1 История развития электроники Электроника наука о взаимодействии заряженных частиц с электромагнитными полями и методах создания электронных приборов и устройств, работа которых основана на прохождении электрического тока в твёрдом теле, вакууме и газах

Скачать 4.57 Mb.

Название	1 История развития электроники Электроника наука о взаимодействии заряженных частиц с электромагнитными полями и методах создания электронных приборов и устройств, работа которых основана на прохождении электрического тока в твёрдом теле, вакууме и газах
Анкор	Shpory_1-30.doc
Дата	01.05.2017
Размер	4.57 Mb.
Формат файла
Имя файла	Shpory_1-30.doc
Тип	Документы #5470
страница	1 из 3

1 2 3

1) История развития электроники

Электроника — наука о взаимодействии заряженных частиц с электромагнитными полями и методах создания электронных приборов и устройств, работа которых основана на прохождении электрического тока в твёрдом теле, вакууме и газах.

1 этап. К первому этапу относится изобретение в 1874 году русским инженером Ладыгиным лампы накаливания.

Открытие в 1874 году немецким ученым Брауном выпрямительного эффекта в контакте металл-полупроводник. Попов изобрел радио 7 мая 1895 г. чувствительности.

2 этап. Второй этап развития электроники начался с 1904 г. когда английский ученый Джон Флеминг сконструировал электровакуумный диод.

Основными частями диода являются два электрода находящиеся в вакууме. Металлический анод (А) и металлический катод (К) нагреваемый электрическим током до температуры при которой возникает термоэлектронная эмиссия.

3 этап. Третий период развития электроники — это период создания и внедрения дискретных полупроводниковых приборов.

Первый полевой транзистор был запатентован в США в 1926/30 гг., 1928/32 гг. и 1928/33 гг. Лилиенфельд — автор этих патентов.

23 декабря 1947 г. сотрудниками лаборатории «Белл Телефон» — Бардиным и Браттейном, под руководством Шокли продемонстрирован работающий точечный биполярный транзистор.

4 этап. В 1960 году Роберт Нойс из фирмы Fairchild предложил и запатентовал идею монолитной интегральной схемы (Патент США 2981877) и применив планарную технологию изготовил первые кремниевые монолитные интегральные схемы.

Первый микропроцессор «Интел-4004», 1971 г.

2)Электронно-дырочный p-n переход и его свойства

Ввиду неравномерной концентрации на границе раздела p и n полупроводника возникает диффузионный ток, за счёт которого электроны из n-области переходят в p-область, а на их месте остаются некомпенсированные заряды положительных ионов донорной примеси.

Электроны, приходящие в p-область, рекомбинируют с дырками, и возникают некомпенсированные заряды отрицательных ионов акцепторной примеси. Ширина p-n перехода – десятые доли микрона. На границе раздела возникает внутреннее электрическое поле p-n перехода, которое будет тормозящим для основных носителей заряда и будет их отбрасывать от границы раздела.

Свойство односторонней проводимости p-n перехода нетрудно рассмотреть на вольтамперной характеристике.

Вольтамперной характеристикой (ВАХ) называется графически выраженная

зависимость величины протекающего через p-n переход тока от величины приложенного напряжения I=f(U).

Будем считать прямое напряжение положительным, обратное –отрицательным.

Температурное свойство p-n перехода показывает, как изменяется работа p-n перехода при изменении температуры. На p-n переход в значительной степени влияет нагрев, в очень малой степени –охлаждение. При увеличении температуры увеличивается генерация носителей заряда, что приводит к увеличению как прямого, так и обратного тока.

Частотные свойства p-n перехода показывают, как работает p-n переход при подаче на него переменного напряжения высокой частоты. Частотные свойства p-n перехода определяются двумя видами ёмкости перехода:

- ёмкость, обусловленная неподвижными зарядами ионов донорной

и акцепторной примеси. Она называется зарядной, или барьерной ёмкостью; - диффузионная ёмкость, обусловленная диффузией подвижных носителей заряда через p-n переход при прямом включении.

При увеличении обратного напряжения энергия электрического поля становится достаточной для генерации носителей заряда. Это приводит к сильному увеличению обратного тока. Явление сильного увеличения обратного тока при определённом обратном напряжении называется электрическим пробоем p-n перехода

3) Полупроводниковые резисторы

Варистор — это полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения и, обладающий нелинейной симметричной ВАХ . Используется для защиты от перенапряжений.

Осн параметры:коэффициент нелинейности λ, определяемый как отношение сопротивления постоянному току (статического) R к сопротивлению переменному току.

максимальное допустимое напряжение Umax доп

номинальная мощность рассеяния Рном (1…3 Вт);

температурный коэффициент сопротивления ТКС (в среднем 5×10-3К-1);

предельная максимальная рабочая температура
Тензорезистор — это полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления от механической деформации.Назначение — измерение давлений и деформаций.

Принцип действия полупроводникового тензоризистора основан на тензорезистивном эффекте — на изменении электрического сопротивления полупроводника под действием механических деформаций.

