Линейные, параметрические и нелинейные элементы и схемы
Nbsp;
КАФЕДРА РТТ
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
По дисциплине «КОМПЬЮТЕРНАЯ ЭЛЕТРОНИКА»
Часть 1
Автор: к.т.н., доцент Дмитренко В.П.
Перечень сокращений
БТ – биполярний транзистор
ВАХ – воль-амперная характеристика
ДЦ – дифференцирующая цепь
ДШ – диод Шоттки
ДХ − динамическая характиристика
ИЦ – интегрирующая цепь
КМОП – комплементарные МОП
ЛФЦ - линейная формирующая цепь
МДП - металл-диэлектрик-полупроводник
МОП – металл-окись-полупроводник
МЭТ – многоэмиттерный транзистор
ОБ - общая база
ОИ - общий исток
ОК - общий коллектор
ООС - отрицательная обратная связь
ОЭ – общий эмиттер
ПОС - положительная обратная связь
ПП – полупроводник
ПТ – полевый транзистор
ПТУП – ПТ с управляющим p-n переходом
ПТИЗ – ПТ с изолированным затвором
УЭ – усилительный элемент
ФЦ - форсирующая цепь
ЭК - электронный ключ
СОДЕРЖАНИЕ
1 Элементная база КЭ …………………………………………………
1.1 Электронные цепи и принципиальные схемы…………………………..
1.2 Линейные, параметрические и нелинейные элементы и схемы………
1.3 Активные элементы………………………………………………………
1.4 Пассивные элементы (пассивные двухполюсники) и их свойства……
1.5 Вопросы для самопроверки……………………………………………..
2 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ И ИХ ПАРАМЕТРЫ………………
2.1 Гармонический сигнал…………………………………………………...
2.2 Единичный скачек (функция включения Хевисайда)………………….
|
|
|
2.3 Дельта-функция (функция Дирака) ……………………………………
2.4 Идеальный прямоугольный импульс положительной полярности….
2.5 Периодическая последовательность идеальных прямоугольных импульсов……………………………………………………………………...
2.6 Трапецевидный импульс…………………………………………………
2.7 Линейно изменяющийся сигнал…………………………………………
2.8 Нарастающий экспоненциальный импульс (НЭИ)……………………
2.9 Спадающий экспоненциальный импульс (СЭИ) ……………………..
2.10 Реальный трапецевидный импульс…………………………………...
2.11 Вопросы для самопроверки…………………………………………..
3 ЛИНЕЙНЫЕ ФОРМИРУЮЩИЕ ЦЕПИ (ЛФЦ)…………………….
3.1 Дифференцирующие цепи (ДЦ)………………………………………..
3.2 Интегрирующие цепи (ИЦ)…………………………………………….
3.3 Цепь связи между каскадами…………………………………………..
3.4 Форсирующие цепи (ФЦ)………………………………………………
3.5 Вопросы для самопроверки……………………………………………
4 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ……………………………...
4.1 ПП резисторы…………………………………………………………...
4.2 ПП диоды………………………………………………………………..
4.2.1 Выпрямительные диоды…………………………………………….
|
|
|
4.2.2 Диоды Шоттки (ДШ). Транзистор Шоттки (ТШ)…………………
4.2.3 Стабилитроны. Параметрический стабилизатор напряжения…..
4.2.4 Туннельный диод……………………………………………………
4.2.5 Фотодиоды…………………………………………………………..
4.2.6 Светодиоды и лазеры………………………………………………
4.2.7 Варикапы……………………………………………………………
4.3 Транзисторы…………………………………………………………..
4.3.1 Гипотетический усилитель. ВАХ для УЭ………………………...
4.3.2 Принцип усиления. