напруга гасіння завжди менша від напруги
запалювання.

Рис. 1. – Неонові лампи:

а — СН-1; б — МН-3; в — умовне позначення на схемах.

Неонову лампу можна вмикати в коло постійного і змінного струмів,
пам’ятаючи при цьому, що опір «запаленої» лампи дуже малий і різке
збільшення струму через неї може призвести до утворення дугового розряду
і виходу лампи з ладу. Тому послідовно з лампою вмикають опір, що
обмежує силу струму.

Характерна властивість неонової лампи, яка широко використовується на
практиці, полягає в тому, що в полях високої частоти ці лампи світяться
без підмиканя електродів до джерел живлення, оскільки ерс, потрібна для
утворення розряду в газі, створюється електромагнітним полем високої
частоти. У лампі в цьому випадку утворюється високочастотний розряд. Ця
особливість неонових ламп зумовила їх переважне застосування як
індикаторів напруги в радіоапаратурі.

Основні технічні дані неонових ламп типів МН3, МН5, МН11 (мініатюрні
неонові) відповідно такі: напруга запалювання 65, 150, 85 В; сила
робочого струму 1; 0,2; 5А; строк служби 300, 500, 100 год.

Стабілітрон — іонний стабілізатор напруги — застосовують у мережах
постійного струму, коли напругу на навантаженні треба підтримувати
незмінною.

У стабілітроні всередині скляного балона (рис. 2, а), заповненого
інертним газом (неоном, гелієм, аргоном) або парами ртуті, розміщено два
циліндричні електроди: зовнішній — катод 3 і внутрішній— анод 1, а в
деяких конструкціях ще й запалюючий електрод 2.

Рис. 2. Стабілітрон:

а— будова; б — вольт-амперна характеристика; в — схема вмикання

Запалюючий електрод з’єднаний з катодом і забезпечує зниження напруги
запалювання приладу, оскільки відстань між ним і анодом менша, ніж між
катодом і анодом.

Вольт-амперна характеристика стабілітрона (рис. 2, б) показує, що, як
тільки прилад «запалиться» U=Uз, напруга на електродах зменшиться до
робочої Uр, а струм досягне значення /р. Характеристика відображує
стабілізуючу дію приладу: зміна струму в діапазоні від Imin до Imах
практично не позначається на напрузі, і його можна вважати постійним.
Струм, більший за Ітах, недопустимий, оскільки прилад може перейти в
режим дугового розряду, електроди розплавляться і стабілітрон вийде з
ладу.

Схему вмикання стабілітрона зображено на рис. 2, в. Принцип стабілізації
напруги полягає в тому, що з підвищенням напруги U0 живлення
збільшується струм через баластний опір Rб і ділянку тп кола. Здавалося
б, мав би збільшитися спад напруги і на резисторі Rб, і наділянні тп.
Насправді ж напруга на ділянці тп майже не збільшується, оскільки
відповідно до характеристики стабілітрона зміна струму майже не
спричинює зміни напруги на його електродах, і через навантаження Rн
проходить майже такий самий, як і раніше, струм Ін.

Стабілізатори на стабілітронах прості і досить надійні. Однак у них
низький коефіцієнт корисної дії, оскільки при нормальному режимі в колі
частина струму проходить через прилад.

Як приклад наведемо технічні дані стабілітронів газорозрядних типів СПП,
СГ19С і СГ304С (відповідно): сила струму 5—30, 10—60 і 0,05—1,0 мА,
строк служби 1000, 500 і 500 год, напруга горіння 143—155 В, 1,05—1,15 і
28,5-31,5 кВ.

Тиратрон з холодним катодом (рис. 3)—триелектродний іонний прилад
тліючого розряду. Всередині балона 4, заповненого інертним газом,
закріплено три електроди: катод 1 у формі закритого зверху циліндра;
сітка З у вигляді шайби з отвором у центрі і анод 2 — загострений
стержень, що проходить крізь отвір у шайбі. Виводами 5 від електродів є
тонкі гнучкі провідники.

Рис. 3 – Тиратрон з холодним катодом:

а — будова тиратрона МТХ-90; б — умовне позначення на схемах.

Сітка виконує функції пускового пристрою. На неї подається позитивна
напруга (значно менша, ніж на анод), і між нею і катодом встановлюється
режим так званого тихого розряду, внаслідок чого поблизу катода
утворюється область іонізованого газу. До анода в цей час прикладено
високу напругу, проте недостатню для того, щоб тиратрон відкрився, тобто
щоб між анодом і катодом утворився тліючий розряд. Тиратрон, як кажуть,
перебуває на грані спрацьовування.

Досить тепер подати на сітку запускаючий імпульс, як миттю у просторі
між сіткою і катодом утворюється тліючий розряд. Внаслідок додаткової
іонізації газу різко збільшується кількість вільних електронів, і, таким
чином, створюються умови для утворення тліючого розряду вже на ділянці
анод — катод при тій самій анодній напрузі. Тліючий розряд ніби
перекидається на анод — тиратрон запалюється. Відразу після цього сітка
втрачає свої керівні властивості, оскільки навіть негативна напруга, яку
подано на неї, не може заперти тиратрон, тому що негативний заряд сітки
буде нейтралізовано позитивними іонами газу, що оточують сітку. Щоб
погасити тиратрон, треба зменшити анодну напругу.

Технічні дані тиратронів з холодним катодом марок МТХ-90
(малогабаритний), ТХ-2 і ТХ-5Б відповідно такі: напруга запалювання 150,
350 і 225 В, короткочасний струм анода (не менше) 8,5; 100 і 1,5 мА,
довговічність 10000 спрацьовувань 500 і 5000 год.

Контрольні запитання:

В чому суть роботи газорозрядних приладів?

Які бувають розряди в газах?

Які прилади належать до приладів самостійного розряду?

Які прилади належать до приладів тліючого розряду?

Інструкційна картка №10 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.4 Електровакуумні та іонні прилади

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Призначення та будову іонних приладів з несамостійним розрядом;

Область застосування приладів.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Застосовувати при побудові схем газорозрядні прилади.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [5, с. 35-50].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Іонні прилади з несамостійним розрядом – газотрони, тиратрони дугового
розряду.

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Що таке газотрон?

Призначення та будова газотрону?

Будова та призначення іскрового розрядника?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Електровакуумні та іонні прилади

План:

Іонні прилади з несамостійним розрядом – газотрони, тиратрони дугового
розряду.

Література

1. Іонні прилади з несамостійним розрядом – газотрони, тиратрони
дугового розряду

Газотрон (рис. 4, а) — це найпростіший прилад дугового розряду.
Всередині колби газотрона, заповненої інертним газом (аргоном, гелієм,
ксеноном) або парами ртуті, розміщено два електроди — катод і анод.
Конструкція приладу така, що дає можливість при порівняно невеликих
анодних напругах утворювати режим дугового розряду, минаючи фазу
тліючого розряду.

Вольт-амперна характеристика газотрона (рис. 4, б) показує, що при
анодних напругах, які не перевищують напруги запалювання, через газотрон
проходить незначний струм, зумовлений термоелектронною емісією катода
(ділянка до А). Коли Ua=U3, відбувається інтенсивна іонізація газу й
утворюється дуговий розряд. Напруга на аноді дещо зменшується (ділянка
АВ) і далі майже не залежить від струму, що проходить через нього
(ділянка ВС). Цей режим і є робочим режимом газотрона.

Рис. 4. Газотрон:

а — будова; б — вольт-амперна характеристика; в — умовне позначення на
схемах.

Збільшення струму понад iАдоп відповідає точці С на характеристиці, не
допускається, оскільки газотрон може вийти з ладу. Основна властивість
газотрона — одностороння провідність. Коли до його анода прикладено
негативну напругу (відносно катода), то дуговий розряд припиниться.
Проте слід зазначити, що через газотрон все-таки піде (хоча й незначний)
струм зворотного напрямку, зумовлений наявністю невеликої кількості
електронів і іонів на ділянці анод — катод. Цю напругу називають
зворотною. Таким чином, газотрону властива одностороння провідність,
тобто в одному напрямку він пропускає струм набагато краще, ніж у
другому. Разом з тим, коли негативна напруга на аноді перевищить певну
величину, то в газотроні утворюється тліючий розряд від анода до катода,
який може перейти в дуговий розряд.

Зворотна напруга Uзв значно більша за напругу запалювання U3 тому
властивість односторонньої провідності дає можливість використати
газотрон у пристроях перетворення змінного струму на постійний — у
випрямлячах.

Газотрони порівняно з вакуумними випрямними приладами (кенотронами)
мають набагато менший внутрішній опір і при тих самих розмірах
пропускають більші струми при порівняно низьких (10—20 В) спадах напруги
на ділянці анод — катод. Газотрони мають суттєвий недолік — зворотний
струм проходить навіть у випадках невеликих зворотних напруг.

Умовне позначення газотрона подано на рис. 4, в.

Технічні дані газорозрядних газотронів марок ГП-0,3/8, ГП-1/22 і ГП-6/15
відповідно такі: допустима зворотна напруга 8, 22 і 15 кВ, робочий струм
0,3, 1,0 і 6,0 А, строк служби 500, 300 і 500 год.

Іскровий розрядник — найпоширеніший представник іонних приладів, в яких
використовується іскровий розряд. У скляному балоні 2 іскрового
розрядника (рис. 5) розміщено два електроди 1, з’єднані з вивідними
контактами 3. Балон заповнено інертним газом (звичайно це криптон), але
на відміну від приладів тліючого або дугового розрядів тиск газу тут
вищий. Такі розрядники призначені для захисту ліній зв’язку, антенних
пристроїв, схем і приладів від грозових розрядів та інших видів
короткочасних перенапружень.

Рис. 5. Іонні розрядники: а — типу РА; б — типу РБ; в — умовне
позначення на схемах.

Коли в схемі, яку захищають, діють звичайні напруги, що не перевищують
розрахункові, в розряднику встановлюється режим тихого розряду. Опір
розрядника в таких випадках настільки великий, що вмикання його в лінію
або схему практично не впливає на їх роботу. Коли напруга перевищить
допустиму, в розряднику утворюється іскровий розряд, опір його різко
спадає, розрядник ніби замикає лінію накоротко, запобігаючи від
перевантажень увімкнену в цю лінію апаратуру. Через розрядник при цьому
проходить великий струм, а напруга на його електродах знижується.

Коли потужність джерела перенапруження велика, то іскровий розряд
перетворюється на дуговий. Коли ж ця потужність мала, то із зменшенням
розрядного струму прилад перейде в режим тихого розряду, оскільки при
тиску, що в ньому існує, ні іскровий, ні тліючий розряди при нормальній
напрузі на електродах не зберігаються.

Контрольні запитання:

Що таке газотрон?

Призначення та будова газотрону?

Будова та призначення іскрового розрядника?

Інструкційна картка №11 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.4 Електровакуумні та іонні прилади

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Правила маркування електровакуумних та іонних приладів;

Область застосування приладів.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Розшифровувати умовні позначення ламп.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [4, с. 22-23].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Маркування електровакуумних та іонних приладів.

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Що позначає кожен елемент в маркуванні електровакуумних та іонних
приладів?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Електровакуумні та іонні прилади

План:

Маркування електровакуумних та іонних приладів.

Література

1. Маркування електровакуумних та іонних приладів

Позначення приймально-підсилювальних ламп складаються з декількох
цифрових і буквених елементів.

Перший елемент – число, вказує напругу напруження у вольтах
(закруглено).

Другий елемент – буква, що характеризує тип лампи: Д – діоди, Ц –
кенотрони, X – подвійні діоди, С – тріоди, Н – подвійні тріоди, П –
вихідні пентоди і променеві тетроди, Ж – пентоди з короткою
характеристикою, К – пентоди з подовженою характеристикою, Г – діод –
тріод, Б – діод – пентоди, А – багатосіткові лампи.

Третій елемент – порядковий номер даного типу лампи.

Четвертий елемент – буква, що характеризує конструктивне оформлення
лампи: С – в скляному балоні діаметром більше 22,5 мм; П – мініатюрні
(пальчикові) в скляному балоні діаметром 19 і 22,5 мм; Б – надмініатюрні
в скляному балоні діаметром від 6 до 10,5 мм; А – надмініатюрні в
скляному балоні діаметром від 4 до 6 мм.

Наприклад: 6Д6А – напруга напруження 6,3 В; діод надмініатюрний в
скляному балоні діаметром 6 мм; шостий номер розробки; 1Ц21П – напруга
напруження 1,4 В; кенотрон пальчикової серії з діаметром балона 22,5 мм;
двадцять перший номер розробки.

Контрольні запитання:

Що позначає кожен елемент в маркуванні електровакуумних та іонних
приладів?

Інструкційна картка №12 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.5 Гібридні інтегральні мікросхеми

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Конструкції гібридних ІМС;

Методи створення;

Галузь застосування гібридних ІМС.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Розрізняти різні типи гібридних ІМС.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [1, с. 60-62].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Конструктивні елементи гібридних інтегральних мікросхем. маркування
гібридних мікросхем.

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Які основні конструктивні елементи гібридних ІМС?

Які переваги та недоліки гібридних ІМС на відміну від напівпровідникових
ІМС?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Гібридні інтегральні мікросхеми

План:

Конструктивні елементи гібридних інтегральних мікросхем, маркування
гібридних мікросхем.

Література

1. Конструктивні елементи гібридних інтегральних мікросхем, маркування
гібридних мікросхем

Гібридні ІМС складаються з таких конструктивних вузлів:

1) ізоляційна основа із склопластику або керамічна, на поверхню якої у
вигляді плівок нанесені резистори, конденсатори невеликої ємності,
котушки невеликої індуктивності, електричні з’єднання;

2) дискретні безкорпусні НП прилади;

3) дискретні конденсатори великої ємності, трансформатори, дроселі;

4) ізоляційний корпус, що забезпечує герметизацію усіх елементів ІМС і
має вивідні контакти.

Рис. 1 – Конструкція плівкових резисторів з малим (а) і великим (б)
опором

На рис. 1 показано конструкцію плівкових резисторів з малим і великим
опором. Тонку плівку з чистого хрому, ніхрому або танталу наносять
безпосередньо на ізоляційну основу. У такий спосіб одержують резистори з
опором від 0,001 до десятків кілоом. Щоб одержати більш високоомні
резистори (до десятків мегаом), використовують металодіелектричні суміші
(наприклад, хром та монооксид кремнію).

Рис. 2. – Конструкція плівкового конденсатора

На рис. 2 зображена конструкція плівкового конденсатора. Нижня та верхня
обкладки конденсатора 2 є тонкими плівками із міді, срібла або золота.
Діелектриком 1 є плівка із силікату алюмінію, двоокисиду титану або
кремнію. Розміщені вони на діелектричній основі 3.

Ємність таких конденсаторів може бути від десятих часток мікрофарад до
десятків тисяч мікрофарад.

Провідники виконують у вигляді тонкої (1 мкм) плівки із золота чи міді з
підшарком нікелю або хрому.

Дискретні елементи із гнучкими виводами (золотий дріт діаметром 30 – 50
мкм) приєднується до плівкової мікросхеми пайкою або зваркою.

Електронні пристрої на гібридних ІМС можуть мати щільність монтажу до 60
– 100 елементів на 1 см3. За такої щільності об’єм пристрою, що має 107
елементів, може складати 0,1–0,5 м3, а середній час безвідмовної роботи
– 103–104 годин і більше.

На відміну від гібридних ІМС, напівпровідникові виконуються на основі
кристалу НП, де окремі його області виконують ролі транзисторів, діодів,
конденсаторів, резисторів і т. ін., які з’єднуються за допомогою
алюмінієвих плівок, що наносяться на поверхню кристалу.

Електронні пристрої на напівпровідникових ІМС можуть мати щільність
монтажу до 500 елементів у 1 см3 і цей параметр з року в рік зростає.

Контрольні запитання:

Які основні конструктивні елементи гібридних ІМС?

Які переваги та недоліки гібридних ІМС на відміну від напівпровідникових
ІМС?

Інструкційна картка №13 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.5 Гібридні інтегральні мікросхеми

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Типи безкорпусних напівпровідникових приладів;

Способи їх під’єднання.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Класифікувати безкорпусні напівпровідникові прилади.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [2, с. 162-163].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Активні елементи – безкорпусні напівпровідникові прилади

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Як класифікуються безкорпусні напівпровідникові прилади?

Які існують способи під’єднання виводів до контактних майданчиків?

В чому недолік конструкції безкорпусних напівпровідникових приладів?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Гібридні інтегральні мікросхеми

План:

Активні елементи – без корпусні напівпровідникові прилади

Література

1. Активні елементи – без корпусні напівпровідникові прилади

У гібридних інтегральних мікросхемах як активні елементи застосовують
дискретні напівпровідникові прилади. За способом герметизації вони
діляться на безкорпусні і корпусні. Оскільки безкорпусні прилади мають
малі габарити і масу, застосування їх в гібридних інтегральних
мікросхемах слід вважати найбільш доцільним і перспективним.

За способом монтажу в мікросхему безкорпусні напівпровідникові прилади
можна розділити на дві групи: прилади з гнучкими виводами і прилади з
жорсткими об’ємними виводами.

На мал. 8.4 показана одна з типових конструкцій безкорпусного приладу
(діодної матриці) з гнучкими виводами. Діаметр дротяних виводів складає
зазвичай 30-40 мкм. Виводи до контактних майданчиків під’єднуються
різними методами, головними з яких є термокомпресійний і ультразвуковий.
Метод термокомпресії заснований на одночасній дії тепла і тиску на
область контакту. Метод ультразвукової зварки заснований на одночасній
дії коливань ультразвукової частоти, збуджених в зварюваних деталях, і
тиску в області зварки. Вібрації високої частоти, руйнуючи плівку оксиду
на поверхні розділу металів в області зварки, сприяють підвищенню якості
зварного з’єднання.

Мал. 8.4. Діодна матриця з гнучкими виводами

Мал. 8.5. Схема установки транзистора з жорсткими сферичними виводами: 1
– вивід бази; 2 – вивідна колекторі; 3- вивід емітера

Недолік конструкції безкорпусних напівпровідникових приладів з гнучкими
виводами полягає в трудності автоматизації процесів установки приладів в
мікросхему. Тому при збірці активних елементів широко використовуються
прилади з жорсткими виводами. Для них характерна відсутність сполучних
провідників, що дозволяє автоматизувати процес зварки мікросхем і
підвищити надійність з’єднань. На мал. 8.5. схематично показана
структура установки транзистора з жорсткими сферичними (кульковими)
виводами. Як матеріал виводів застосовують мідь і срібло. Для
запобігання дії зовнішніх чинників кристали напівпровідника в
безкорпусних приладах покривають спеціальними захисними покриттями
(лаки, емалі, смоли, компаунди і ін.).

Контрольні запитання:

Як класифікуються безкорпусні напівпровідникові прилади?

Які існують способи під’єднання виводів до контактних майданчиків?

В чому недолік конструкції безкорпусних напівпровідникових приладів?

Інструкційна картка №14 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.6 Напівпровідникові інтегральні мікросхеми

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Правила маркування електровакуумних та іонних приладів;

Область застосування приладів.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Розшифровувати умовні позначення ламп.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [4, с. 214-215].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Маркування напівпровідникових інтегральних мікросхем.

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Що позначає кожен елемент в маркуванні електровакуумних та іонних
приладів?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Напівпровідникові інтегральні мікросхеми

План:

Маркування напівпровідникових інтегральних мікросхем.

Література

1. Маркування напівпровідникових інтегральних мікросхем

Система умовних позначень сучасних типів інтегральних мікросхем
встановлена ОСТ 11073915-80. У основу системи позначень покладений
буквено-цифровий код.

Перший елемент – цифра, що позначає групу інтегральної мікросхеми по
конструктивно-технологічному виконанню:

1,5,6,7 – напівпровідникові ІМС; 2,4,8 – гібридні; 3 – інші (плівкові,
вакуумні, керамічні).

Другий елемент – дві або три цифри (від 01 до 99 або від 001 до 999),
вказують на порядковий номер розробки даної серії ІМС.

Перший і другий елемент утворюють серію мікросхем.

Третій елемент – дві букви, що позначають функціональну підгрупу і вид
мікросхеми.

1. Обчислювальні пристрої:

ВЕ – МІКРО-ЕВМ; ВМ – мікропроцесори; ВС – мікропроцесорні секції; ВУ –
пристрої мікропрограмного управління; ВР – функціональні розширювачі; ВБ
– пристрої синхронізації; ВН – пристрої управління перериванням; ВВ –
пристрої управління вводом-виводом; ВТ – пристрої управління пам’яттю;
ВФ – функціональні перетворювачі інформації; ВА – пристрої сполучення з
магістраллю; ВІ – часозадаючі пристрої; ВХ – мікрокалькулятори; ВГ –
контроллери; ВК – комбіновані пристрої; ВЖ – спеціалізовані пристрої; ВП
– інші.

2.Генератори сигналів:

ГС – гармонійних; ГГ – прямокутної форми; ГЛ – лінійно – що змінюються;
ГМ – шуму; ГФ – спеціальної форми; ГП – інші.

3.Детекторы:

ТАК – амплітудні; ДІ – імпульсні; ДС – частотні; ДФ – фазові; ДП – інші.

4.Пристрої, що запам’ятовують:

РМ – матриці ОЗУ; РУ – ОЗУ; РВ – матриці ПЗП; РЕ – ПЗП; РТ – ПЗП з
можливістю одноразового програмування; РР – ПЗП з можливістю
багатократного електричного перепрограмування; РФ – ПЗП з
ультрафіолетовим стиранням і електричним записом інформації; РА –
асоціативні пристрої, що запам’ятовують; РЦ – пристрої, що
запам’ятовують, на ЦМД; РП – інші.

5.Джерела вторинного живлення:

ЕМ – перетворювачі; ЕВ – випрямлячі; ЕН – стабілізатори напруги
безперервні; ЕТ – стабілізатори струму; ЕК – стабілізатори напруги
імпульсні; ЕУ – пристрої управління імпульсними стабілізаторами напруги;
ЕС – джерела вторинного живлення; ЕП – інші;

6. Комутатори і ключі:

КТ – струму; КН – напруга; КП – інші;

7.Логічні елементи:

ЛИ – И; ЛЛ – ИЛИ; ЛН – НЕ; ЛС – И-ИЛИ; ЛА – И-НЕ; ЛЕ – ИЛИ-НЕ; ЛР –
И-ИЛИ-НЕ; ЛК – И-ИЛИ-НЕ (И-ИЛИ); ЛМ – ИЛИ-НЕ (ИЛИ); ЛБ – И-НЕ / ИЛИ-НЕ;
ЛД.

8.Багатофункціональні пристрої:

ХА – аналогові; ХЛ – цифрові; ХК -комбіновані; ГМ – цифрові матриці; ХИ
– аналогові матриці ХТ – комбіновані матриці; ХИ – інші.

9.Модуляторы:

МА – амплітудні; MИ – імпульсні; MС – частотні; MФ – фазові; МП – інші.

10.Набори елементів:

НД – діодів; НТ – транзисторів; НР – резисторів; НЕ – конденсаторів; НК
– комбіновані; НФ – функціональні; НП – інші.

11.Перетворювачі:

ПС – частоти; ПФ – фази; ПД – тривалість (імпульсів); ПН – напруга; ПМ –
потужності; ПУ – рівня (узгоджувачі); ПЛ – синтезатори частоти; ПЕ –
дільники частоти аналогові; ПЦ – дільники частоти цифрові; ПА – цифро –
аналогові; ПВ – аналого – цифрові; ПР – код – код; ПП – інші.

12.Тригери:

ТЛ – Шмітта; ТД – динамічні; ТТ – Т – тригер; ТР – RS – тригер; ТМ – D –
тригер; ТБ – JK – тригер; ТК – комбіновані; ТП – інші.

13.Підсилювачі:

УТ – постійного струму; УИ – імпульсні; УЕ- повторювачі; УВ – високої
частоти; УР – проміжної частоти; УН – низької частоти; УК –
широкосмугові; УЛ – прочитування і відтворення; УМ – індикації; УД –
операційні; УС – диференціальні; УП – інші.

14.Пристрої затримки:

БМ – пасивні; БР – активні; БП – інші.

15.Пристрої селекції і порівняння:

CА – амплітудні; CВ – тимчасові; CС – частотні; CФ – фазові; CП – інші.

16.Фильтры:

ФВ – верхніх частот; ФН – нижніх частот; ФЕ – смугові; ФР – режекторні;
ФП – інші.

17.Формувачі:

АГ – імпульсів прямокутної форми; АФ – імпульсів спеціальної форми; АА –
адресних струмів; АР – розрядних струмів; АП – інші.

18.Фоточутливі пристрої із зарядовим зв’язком:

ЦМ – матричні; ЦЛ – лінійні; ЦП – інші.

19.Цифрові пристрої:

ИР – регістри; ИМ – суматори; ИЛ – напівсуматори; ИЕ – лічильники; ИД –
дешифратори; ИК – комбіновані; ИВ – шифратори; ИА – арифметично –
логічні пристрої; ИП – інші.

Четвертий елемент – число, що позначає порядковий номер розробки
мікросхеми в серії.

У позначення також можуть бути введені додаткові символи (від А до Я),
що визначають допуски на розкид параметрів мікросхем і т.п. Перед першим
елементом позначення можуть стояти наступні букви: К – для апаратури
широкого застосування; Э – на експорт (крок виводів 2,54 і 1,27 мм); Р –
пластмасовий корпус другого типу; М – керамічний, металло- або
склокерамічний корпус другого типу; Е – металополімерний корпус другого
типу; А – пластмасовий корпус четвертого типу; И – склокерамічний корпус
четвертого типа Н – кристалоносій.

Для безкорпусних інтегральних мікросхем перед номером серії може
додаватися буква Б, а після неї, або після додаткового буквеного
позначення через дефіс указується цифра, що характеризує модифікацію
конструктивного виконання:

1 – з гнучкими виводами; 2 – із стрічковими виводами; 3 – з жорсткими
виводами; 4 – на загальній пластині (неподілені); 5 – розділені без
втрати орієнтування (наприклад, наклеєні на плівку); 6 – з контактними
майданчиками без виводів(кристал).

Контрольні запитання:

Що позначає кожен елемент в маркуванні електровакуумних та іонних
приладів?

Інструкційна картка №15 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.7 Оптоелектронні прилади

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Будову та призначення оптрона;

Види оптоелектронних пар;

Умовні позначення.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Використовувати оптоелектронні пристрої в схемних рішеннях.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [2, с. 184-192].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Оптоелектронні інтегральні мікросхеми

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Що таке оптоелектроніка?

На чому заснована оптоелектроніка?

Що собою являє оптоелектронна пара?

Які існують способи застосування оптоелектроніки?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Оптоелектронні прилади

План:

Оптоелектронні інтегральні мікросхеми

Література

1. Оптоелектронні інтегральні мікросхеми

Оптоелектроніка – один з найбільш розвинених напрямів у функціональній
мікроелектроніці, оскільки оптичні і фотоелектричні явища досить добре
вивчені, а технічні засоби, засновані на цих явищах, тривалий час
використовуються в електроніці (фотоелементи, фотоелектронні
помножувачі, фотодіоди, фототранзистори і ін.). Проте оптоелектроніка як
самостійний науково-технічний напрям виникла порівняно недавно, а її
досягнення нерозривно пов’язані з розвитком сучасної мікроелектроніки.

Спочатку оптоелектроніка вважалася порівняно вузькою галуззю
електроніки, що вивчає лише напівпровідникові світловипромінювачі і
фотоприймачі. Проте останнім часом поняття «оптоелектроніка» значно
розширилося. Тепер в нього включають і такі недавно виниклі напрями, як
лазерна техніка, волоконна оптика, голографія і ін. Відповідно до
рекомендацій МЕК (Міжнародній електротехнічній комісії) оптоелектронний
прилад визначається як прилад, чутливий до електромагнітного
випромінювання у видимій, інфрачервоній або ультрафіолетовій областях;
або прилад, що випромінюючий і перетворює некогерентне або когерентне
випромінювання в цих же спектральних областях; або ж прилад, що
використовує таке електромагнітне випромінювання для своєї роботи.

Оптоелектроніка заснована на електронно-оптичному принципі отримання,
передачі, обробки і зберігання інформації, носієм якої є електрично
нейтральний фотон. Поєднання в оптоелектронних функціональних пристроях
двох способів обробки і передачі інформації – оптичного і електричного –
дозволяє досягати величезної швидкодії, високої щільності розміщення
інформації, що зберігається, створення високоефективних засобів
відображення інформації. Дуже важливою перевагою елементів
оптоелектроніки є те, що вони оптично зв’язані, а електрично ізольовані
між собою. Це забезпечує надійне узгодження різних оптоелектронних
ланцюгів, сприяє однонаправленості передачі інформації,
перешкодостійкості каналів передачі сигналів. Виготовлення
напівпровідникових елементів оптоелектроніки – оптронів – сумісно з
інтегральною технологією, тому їх створення може бути включене в єдиний
технологічний цикл виробництва інтегральних мікросхем.

Мал. 10.1. Структурна схема оптрона

Розглянемо основні технічні засоби оптоелектроніки.

Основним елементом оптоелектроніки, як вже наголошувалося вище, є
оптрон. Простий оптрон є чотириполюсник (мал. 10.1), що складається з
трьох елементів: джерела випромінювання (фотовипромінювача) 1,
світлодіода 2 і приймача випромінювання (фотоприймача) 3, розміщених в
герметичний світлонепроникний корпус.

Поєднання фотовипромінювача і фотоприймача в оптроні отримало назву
оптоелектронної пари. Найбільш поширеними випромінювачами є світлодіоди,
виконані на основі арсеніду галію, фосфіду галію, фосфіду кремнію,
карбіду кремнію і ін. Вони мають високу швидкодію (близько 0,5 мкс),
мініатюрні і достатньо надійні в роботі. По своїх спектральних
характеристиках світлодіоди добре узгоджуються з фотоприймачами,
виконаними на основі кремнію. Оскільки можливості схемотехніки оптрона
визначаються головним чином характеристиками фотоприймача, цей елемент і
дає назву оптрона в цілому. До основних різновидів оптронів відносяться:
резистори (фотоприймачем служить фоторезистор); діодні (фотоприймач –
фотодіод); транзисторні (фотоприймач – фототранзистор) і тиристори
(фотоприймач – фототиристор).

Схематичне зображення вказаних оптронів показане на мал. 10.2, приклади
конструктивного оформлення оптронів (дискретного і мікромініатюрного
виконання) і їх цоколівки – на мал. 10.3.

Мал. 10.2. Схематичні зображення оптронів:

а – резистора; б – діодного; у – транзисторного; г – тиристора

Мал. 10-3. Приклад конструктивного оформлення і цоколівки оптронів:

а – дискретного виконання; б- мікровиконання

Мал. 10.4. Застосування оптронів:

а – як керовані резистори; 6 – в ключових схемах; в – в схемі оптичного
зв’язку

Залежно від сукупності характеристик використовуваної оптронної пари
оптрон може виконувати різні функції в електронних ланцюгах:
перемикання, підсилення, узгодження, перетворення, індикація і ін.

Як приклади технічного використання оптронів на мал. 10.4 приведені
деякі прості схеми, що дозволяють реалізувати специфічні властивості цих
приладів. Наприклад, оптрон резистора, включений по схемі мал. 10.4, а,
може бути використаний як керований резистивного дільника напруги. Під
впливом вхідної напруги, змінюється прямий струм світлодіода і його
випромінювання. Відповідно змінюється і опір фоторезистора, а отже, і
розподіл напруги джерела на фоторезисторі і вихідному (навантаженні)
резисторі.

Подібний керований резистор може бути використаний в різних електронних
схемах, наприклад, для дистанційного керування коефіцієнтом підсилення в
підсилювачах. Зазвичай для цієї мети застосовуються ручні регулятори, що
є винесеними з пристрою регуляторами потенціометрів підсилення. Проте
такі регулятори не дають добрих результатів при використанні їх в
апаратурі високого класу для дистанційного керування на значній
відстані, оскільки в сполучних проводах навіть при ретельному їх
екрануванні можливі значні наведення змінних електромагнітних полів, що
приводять до появи фону. Для повного усунення наведень необхідно
розділити ланцюг сигналу від ланцюга управління. Це завдання і
вирішується за допомогою дільника напруги на оптронному керованому
резисторі.

На мал. 10.4, б показана проста схема включення діодного оптрона. Ця
схема може працювати в ключовому (імпульсному) режимі і при цьому
створювати на виході імпульсну напругу, що перевищує по своїй амплітуді
рівень вхідних імпульсів. Напруга на виході, що є частиною щодо високої
напруги джерела живлення, залежить від струму фотодіода. Величина струму
фотодіода, у свою чергу, управляється світловим потоком світлодіода,
який змінюється (модулюється) за законом зміни імпульсного вхідного
сигналу. При цьому амплітуда вхідних імпульсів, що впливають на
світлодіод, може бути значно менше, ніж напруга. Аналогічним способом
можуть бути побудовані ключові схеми на транзисторних і тиристорах
оптронах, виступаючих як аналоги таких широко поширених електронних
елементів, як імпульсні трансформатори, перемикачі, роз’єми і т.п.

Принципова можливість здійснення оптичного зв’язку за допомогою оптронів
ілюструється на мал. 10.4, в. У пристрої такої лінії зв’язку, що
передає, головний елемент – випромінювач світла (світлодіод, лазер), в
приймальному – фотоприймач (фотодіод, фототранзистор). Зв’язок між
передавачем і приймачем здійснюється за допомогою спеціального
світловода – волоконно-оптичного кабелю, що забезпечує
перешкодостійкість і надійність зв’язку. Широкополосність такого
оптичного каналу величезна (по одній лінії зв’язку може бути одночасно
передані 1010 телефонних розмов або 106 телепередач). Подібні лінії
зв’язку можуть бути використані в обчислювальній техніці для передачі
величезних масивів інформації, що обробляється в різних блоках ЕОМ.

Контрольні запитання:

Що таке оптоелектроніка?

На чому заснована оптоелектроніка?

Що собою являє оптоелектронна пара?

Які існують способи застосування оптоелектроніки?

Інструкційна картка №16 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.8 Прилади відображення інформації

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Будову та призначення ЕПТ;

Основні складові елементи конструкції;

Умовні позначення типу ЕПТ.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Розшифровувати позначення ЕПТ.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [2, с. 386-393].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Електронно-променеві трубки з електростатичним керуванням. Маркування
електронно-променевих трубок

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Що називають електронно-променевими трубками (ЕПТ)?

З яких основних елементів складається ЕПТ?

Призначення та область застосування ЕПТ?

Маркування ЕПТ?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Прилади відображення інформації

План:

Електронно-променеві трубки з електростатичним керуванням. Маркування
електронно-променевих трубок

Література: [2, с. 386-393].

1. Електронно-променеві трубки з електростатичним керуванням. Маркування
електронно-променевих трубок

Електронно-променевими трубками (ЕПТ) називають електровакуумні прилади,
в яких використовується потік електронів, зфокусованих у тонкий промінь.
ЕПТ можна розподілити на дві основні групи. До першої відносять ті, що
призначені для перетворення електричних сигналів у видимі зображення (в
осцилографах, телевізорах тощо), до другої зараховують ЕПТ, які
застосовуються в передавальній телевізійній апаратурі для зворотного
перетворення (тут розглядаються тільки ЕПТ першої групи).

У загальному вигляді електронно-променева трубка складається з чотирьох
основних частин: колби, електронної гармати, відхиляючої системи й
екрана (рис. 1).

Колба ЕПТ виготовляється з спеціального міцного скла. На стінки колби
всередині нанесено графітове покриття — аквадаг Ак, призначений для
відведення вторинних електронів, що вибиваються з екрана. До нього
підводиться висока напруга (10 і більше кіловольтів) для додаткового
прискорення електронів у промені.

Електронна гармата формує з потоку електронів тонкий електронний
промінь. Вона складається з катода К, модулятора М і двох анодів А1, А2.

Катод ЕПТ непрямого розжарення (підігрівач П) набагато потужніший, ніж
катоди приймально-підсилювальних радіоламп, оскільки він має
випромінювати значно більшу кількість електронів за одиницю часу.

Рисунок 1 – Будова електронно-променевої трубки.

Модулятор М — це кругла металева пластинка з невеликим отвором, через
який пролітають електрони. Подаючи на модулятор негативну (відносно
катода) напругу, можна регулювати інтенсивність електронного променя, а
отже, й яскравість свічення екрана.

Аноди А1 і А2, виготовлені у вигляді порожнистих циліндрів з
діафрагмами, призначені для розгону електронів та їх фокусування. Часто
між першим анодом А1 і модулятором М установлюють керуючий електрод,
завдяки якому неможливий взаємний вплив регулювання яскравості й
фокусування. На аноди подається звичайно досить висока напруга (близько
кількох тисяч вольт).

Відхиляюча система спрямовує електронний промінь у задану точку екрана.
Широко застосовуються відхиляючі системи двох типів: електростатична і
магнітна.

Електростатичну відхиляючу систему утворюють вертикальні і горизонтальні
відхиляючі пластини. Коли на пластини подано електричну напругу, то
поле, що утворюється між ними, відхиляє електронний промінь, який
проходить упоперек силових ліній. Чим вища напруга на відхиляючих
пластинах, тим більше відхиляється промінь. Одна пара пластин зміщує
промінь у горизонтальній площині, а друга — у вертикальній.

У магнітній відхиляючій системі замість пластин застосовуються котушки,
по яких пропускають струм. Магнітне поле, утворюване навколо котушок,
спрямовує електронний промінь у задану точку екрана. Відхиляючі котушки
розміщують зовні, на горловині ЕПТ. Іноді поряд із цими котушками
застосовують фокусуючу котушку, яка використовується для додаткового
фокусування електронного пучка. За рахунок струму, потрібного для
утворення магнітного поля, в магнітних відхиляючих і фокусуючих котушках
витрачається електричної енергії більше, ніж в електростатичній системі.

В осцилографах для спостереження і реєстрування електричних процесів
широко використовують лінійну розгортку. Для цього промінь переміщують
по екрану зліва направо, потім гасять, подаючи на модулятор негатигну
напругу, і швидко повертають у вихідне положення. Після цього процес
починається спочатку. Коли частота повторення таких процесів (частота
розгортки) досить велика, то на екрані видно світну горизонтальну лінію
— розгортку. Щоб дістати таку розгортку, треба на горизонтальні
відхиляючі пластини (котушки) подавати напругу (струм) пилкоподібної
форми. Коли ж далі на пластини (котушки) вертикального відхилення подати
досліджувану напругу (струм), то на екрані буде відтворено форму цієї
напруги (струму). Треба тільки відповідно підібрати частоту розгортки.

Екран ЕПТ покривають зсередини спеціальною світною речовиною —
люмінофором.

У позначенні ЕПТ перше місце займають цифри, що визначають діаметр
екрана або його розмір по діагоналі; друге – букви: ЛО — в
осцилографічних трубках з електростатичним відхиленням променя; ЛМ — в
осцилографічних трубках з магнітним відхиленням променя; ЛК — в
кінескопах; після них ставиться номер заводської розробки трубки, а в
кінці ставиться буква, що показує колір екрана (Б — білий, Ц —
кольоровий).

Контрольні запитання:

Що називають електронно-променевими трубками (ЕПТ)?

З яких основних елементів складається ЕПТ?

Призначення та область застосування ЕПТ?

Маркування ЕПТ?

Інструкційна картка №17 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.8 Прилади відображення інформації

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Призначення індикаторів;

Конструкції різних типів індикаторів;

Область застосування.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Відрізняти індикатори різних типів;

Використовувати індикатори при різних схемних рішеннях.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [2, с. 406-410].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Буквено-цифрові індикатори – газорозрядні, вакуумні, напівпровідникові

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Яке призначення мають буквено-цифрові індикатори?

Будова та принцип дії газорозрядних індикаторів?

Будова та принцип дії вакуумних електролюмінесцентних і розжарювальних
індикаторів?

Напівпровідникові індикатори, призначення та їх будова?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Прилади відображення інформації

План:

Буквено-цифрові індикатори – газорозрядні, вакуумні, напівпровідникові

Література

1. Буквено-цифрові індикатори – газорозрядні, вакуумні,
напівпровідникові

У пристроях відображення інформації, разом з електроннопроменевими
трубками, знаходять широке застосування різноманітні індикатори,
побудовані на різній фізичній основі. Ретроспективний (звернений до
минулого) і перспективний аналіз розвитку індикаторних приладів дозволяє
виділити три етапи (три покоління) їх розвитку.

Перше покоління характеризується невеликим числом використовуваних
фізичних явищ, відносно низькими значеннями ккд і яскравості, великими
габаритами, одноколірністю, високою керуючою напругою. Типовими
представниками цього покоління є газорозрядні і вакуумні (накалювання і
електролюмінесценції) індикатори, які все ще знаходять широке
застосування в електронній апаратурі.

До типових представників другого покоління індикаторних приладів слід
віднести напівпровідникові і рідкокристалічні індикатори, а також
багаторозрядні люмінесцентні і плазмові монодисплеї. Ці прилади
характеризуються високою яскравістю свічення, економічністю, підвищеною
інформаційною місткістю, багатоколірністю, сумісністю з інтегральними
мікросхемами. Перехід від першого покоління до другого став можливим
завдяки вивченню і використанню нових фізичних явищ в напівпровідниках і
рідких кристалах.

Третє покоління індикаторних приладів поки можна намітити лише в
найбільш загальному вигляді. Передбачається, що це будуть багатоколірні
голографічні пристрої плоскої конструкції з чималою (до 104 см3) робочою
площею, високою довговічністю (до I06 ч) і надійністю).

Газорозрядні індикатори

Буквено-цифрові газорозрядні індикатори є іонними приладами тліючого
розряду, в яких свічення газу в процесі іонізації використовується для
оптичної індикації символів, що відображаються.

Цифрові і знакові газорозрядні індикатори (типа ИН-1, ИН-2, ИН-4 і ін.)
конструктивно оформляються у вигляді скляного балона, заповненого Неоном
під тиском порядку (4…5) ?103 Па. У балоні розміщено один або два
сітчасті аноди і необхідну кількість індикаторних дротяних катодів
виконаних у вигляді цифр (0…9), букв, символів і інших знаків (кома,
мінус, плюс і т. д.).

Мал. 22.1. Цифрова індикаторна лампа:

а – пристрій; б – вигляд з боку торцевої частини колби при включеній
цифрі

Мал. 22.2. Схема включення газорозрядного цифрового індикатора

Катоди індикатора мають самостійні виводи і розташовані один за іншим на
відстані близько 1 мм. Пристрій двоханодного цифрового індикатора
показаний на мал. 22.1, а. Подача напруги між анодом і вибраним катодом
викликає тліючий розряд між цими електродами, внаслідок чого символ
починає світитися. Свічення спостерігається через балон приладу (мал.
22.1, б). Яскравість свічення може досягати 200 кд/м2 і більше.

Газорозрядні індикатори виконуються як з торцевою, так і з бічною
індикацією. Для пристроїв індикації з великою кількістю десяткових
знаків переважними виявляються лампи з бічною індикацією.

Схема включення газорозрядного цифрового індикатора приведена на мал.
22.2. Живляча напруга подається на анод щодо одного з катодів. Якщо
напруга між анодом і одним з катодів буде рівним напрузі запалення, в
балоні спостерігається розряд. Прикатодна область відрізняється яскравим
свіченням газу і в оглядовому вікні добре є видимим відповідна цифра.
Щоб висвітити іншу цифру, необхідно підключити інший катод за допомогою
зовнішнього комутуючого пристрою.

Разом з розглянутими вище газорозрядними індикаторами з десятьма
ізольованими катодами, що висвічують окремі знаки, все більш широкого
поширення набувають багаторозрядні плазмові дисплеї панельного типу.
Один з варіантів такого індикатора представлений на мал. 22.3, а.

Мал. 22.3. Основні конструктивні елементи (а) і схема пристрою
управління (б) плазмовою панеллю:

1 – скляні пластини; 2 – центральна мозаїчна пластина; 3 – електроди; К
– комутатори; П – генератор того, що підтримує напрузі; Г2 – генератор
імпульсів, що «пишуть» (що стирають)

Електронна частина індикатора утворена двома металевими гратами
(електродами), що формують зображення, які зміцнюються на прозорих
скляних пластинах. Пластини потім з’єднуються в гарячому стані, а
освічена плоска судина вакуумується, заповнюється газом і
герметизується. Екран є керамічною мозаїчною пластиною, в якій зроблено
безліч отворів, створюючи ізольовані один від одного розрядні проміжки.

Проста плоска конструкція подібних індикаторів (їх товщина не перевищує
декількох міліметрів) дозволяє створити на їх основі матричні екрани
(плазмові панелі), що містять не меншого 104…105 елементарних
газорозрядних осередків при роздільній здатності 10…20 лін/см. На
екрані можуть висвічуватися різні символи, образи і навіть цілі картини.

Схема пристрою управління такою панеллю приведена на мал. 22.3, б.
Високочастотний екран живиться двома напругами від генератора G1 і G2: з
частотою в декілька кілогерц, підтримує розряд, і що записує (або що
стирає) у вигляді коротких прямокутних імпульсів, «запалювалює» той або
інший осередок. Напруга, що виробляється генераторами, підводиться до
відповідних шин панелі через спеціальні комутатори (S), що дозволяють
управляти формованим зображенням на екрані. Пристрої управління
індикатором зазвичай збираються на інтегральних мікросхемах і
вмонтовуються на задній стороні панелі. Для отримання кольорового
зображення виготовляється прозора панель, кожен шар якої генерує
свічення певного кольору (зазвичай червоного, зеленого і синього), а
необхідна кольоровість забезпечується управлінням яскравістю свічення
відповідного шару.

Вакуумні електролюмінесцентні і розжарювальні індикатори

Основними недоліками газорозрядних індикаторів є необхідність
використання для їх роботи порівняно високої напруги, що викликає
запалення відповідного газового проміжку. Цей недолік усунений у
вакуумних електролюмінесцентних індикаторах, що набули достатньо
широкого поширення. Такі індикатори зовні нагадують мініатюрні
електронні лампи. Вони є трьохелектродними приладами: електрони, що
випускаються нагрітим катодом, прискорюються в електричному полі
керуючої сітки, і бомбардують сегменти анода, покриті люмінофором.
Пристрій вакуумного люмінесцентного індикатора зображено мал. 22.4, а.
Усередині балона послідовно один за іншим розташовані катод прямого
розжарення 1, сітка 2 і декілька анодів – сегментів, розташованих в
одній площині на загальній керамічній пластинці 3. Для чіткішого
обмеження контурів формованого знаку аноди прикриваються металевою
пластинкою (маскою) 4 з прорізами, розташованими проти відповідних
анодів.

Залежно від хімічного складу люмінофора сформовані знаки можуть бути
різного кольору і різної яскравості. Потужність, споживана вакуумними
люмінесцентними індикаторами, невелика – долі ватів, що живиться
напругою близько 10…30 В. Випускаються в даний час вакуумні
люмінесцентні індикатори призначені для роботи в ланцюгах виведення
інформації, відтворення знаків в обчислювальних і вимірювальних
пристроях широкого застосування.

Мал. 22.4. Вакуумний індикатор електролюмінесценції:

а – пристрій; 6 – зовнішній вигляд; в – комбінацій анодів; г – цоколівка

Мал. 22.5. Сегмент тонкоплівкового розжарювального індикатора:

I – сапфірова підкладка; 2 – тонна вольфрамова смужка (нитка
розжарення); 3 – потовщені вольфрамові струмопідводи: 4 – отвір в
сапфіровій підкладці

Зовнішній вигляд, комбінація анодів і цоколівка виводів типового
вакуумного люмінесцентного індикатора зображені на мал. 22.4, б, в і г.

У розвитку вакуумних індикаторів так само, як і газорозрядних, чітко
визначився перехід на створення багаторозрядних матричних дисплеїв. При
цьому, разом з люмінесцентними індикаторами, розглянутими вище, можуть
бути використані і розжарювальні індикатори, в яких використовується
свічення розжарених металевих (вольфрамових) плівок, нанесених на
ізоляційну підкладку. Послідовність операцій при виготовленні такого
індикатора полягає в наступному (мал. 22.5). На ретельно відполіровану
сапфірову підкладку наносять вольфрамову плівку достатньо великої
товщини. Потім з лицьового боку підкладки в цій плівці методом
фотолітографії формують комутаційні доріжки (потовщені вольфрамові
струмопроводи) і тонкі вольфрамові смужки (нитки розжарення) відповідної
конфігурації. Далі із зворотного боку підкладки витравляються вікна,
внаслідок чого розжарювальні тонкоплівкові елементи виявляються
підвішеними на сапфірових траверсах (утримувачах). Малий поперечний
перетин розжарювальних елементів і відсутність контакту їх поверхні з
підкладкою дозволяють понизити споживану потужність до міліват. Подібні
індикатори, розміщені у відповідних вакуумних корпусах – панелях,
забезпечують дуже високу яскравість свічення (що обов’язково при
сильному сонячному засвіченні) і високі експлуатаційні характеристики
(довговічність, температурну і радіаційну стійкість, сумісність з
інтегральними мікросхемами і ін.). Таким чином, використання планарної
технології істотно змінює підхід до принципів розробки і конструктивного
оформлення вакуумних індикаторів.

Напівпровідникові індикатори

У напівпровідникових (твердотільних) індикаторах широке застосування
знаходять світлодіоди, що володіють високою яскравістю свічення, великою
швидкодією і довговічністю. Індикатори на світлодіодах виготовляються
двох типів; сегментні (цифрові) і матричні (універсальні). Сегментні
цифрові індикатори є комбінацією певного числа світлодіодів,
розташованих таким чином, що при подачі напруги на відповідні виводи
висвічуються цифри 0…9. Один індикатор, що містить сім діодів
прямокутної форми, здатний висвічувати всі цифри і деякі букви.

Мал. 22.6. Габарити і цоколівка світлодіодного цифрового індикатора

Мал. 22.7. Структура світлодіодних індикаторів:

а, б – семисегментного цифрового індикатора і його типології, в –
матричного цифробуквенного індикатора

Індикатор, що містить шістнадцять діодів, дозволяє відтворювати
практично необмежене число знаків.

Габарити і цоколівка типового світлодіодного цифрового індикатора
(КЛ104) показані на мал. 22.6. Індикатор оформлений в металевому
корпусі, забезпеченому дев’ятьма штирьовими ніжками для підключення
живлячої напруги. Маса приладу – не більше 7 р. Максимальний кут (щодо
оптичної осі), при якому можливо неспотворене прочитування данних
індикатора, рівний 60°. Колір свічення – жовтий.

Розміри робочого кристала світлодіода малі – близько 400 х 400 мкм. Тому
випромінюючий кристал – це крапка, що світиться. Символи і цифри не
повинні бути менше 3 мм. Для збільшення масштабу світловипромінюючого
кристала застосовують лінзи, рефлектори, конічні призми (фокони).

Структура сегментного цифрового індикатора показана на мал. 22.7, а. Цей
індикатор дозволяє відтворювати всі десять цифр і крапку. Схема
розміщення діодів і їх з’єднань на платі (топологія) показана на мал.
22.7, б (світлодіод, що зображає крапку, обведений кружком).

Матричний індикатор (мал. 22.7, е) містить 35 діодів (7 х 5) і дозволяє
відтворювати всі цифри, букви і знаки стандартного коду для обміну
інформацією.

Управління світлодіодами в індикаторах здійснюється за допомогою
ключових схем. Приклад такої схеми для випадку управління
десятирозрядним цифровим семисегментним дисплеєм приведений на мал.
22.8.