Осн. Параметры: номинальное сопротивление тензорезистора — это сопротивление без деформации . коэффициент тензочувствительности — отношение относительного изменения сопротивления к относительному изменению длины тензорезистора.

Терморезистор — это устройство, сопротивление которого сильно изменяется с изменением температуры. Это резистивный прибор, обладающий высоким ТКС в широком диапазоне температур

Осн.параметры: номинальное сопротивление — это его сопротивление при определенной температуре. температурный коэффициент сопротивления терморезистора показывает относительное изменение сопротивления терморезистора при изменении температуры на один градус. максимально допустимая температура — это температура, при которой еще не происходит необратимых изменений параметров и характеристик терморезистора.

a — термистор;

b — позистор

4) Полупроводниковые диоды

Полупроводниковым диодомназывается устройство, состоящее из кристалла полупроводника, содержащее обычно один p-n переход и имеющее два вывода. 1. По конструкции:плоскостные диоды;точечные диоды;микросплавные диоды.

2. По мощности:маломощные;средней мощности;мощные.

3. По частоте:низкочастотные;высокочастотные;СВЧ.

4. По функциональному назначению: выпрямительные диоды;импульсные диоды;стабилитроны;варикапы;светодиоды;тоннельные диоды

К основным статистическим параметрам диода относят прямое падение напряжения Uпр при заданном прямом токе Iпр, и постоянный обратный ток Iобр при заданном обратном напряжении Uобр. Первый элемент — буква или цифра — материал— К или 2 — кремний или его соединения;
— Г или 1 — германий или его соединения;— А или 3 — арсенид галлия и соединения галлия.Второй элемент — буква — назначение диода:— Д — выпрямительные, импульсные;— С — стабилитроны;— В — варикапы;— А — сверхвысокочастотные;— Л — светодиодные;— Ф — фотодиоды.

Третий элемент — цифра — энергетические особенности диода.Четвертый элемент — две цифры — номер разработки.Пятый элемент — буква — специальные параметры диода.

Выпрямительным диодом называется полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный.Стабилитроном называется полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации уровня постоянного напряжения.Стабилитроны, предназначенные для стабилизации малых напряжений, называются стабисторами.

Импульсные диоды предназначены для работы в импульсных цепях с длительностями импульсов от нескольких нс до нескольких мкс.Варикапом называется полупроводниковый диод, у которого в качестве основного параметра используется барьерная ёмкость, величина которой варьируется при изменении обратного напряжения. Следовательно, варикап применяется как конденсатор переменной ёмкости, управляемый напряжением

Туннельные диоды — диоды, в основе которых использован туннельный эффект. Любой двухполюсник, имеющий на ВАХ участок отрицательного дифференциального сопротивления, может использоваться как усилитель или генератор.Обращенные диоды — разновидность туннельных, используются для выпрямления малых сигналов (за счет большой крутизны обратной диодной характеристики).

5)Биполярные транзисторы

Транзистором называется полупроводниковый преобразовательный прибор, имеющий не менее трёх выводов и способный усиливать мощность.

Классификация транзисторов производится по следующим признакам:

По материалу полупроводника — обычно германиевые или кремниевые;

По типу проводимости областей (только биполярные транзисторы): с прямой проводимостью (p-n-p — структура) или с обратной проводимостью (n-p-n — структура);

По принципу действия транзисторы подразделяются на биполярные и полевые (униполярные);

По частотным свойствам:НЧ (<3 МГц);СрЧ (3÷30 МГц);ВЧ и СВЧ (>30 МГц);По мощности. Маломощные транзисторы ММ (<0,3 Вт),
средней мощности СрМ (0,3÷3Вт), мощные (>3 Вт).

Основой биполярного транзистора является кристалл полупроводника p-типа или n-типа проводимости, который также как и вывод от него называется базой.

p-n переход между коллектором и базой называют коллекторным переходом, а между эмиттером и базой — эмиттерным переходом

При работе транзистора в усилительном режиме эмиттерный переход открыт, а коллекторный — закрыт. Это достигается соответствующим включением источников питания.

Из трёх выводов транзистора на один подаётся входной сигнал, со второго — снимается выходной сигнал, а третий вывод является общим для входной и выходной цепи. Таким образом, рассмотренная выше схема получила название схемы с общей базой.

.Достоинства — хорошие температурные и час тотные свойства. Недостатки: Схема не усиливает ток. Малое входное сопротивление. Два разных источника напряжения для питания
Схема включения с общим эмиттером.

Достоинства: Большой коэффициент усиления по току. Бóльшее, чем у схемы с общей базой, входное сопротивление.Для питания схемы требуются два однополярных источника, что позволяет на практике обходиться одним источником питания.Недостатки: худшие, чем у схемы с общей базой, температурные и частотные свойства.
Схема включения с общим коллектором

Недостатком схемы является то, что она не усиливает напряжение — коэффициент усиления чуть меньше 1

6)Основные характеристики и h-параметры для схемы включенияБТ с ОЭ

Динамическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором в выходной цепи стоит нагрузочный резистор, за счёт которого изменение входного тока или напряжения будет вызывать изменение выходного напряжения

В зависимости от состояния p-n переходов транзисторов различают 3 вида его работы: Режим насыщения — это режим, когда оба перехода — и

эмиттерный, и коллекторный открыты, в транзисторе происходит свободный переход носителей зарядов, ток базы будет максимальный, ток коллектора будет равен току коллектора насыщения. Линейный режим — это режим, при котором эмиттерный переход открыт, а коллекторный закрыт. Режим отсечки. Это режим, при котором оба его перехода закрыты (и эмиттерный и коллекторный). Ток базы в этом случае равен нулю. Ток коллектора будет равен обратному току.

Ключевым режимом работы транзистора называется такой режим, при котором рабочая точка транзистора скачкообразно переходит из режима отсечки в режим насыщения и наоборот, минуя линейный режим

Эквивалентная схема транзистора с ОЭ

В системе h-параметров в виде независимых переменных приняты входной ток и выходное напряжение. В этом случае зависимые переменные

U1 = f(I1, U2); I2 = f(I1, U2).
h11 — это входное сопротивление транзистора

h12 —коэффициент обратной связи

h21 — коэффициент усиления по току

h22 — выходная проводимость на холостом ходу во входной цепи.

7)Полевые транзисторы

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, в котором ток создаётся только основными носителями зарядов под действием продольного электрического поля, а управляющее этим током осуществляется поперечным электрическим полем, которое создаётся напряжением, приложенным к управляющему электроду.

Вывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, называется истоком.

Вывод полевого транзистора, к которому стекают основные носители зарядов, называется стоком.

Вывод полевого транзистора, к которому прикладывается управляющее напряжение, создающее поперечное электрическое поле называется затвором.

На затвор всегда подаётся такое напряжение, чтобы переходы закрывались. Напряжение между стоком и истоком создаёт продольное электрическое поле, за счёт которого через канал движутся основные носители зарядов, создавая ток стока.

1. При отсутствии напряжения на затворе p-n переходы закрыты собственным внутренним полем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна и ток стока будет максимальным. Uзи = 0; Ic1 = max.

2. При увеличении запирающего напряжения на затворе ширина p-n переходов увеличивается, а ширина канала и ток стока уменьшаются. |Uзи| > 0; Ic2 < Ic1.

3. При достаточно больших напряжениях на затворе ширина p-n переходов может увеличиться настолько, что они сольются, ток стока станет равным нулю.

Напряжение на затворе, при котором ток стока равен нулю, называется напряжением отсечки. |Uзи| >> 0; Ic3 = 0.

Вывод: полевой транзистор представляет собой управляемый полупроводниковый прибор, так как, изменяя напряжение на затворе, можно уменьшать ток стока и поэтому принято говорить, что полевые транзисторы с управляющими p-n переходами работают только в режиме обеднения канала. Стокозатворная характеристика — это зависимость тока стока (Ic) от напряжения на затворе (Uси). Стоковая характеристика — это зависимость Ic от Uси при постоянном напряжении на затворе. Ic = f(Uси) при Uзи = сonst. Осн.параметры: Напряжение отсечки. Крутизна стокозатворной характеристики. Внутреннее сопротивление . Входное сопротивление.
8)Тиристоры: динисторы, тринисторы, симисторы,

Тиристором называется четырёхслойный полупроводниковый прибор, состоящий из последовательно чередующихся областей p- и n — типов проводимости. Динисторы — это диодные тиристоры, или неуправляемые переключательные диоды.Тринисторы — это управляемые переключательные диоды.Симисторы — это симметричные тиристоры, т. е. тиристоры с симметричной ВАХ.

Динисторы. Наружная p-область и вывод от неё называется анодом. Наружная n-область и вывод от неё называется катодом. Внутренние p- и n-области называются базами динистора. Крайние p-n переходы называются эмиттерными, а средний p-n переход называется коллекторным.

Подадим на анод «–», а на катод «+». При этом эмиттерные переходы будут закрыты, коллекторный открыт. Основные носители зарядов из анода и катода не смогут перейти в базу, поэтому через динистор будет протекать только маленький обратный ток, вызванный не основными носителями заряда.

Если на анод подать «+», а на катод «–», эмиттерные переходы открываются, а коллекторный закрывается. При увеличении напряжения до определённой величины происходит электрический пробой коллекторного перехода. Сопротивление динистора резко уменьшается,

ток через него сильно увеличивается и падение напряжения на нём значительно уменьшается. Считается, что динистор перешёл из выключенного состояния во включённое. Динисторы применяются в виде бесконтактных переключательных устройств, управляемых напряжением.

Тринисторы.

Тринисторы можно включать при напряжениях, меньших напряжения включения динистора.Для этого достаточно на одну из баз подать дополнительное напряжение таким образом, чтобы создаваемое им поле совпадало по направлению с полем анода на коллекторном переходе.

Можно подать ток управления на вторую базу, но для этого на управляющий электрод необходимо подавать напряжение отрицательной полярности относительно анода, и поэтому различают тринисторы с управлением по катоду и с управлением по аноду.
</3>

1 2 3