Мал. 22.8 – Структурна схема управління десятирозрядним семисегментним
дисплеєм

У цій схемі катоди (n-області) світлодіодів однойменних сегментів всіх
розрядів сполучені між собою. Тому для їх підключення потрібно всього
сім зовнішніх виводів. Так само сполучені між собою аноди семи сегментів
кожного розряду. В результаті повне число зовнішніх виводів
десятирозрядного дисплея не перевищує 17. Матрична структура управління
не дозволяє одночасно включати всі рядки (розряди), якщо цифри (набори
сегментів) відрізняються один від одного. Тому схема управління
передбачає тимчасове розділення включення кожному з рядків. За допомогою
розподільника в кожен даний момент до джерела струму підключається
тільки один розряд індикатора. Одночасно на іншу координату матриці
подають інформацію, що підлягає відображенню, у вигляді
двійково-десяткового або якого-небудь іншого коду. У схемі дешифратора
відбувається перетворення вхідного коду, в позиційний (сегментний),
тобто підключення вибраного сегменту до джерела струму. Порозрядне
включення матриці здійснюється безперервно. Тому в кожному циклі
включення через вибрані сегменти кожного розряду протікає імпульс
струму, якому відповідає і імпульс висвічення відповідного світлодіода.
Принципові електричні схеми розподільника і дешифратора містять
транзисторні ключі, схеми, що дозволяють здійснювати безконтактну
швидкодіючу комутацію.

В даний час розроблені світлодіоди з перебудовуваним кольором свічення.
Зміна кольору досягнута завдяки формуванню в одному приладі двох р-п
переходів, один з яких дозволяє отримати зелене свічення, а другий –
червоне. При одночасному збудженні обох переходів випромінюється жовте
світло. Регулюючи по величині струми через переходи, можна змінювати
колір свічення від зеленувато-жовтого до червонувато-жовтого. За
допомогою подібних світлодіодів можна створити кольорові пристрої
відображення інформації, замінити кінескопи телевізорів чималими
плоскими екранами, що дозволяють отримувати кольорове зображення.

Контрольні запитання:

Яке призначення мають буквено-цифрові індикатори?

Будова та принцип дії газорозрядних індикаторів?

Будова та принцип дії вакуумних електролюмінесцентних і розжарювальних
індикаторів?

Напівпровідникові індикатори, призначення та їх будова?

Інструкційна картка №18 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.8 Прилади відображення інформації

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Будову рідкокристалічного індикатора;

Принцип роботи рідкокристалічного індикатора;

ІІІ. Студент повинен уміти:

Відрізняти індикатори різних типів;

Використовувати індикатори при різних схемних рішеннях.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [2, с. 413-417].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Індикатори на рідких кристалах. Плазмові панелі. Маркування цифрових
індикаторів.

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Область застосування індикаторів на рідких кристалах?

Що називають рідкими кристалами?

Що таке сегмент?

Конструкція елементарного рідкокристалічного індикатора?

В чому полягає принцип роботи рідкокристалічного індикатора?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Прилади відображення інформації

План:

Індикатори на рідких кристалах. Плазмові панелі. Маркування цифрових
індикаторів.

Література

1. Індикатори на рідких кристалах. Плазмові панелі. Маркування цифрових
індикаторів

Індикатори на рідких кристалах останніми роками все частіше
застосовуються в різноманітній електронній апаратурі. Ці індикатори
відрізняються малими габаритами, споживають незначну потужність (не
більше 100 мквт) від низьковольтних джерел живлення, забезпечують високу
контрастність зображення навіть при достатньо високих рівнях засвічення.

Рідкими кристалами називають особливу групу речовин, що займають
проміжне місце між твердим і рідким станами. Ці речовини складаються з
ниткоподібних органічних молекул, витягнутих в певних напрямах (мал.
22.9, а). Вони володіють текучістю подібно до рідин, але мають
молекулярний порядок твердих речовин. При температурі 15…70°С під дією
електричного поля орієнтація молекул змінюється, стає впорядкованою
(мал. 22.9, б), а в речовині виникає специфічний ефект динамічного
розсіювання світла (що як проходить через речовину, так і
відображеного). В результаті цього коефіцієнт заломлення змінюється, і
рідкий кристал, непрозорий у нормальному стані, починає пропускати
світло. Оскільки рідкокристалічні осередки самі не випромінюють світло,
то вони зазвичай використовуються спільно з яким-небудь зовнішнім
джерелом світла.

Конструкція елементарної рідкокристалічної ячейки достатньо проста (мал.
22.10). Вона складається з двох скляних пластин 2, покритих з
внутрішньої сторони шаром електропровідного матеріалу (3 і 5), і
розташованого між ними рідкого кристала 1 товщиною 8…25 мкм. Один з
електродів (мал. 22.10) прозорий, інший (мал. 22.10) – може бути або
прозорим, якщо індикатор працює на пропускання світла, або дзеркальним,
якщо індикатор працює на віддзеркалення. Електроди 3 і 5 розділяє
ізоляційна прокладка 4.

Для індикації цифр використовуються елементи, які складаються з восьми
сегментів (кожен сегмент – це елементарна рідкокристалічна ячейка). Сім
з них необхідні для відтворення десяти цифр, а восьмий сегмент
призначений для індикації коми, що відокремлює десяткові дроби від цілих
чисел (мал. 22.11).

Мал. 22.9. Рідкокристалічний ячейка:

а – невпорядкована структура без поля; б – впорядкована структура за
наявності електричного поля

Мал. 22.10. Конструкція елементарного рідкокристалічного індикатора
(рідкокристалічної ячейки):

1 – рідкий кристал; 2 – скляні пластини; 3 – прозорий електрод; 4 –
ізоляційна прокладка; 5 – прозорий або такий, що відображає електрод

Мал. 22.11. Конструктивне оформлення цифрового однорозрядного
рідкокристалічного індикатора

Мал. 22.12. Конструкція багаторозрядного рідкокристалічного індикатора
(дисплея)

Рис 22.13. Схеми, що ілюструють роботу рідкокристалічної ячейки:

а – на віддзеркалення світла; б – на пропускання світла

Мал. 22.14. Схема управління рідкокристалічним індикатором

Для отримання зображення тієї або іншої цифри необхідно впливати за
допомогою електричного струму на певні цифрові сегменти.

На мал. 22.12 показаний багаторозрядний індикатор на трьох
рідкокристалічних елементах. По суті, такий індикатор є простим
рідкокристалічним дисплеєм компактної плоскої конструкції. Слід
зазначити, що, окрім цифрової індикації, на такому дисплеї можуть бути
відтворені і складніші знаки і символи.

Джерела світла, необхідні для роботи індикаторів на рідких кристалах,
можна розташовувати як перед ними, так і позаду них. У першому випадку
позаду цифрових сегментів встановлюють дзеркальну пластину (мал. 22.13,
про), світло відбивається від неї і проходить через сегменти, прозорість
яких залежить від величини струму, що пропускається через них. При
роботі індикатора у відображених променях як джерело світла можна
використовувати навколишнє освітлення.

У другому випадку джерело світла (мініатюрні лампи розжарювання або
люмінесцентні випромінювачі) розташовують так, як показано на мал.
22.13, б. Замість дзеркальної пластини використовується матово-чорна.
Індикатор працює в світлі, що проходить. При використанні відповідних
фільтрів можна отримати кольорове зображення тих або інших знаків.

~

®

°

h ee¶

e

h‚

@

~

°

h e2

&

&

^„A`„

h‚

h‚

&

yyyy^„A`„

h‚

h‚

h‚

&

^„A`„

&

&

&

&

&

&

&

&

F

E

I

?

O

@

E

E

I

I

?

O

L

x

&

^„A`„

&

&

&

^„A`„

&

j

&

&

^„A`„

&

&

&

&

&

^„A`„

&

&

&

&

iiiiiiiiiaaaaa

nnnnn

nnnnn

nnnnn

nnnnn

nnnnn

nnnnn

nnnnn

nnnnn

nnnnn

nnnnn

nnnnn

j?

n.nnnAkdf

nnnnn

nnnnn

nnnnn

&

&

\

?

1/4

3/4

U

Ue

TH

\

TH

&

&

F

&

68D°aeuethl

n

&

ueth:

j

l

n

th

&

&

^„A`„

&

&

&

&

&

&

&

&

^„A`„

&

&

&

&

&

^„A`„

&

&

&

&

^„A`„

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

^„A`„

j%

&

&

&

&

&

&

^„A`„

&

&

&

jp\

j~F

jO

y

&

dh1$7$8$H$^„A`„

&

&

&

&

jNQ

;

jO#

jU”

jw}

!дключає живлячу напругу до того або іншого сегменту за заданою
програмою. З цією метою може бути використана схема, приведена на мал.
22.14. Тут до кожного сегменту підводиться живляча напруга тільки в тому
випадку, якщо відповідний транзистор, що управляє, відкритий (на малюнку
показаний тільки один транзистор VT7 сьомого сегменту). Між загальним
електродом і плюсом джерела живлення включений обмежувальний резистор з
опором Roгp = 10… 100 ком. За допомогою високоомних резисторів
встановлюється необхідне для роботи сегментів живляча напруга (близько 5
В). При відмиканні транзистора відповідний цифровий сегмент виявляється
заземленим, на кристалічну рідину впливатиме повна напруга живлення, і
вона стане прозорою, що приведе до висвічення тієї або іншої цифри
(знаку, символу).

Контрольні запитання:

Область застосування індикаторів на рідких кристалах?

Що називають рідкими кристалами?

Що таке сегмент?

Конструкція елементарного рідкокристалічного індикатора?

В чому полягає принцип роботи рідкокристалічного індикатора?

Інструкційна картка №19 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 3 Основи аналогової електронної схемотехніки

3.1 Підсилювачі

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Принцип роботи простих ППС?

Принцип роботи диференційного підсилювача.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Читати схеми де використовуються підсилювачі;

Будувати схеми ППС.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [1, с. 110-111].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Підсилювачі постійного струму прямого підсилення.

Диференційні підсилювачі.

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Що являється найпростішим представником підсилювача постійного струму?

В чому суть роботи двокаскадного ППС прямого підсилення?

Принцип роботи диференційного підсилювача?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Підсилювачі

План:

Підсилювачі постійного струму прямого підсилення.

Диференційні підсилювачі.

Література

1. Підсилювачі постійного струму прямого підсилення

Найпростішим представником ППС є підсилювач прямого підсилення з
безпосередніми зв’язками. Розглянемо схему двокаскадного підсилювача
прямого підсилення, зображену на рис. 4.2.

Рис. 4.2 – Двокаскадний підсилювач постійного струму прямого підсилення

Він складається з двох каскадів, виконаних за схемою з СЕ. Призначення
елементів те ж саме, що і у підсилювачах змінного струму. Вхідний
сигнал, що надходить до входу першого каскаду, підсилюється і з
колектора транзистора VT 1 подається на вхід другого каскаду, виконаного
на транзисторі VT2. Після повторного підсилення, сигнал надходить на
навантаження R .

На відміну від підсилювача змінного струму, де режим спокою вибирається
за умов найліпшого підсилення вхідного сигналу і не впливає на
навантаження завдяки наявності реактивних елементів зв’язку, у цьому
підсилювачі процеси протікають по іншому.

Напруга спокою першого каскаду U0K безпосередньо подасться на вхід
другого і, якщо не прийняти спеціальних заходів, під її дією транзистор
насичується. Тобто ні про яке підсилення не може йти мови. Для того, щоб
виключити це явище, до емітерного кола VT2 вводять резистор Rе2 на якому
виділяється напруга UЕ2 що компенсує напругу UОК, оскільки спрямована
зустрічно.

Наявність великих Rе1 та Rе2 призводить до виникнення в схемі глибоких
ВЗЗ, що значно знижує коефіцієнт підсилення. Тому такі підсилювачі мають
обмежену кількість каскадів (зазвичай не більше двох).

Для того, щоб знизити величину емітерної напруги, можна використати
дільник напруги (зображений на рис. 4.2 пунктиром). У цьому випадку
навіть на малому опорі Rе2 можна одержати потрібний рівень напруги. Але
зменшення ВЗЗ призводить до підвищення втрат потужності, а отже, до
зниження к.к.д.

Даний підсилювач має велике значення дрейфу нуля і використовується у
випадках, коли немає високих вимог до якості підсилення. Для підвищення
стабільності схеми в якості RЕ1 і RE2, використовують терморезистори.

2. Диференційні підсилювачі

Балансний підсилювач, у емітерне коло якого замість RЕ увімкнене джерело
струму (наприклад, транзистор, якому задано фіксоване значення струму
бази), має назву диференційного (різницевого – бо підсилює різницю
напруг між входами) підсилювача. Його схему наведено на рис. 4.6.

Рис. 4.6 – Диференційний підсилювач

Щодо нього слід зазначити наступне. Вхідний сигнал може бути подано не
тільки як диференційний (між входами Вх.1 і Вх.2). Його можна також
подавати на будь-який з входів відносно точки з нульовим потенціалом.

Навантаження також може бути підімкнене не тільки між обома виходами
(симетричний вихід), але й до одного виходу і нульової точки
(несиметричний вихід). При цьому, якщо це, наприклад, Вих.2, то Вх.1 для
нього буде неінвертуючим: зміни сигналу на виході співпадають по знаку
(фазі – для змінного струму) зі змінами вхідного сигналу; Вх.2 буде
інвертуючим: зміни вихідного сигналу по знаку (фазі) протилежні змінам
вхідного.

При несиметричному вході один з колекторних резисторів (від якого не
робиться вихід) можна не встановлювати.

Якщо на обидва входи подані відносно нульової точки однакові по знаку і
величині сигнали (синфазний сигнал), то напруга на виході дорівнюватиме
нулю – підсилювач підсилює тільки різницевий сигнал.

Диференцінні підсилювачі знайшли широке використання при побудові ППС в
інтегральному виконанні.

Контрольні запитання:

Що являється найпростішим представником підсилювача постійного струму?

В чому суть роботи двокаскадного ППС прямого підсилення?

Принцип роботи диференційного підсилювача?

Інструкційна картка №20 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 3 Основи аналогової електронної схемотехніки

3.1 Підсилювачі

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Принцип роботи балансного підсилювача.

Будову балансного підсилювача.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Читати схеми де використовуються підсилювачі;

Будувати схеми балансного підсилювача.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [1, с. 106-110].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Балансні підсилювачі

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Що собою являє балансний підсилювач?

На основі чого будуються балансні підсилювачі?

Принцип роботи простого балансного підсилювача?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Підсилювачі

План:

Балансні підсилювачі

Література

1. Балансні підсилювачі

Балансні ППС будуються на основі чотириплечого моста з паралельним
балансом, схема якого наведена на рис. 4.3.

Рис. 4.3 – Чотириплечий міст

Напруга на виході мосту не залежить від змін напруги живлення чи від
пропорційних змін параметрів плечей.

На рис. 4.4 зображена найпростіша схема балансного підсилювача.

Рис. 4.4 – Балансний підсилювач

Він складається з двох каскадів на транзисторах VTI і VT2. Причому
параметри елементів обох каскадів повинні бути практично однаковими (в
тому числі і транзисторів, що досить важко виконати).

Підсилювач являє собою чотириплсчий міст, де роль резистора R1 виконує
Rk1, R2 – опір транзистора VT1 R4 – опір транзистора VT2.

Якщо вхідний сигнал відсутній, напруга на навантаженні дорівнює нулю
(коли схема абсолютно симетрична). Дрейф нуля практично у 20 – 30 разів
менший, ніж у підсилювача з безпосередніми зв’язками, оскільки
визначається різницею І0К1 та І0К2.

За наявності вхідного сигналу з полярністю, що вказана на рис. 4.4,
транзистор VT1 трохи відкривається, його колекторний струм зростає, а
транзистор VT2 пропорційно закривається і його колекторний струм
зменшується. Внаслідок цього на навантаженні Rh з’являється напруга
розбалансу .

Недоліком такого ППС є наявність значного ВЗЗ, зумовленого великими
значеннями R1 і R2. Виключити цей недолік дозволяє схемо-технічне
рішення, наведене на рис. 4.5.

Рис. 4.5 – Вилучення впливу ВЗЗ у балансному підсилювачі

Таким чином, відносні зміни струмів емітерів під дією вхідного сигналу
взаємно компенсуються, виключаючи ВЗЗ за підсилюваним сигналом. ВЗЗ за
постійним струмом залишається.

R0, крім того, що вирівнює потенціали емітерів, як і в попередній схемі,
у даному разі ще й забезпечує балансування схеми при незначних
відхиленнях параметрів елементів.

Контрольні запитання:

Що собою являє балансний підсилювач?

На основі чого будуються балансні підсилювачі?

Принцип роботи простого балансного підсилювача?

Інструкційна картка №21 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 3 Основи аналогової електронної схемотехніки

3.2 Генератори синусоїдальних коливань

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Трьохточкові схеми автогенераторів;

Будову автогенераторів.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Читати схеми де використовуються автогенератори;

Будувати схеми транзисторних автогенераторів.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [2, с. 338-340].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Різновиди схем транзисторних автогенераторів

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Що собою являють трьохточкові схеми автогенераторів?

Як здійснюються режим за постійним струмом і його термостабілізація?

Які схеми автогенераторів застосовуються для збільшення вихідної
потужності?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Генератори синусоїдальних коливань

План:

Різновиди схем транзисторних автогенераторів

Література

1. Різновиди схем транзисторних автогенераторів

Крім схеми з трансформаторним зв’язком, широкого поширення в електронній
апаратурі набули так звані трьохточкові схеми з автотрансформаторним
(мал. 18.5, а) і ємнісним зв’язком (мал. 18.5.б).

Мал. 18.5. Трьохточкові схеми автогенераторів:

а – з автотрансформаторним, би – із ємнісним зв’язком.

Мал. 18.6. Двотактна схема автогенератора

Режим за постійним струмом і його термостабілізація здійснюються в
приведених схемах так само, як і в схемі мал. 18.1. По змінному струму
високої частоти контур приєднується до трьох електродів транзистора –
емітеру, базі, колектору – трьома точками: Е, Б, К. У схемі, приведеній
на мал. 18.5, а, вивід від відповідного витка контурної котушки
підключено до емітера транзистора через малий внутрішній опір джерела
живлення.

Напруга зворотного зв’язку (мал. 18.5, а) знімається з частини витків
контурної котушки (L2) і через конденсатор С1 поступає на базу
транзистора. Оскільки знаки миттєвої напруги на L1 і L2 щодо середньої
точки протилежні, тобто зсунуті між собою по фазі на 180?, а
підсилювальний каскад повертає фазу ще на 180°, то зворотний зв’язок
буде позитивним, тобто умова балансу фаз виконується. Аналогічно працює
і схема, приведена на мал. 18.5, б, тільки тут напруга зворотного
зв’язку знімається з конденсатора ЗЕ.

Для збільшення вихідної потужності застосовуються двотактні схеми
автогенераторів, які по суті є поєднанням однотактних схем із загальним
контуром, загальним живленням і іншими загальними елементами. Побудова
такої схеми ілюструється мал. 18.6.

Контрольні запитання:

Що собою являють трьохточкові схеми автогенераторів?

Як здійснюються режим за постійним струмом і його термостабілізація?

Які схеми автогенераторів застосовуються для збільшення вихідної
потужності?

Інструкційна картка №22 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 3 Основи аналогової електронної схемотехніки

3.3 Випрямлячі. Стабілізатори

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Призначення випрямлячів;

Область застосування випрямлячів з помноженням напруги;

Область застосування трифазних випрямлячів;

Будову та принцип роботи схем.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Застосовувати схеми випрямлячів при побудові електричних схем;

Викреслювати схеми випрямлячів.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [1, с. 199-205], [2, с. 360-362].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Випрямлячі з помноженням напруги.

Трифазні випрямлячі.

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Навіщо використовуються випрямлячі з помноженням напруги?

Який принцип роботи найпростішої схеми випрямляча з помноженням напруги?

Яка область застосування трифазних випрямлячів?

Що собою являє схема Міткевича та Ларіонова?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Теоретична частина: Випрямлячі. Стабілізатори

План:

Випрямлячі з помноженням напруги.

Трифазні випрямлячі.

Література

1. Випрямлячі з помноженням напруги

Для підвищення випрямленої напруги на навантаженні при заданій напрузі
на вторинній обмотці трансформатора або за відсутності трансформатора,
що підвищує, з необхідним коефіцієнтом трансформації застосовують схеми
випрямляння з помноженням напруги. Як додаткові джерела ерс, призначених
для збільшення вихідної напруги, в цих схемах використовують
конденсатори, що періодично заряджають через діоди.

Мал. 19.6. Схеми випрямлячів з помноженням напруги:

а – с подвоєнням; б – з потроєнням.

Проста схема випрямляча з помноженням напруги приведена на мал. 19.6, а.
Діє така схема таким чином. Протягом позитивного напівперіоду, коли
потенціал точки А вторинної обмотки силового трансформатора позитивний
щодо точки Б, конденсатор С1 заряджається через діод VD1 до напруги,
рівної амплітуді напруги на вторинній обмотці трансформатора U2m. У
другий напівперіод, коли потенціал точки А стає негативним, а точки Б –
позитивним, вторинна обмотка трансформатора виявляється сполученою з
конденсатором С1 таким чином, що напруга на їх виводах складається. Під
впливом цієї сумарної напруги конденсатор С2 через діод VD2 заряджається
майже до подвоєного значення амплітудної напруги на виводах вторинної
обмотки трансформатора 2U2m. В процесі заряду конденсатора С2
відбувається розряд конденсатора С1. Потім процес повторюється. При
цьому напруга на опорі навантаження, підключеному паралельно
конденсатору С2, пульсує з частотою напруги мережі.

На мал. 19.6, б приведена схема з потроєнням напруги. У позитивний
напівперіод, коли потенціал точки А позитивний щодо точки Б, конденсатор
С1 заряджає через діод VD1 до напруги U2m. У наступний напівперіод
конденсатор С2 заряджає через діод VD2 до напруги, рівної сумі напруги
конденсатора С1 і вторинної обмотки трансформатора, тобто приблизно до
напруги 2U1m. Конденсатор С1 в цей час розряджається. У подальший
напівперіод, коли відбувається повторна зарядка конденсатора С1 через
діод VD1, закритим опиниться діод VD2 і конденсатор С2 розрядиться через
діод VD3 на конденсатор C3, зарядивши його до напруги 2U2m. Після
закінчення заряду конденсатора С1 (до кінця третього напівперіоду) опір
навантаження опиниться під сумарною напругою конденсаторів С1 і С2 тобто
приблизно під потрійною напругою U2m.

По аналогії з розглянутими схемами можуть бути побудовані схеми з
більшою кратністю множення напруги – скільки завгодно великою. Проте чим
вище кратність множення напруги, тим більше діодів і конденсаторів
повинні бути в схемі і тим більше високу напругу вони повинні
витримувати.

Схеми з помноженням напруги не можуть забезпечити на навантаженні
великий випрямлений струм. Пояснюється це тим, що при великому струмі
навантаження конденсатори, що входять в схему випрямляча, повинні мати
дуже велику ємність. Інакше вони швидко розряджатимуться і пульсації
напруги на навантаження стануть неприпустимо великими. Тому такі схеми
застосовуються в основному для отримання високої напруги при малому
струмі навантаження.

2. Трифазні випрямлячі

Для живлення навантажень середньої і великої потужності використовують
трифазні випрямні схеми, які мають порівняно з однофазними ряд переваг:

– краще використовуються вентилі за струмом;

– суттєво нижчий коефіцієнт пульсацій;

– ефективне використання габаритної потужності трансформатора;

– більш ефективне використання зглажуючих фільтрів.

До мережі трифазні випрямлячі підминаються через трифазні
трансформатори, обмотки яких вмикаються зіркою або трикутником.

Найрозповсюдженішими є такі два типи схем трифазних випрямлячів:

1) однопівнеріодна з нульовим виводом (схема Міткевича);

2) двопівперіодна мостова (схема Ларіонова).

Схема Міткевича

Однопівнеріодна схема з нульовим виводом (схема Міткевича) зображена на
рис. 9.10.

Рис. 9.10- Трифазна схема з нульовим виводом (схема Міткевича)

Ця схема складається із трифазного трансформатора ТV, випрямних діодів
VD1-VD3 та навантаження Rн , яке вмикається між спільним виводом
вторинних обмоток трансформатора (нульовим виводом) та спільною точкою
з’єднання випрямних діодів. Фактично ця схема являє собою три однофазних
однопівперіодних випрямляча, увімкнених паралельно. Тому первинні
обмотки трансформатора можуть з’єднуватися як зіркою, так і трикутником
(забезпечуючи, наприклад, підминання до мережі з фазною напругою 220 чи
127 вольт), а вторинні – лише зіркою.

Рис. 9.11 – Часові діаграми роботи схеми Міткевича

Випрямні діоди працюють по черзі. За період напруги живлення кожен діод
знаходиться у провідному стані третину періоду, причому проводить той
діод, до анода якого на даний момент прикладена найбільш позитивна фазна
напруга.

Частота пульсації випрямленої напруги в три рази перевищує частоту
мережі.

Недоліком даної схеми є наявність постійного підмагнічування
магнітопроводу трансформатора, зумовленого тим, що, як і у будь-якої
однотактної схеми, вторинною обмоткою трансформатора струм за період
проходить лише один раз і в одному напрямку, тобто цей струм має
постійну складову. Це вимагає використання трансформатора із підвищеним
перерізом магнітопроводу (підвищеної встановленої потужності).

Схема Ларіонова

раз.

Надалі будемо розглядати схему при вмиканні вторинних обмоток у зірку.

Тут шість випрямних діодів увімкнені у трифазну мостову схему і
утворюють дві групи: анодну – VD1.VD2, VD3 та катодну – VD44 VD5, VD6.

Рис. 9.12 – Трифазна мостова схема (схема Ларіонова)

Навантаження вмикається між спільними точками анодної і катодної груп
діодів. Можна виділити три однофазних мости, що підімкнені до лінійних
(у даному разі) вторинних напруг і паралельно до навантаження. Один з
таких мостів на схемі обведено штрих-пунктирною лінією.

У провідному стані завжди знаходяться два діоди: один з анодної групи і
один з катодної. Причому струм у схемі протікає від фази з найбільш
позитивною на даний момент напругою до фази з найбільш негативною
напругою, як, наприклад, струм і у момент часу, що відповідає &/t
показаний на часових діаграмах, які ілюструють роботу схеми і наведені
на рис. 9.13. На діаграмі и, також вказано проміжки, на яких у
провідному стані знаходяться відповідні діоди.

Рис. 9.13 – Часові діаграми роботи схеми Ларіонова

. Струм навантаження в даній схемі викликаний лінійною напругою.
Основні розрахункові співвідношення можна отримати із часової діаграми
випрямленої напруги, наведеної на рис. 9.14.

Рис. 9.14 – Розрахункова часова діаграма випрямленої напруги схеми
Ларіонова

Частота пульсації випрямленої напруги перевищує частоту мережі у шість
разів.

У цій схемі відсутнє підмагнічування магнітопроводу, оскільки у
вторинному колі кожної обмотки трансформатора за період напруги мережі
струм протікає двічі, причому у різних напрямках.

Схема Ларіонова у порівнянні зі схемою Міткевича маэ такі переваги:

1) за рівних фазних напруг середнє значення випрямленої напруги у два
рази вище (потрібно задавати меншу кількість витків вторинних обмоток
трансформатора);

2) більш низький коефіцієнт пульсацій (менш ніж шість відсотків), що
часто дозволяє використовувати схему Ларіонова без фільтра;

3) краще використання трансформатора за потужністю за рахунок
відсутності підмагнічування осердя.

Щоправда, кількість діодів у схемі Ларіонова в два рази більша, але, як
було зазначено раніше, на даний час це несуттєво (за винятком
випрямлення малих за значенням напруг), оскільки вартість діодів
невелика порівняно з вартістю трансформатора, який в схемі Міткевнича
повинен бути приблизно на сорок відсотків потужнішим.

Контрольні запитання:

Навіщо використовуються випрямлячі з помноженням напруги?

Який принцип роботи найпростішої схеми випрямляча з помноженням напруги?

Яка область застосування трифазних випрямлячів?

Що собою являє схема Міткевича та Ларіонова?

Інструкційна картка №23 для самостійного опрацювання навчального
матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 3 Основи аналогової електронної схемотехніки

3.3 Випрямлячі. Стабілізатори

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань;
розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

Призначення випрямлячів;

Область застосування керованих випрямлячів;

Основні методи регулювання напруги постійного струму керованих
випрямлячів;

Призначення та класифікація автономних інверторів;

Будову та принцип роботи схем.

ІІІ. Студент повинен уміти:

Застосовувати схеми випрямлячів при побудові електричних схем;

Викреслювати схеми випрямлячів та інверторів.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [1, с. 252-260].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

Керовані випрямлячі

Однофазний двопівперіодний керований випрямляч з нульовим виводом

Автономні інвертори. Призначення та класифікація

Однофазний інвертор струму

Півмостовий однофазний інвертор напруги

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

Що називається керованим випрямлячем?

Які основні методи регулювання напруги постійного струму керованих
випрямлячів?

Принцип роботи однофазного двопівперіодного керованого випрямляча з
нульовим виводом?

Призначення та класифікація автономних інверторів?

Призначення та принцип роботи однофазного інвертора струму?

Що собою являє півмостовий однофазний інвертор напруги?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Випрямлячі. Стабілізатори

План:

Керовані випрямлячі

Однофазний двопівперіодний керований випрямляч з нульовим виводом

Автономні інвертори. Призначення та класифікація

Однофазний інвертор струму

Півмостовий однофазний інвертор напруги

Література

1. Керовані випрямлячі

У розглянутих нами випрямних схемах у якості вентилів використано діоди
і тому вони с некерованими випрямлячами, бо не дозволяють регулювати
величину напруги на навантаженні.

Можливість зміни величини постійної напруги на навантаженні за
необхідним законом у заданих межах може бути реалізована за допомогою
керованих випрямлячів, які будуються на керованих вентилях, наприклад,
на тиристорах.

Перед тим, як розглядати конкретні схемні рішення керованих випрямлячів,
спочатку ознайомимось з основними методами регулювання напруги
постійного струму, які, перш за все, можна розділити на два види: такі,
що забезпечують регулювання з боку змінного струму і такі, що
забезпечують регулювання з боку постійного струму.

Регулювання з боку змінного струму можливе при використанні випрямних
схем на некерованих вентилях, але при цьому необхідно вводити додаткові
силові пристрої. Так можна:

1) змінювати величину змінної напруги, що подається на вентильну схему,
перемиканням під навантаженням виводів вторинної обмотки трансформатора,
змінюючи тим самим коефіцієнт трансформації останнього;

2) застосовувати регулятори змінного струму з рухомим струмознімачем
(автотрансформатори) або з рухомою магнітною системою (індукційні
регулятори).

З боку постійного струму можливе регулювання безперервними методами й
імпульсними.

При безперервних методах застосовують:

1) реостати і дільники напруги:

2) компенсаційні регулятори (наприклад, розглянуті нами в розділі 9.8.2
стабілізатори).

Через великі втрати енергії в елементах регулятора (надлишок напруги тут
гаситься на увімкнених послідовно з навантаженням елементах регулятора,
що принципово обумовлює низьке значення к.к.д.), такі методи
застосовують в малопотужних регуляторах.

У наш час найвживанішими є імпульсні методи регулювання, що зумовлено
отриманням на основі стрімкого розвитку напівпровідникових технологій
силових електронних напівпровідникових приладів, які можуть працювати у
ключовому режимі за досить високих напруг (тисячі вольт) і частот
(десятки і сотні кілогерц) – польові і біполярні транзистори,
СІТ-транзистори і БТІЗ, спеціальні види тиристорів.

Оскільки регулююч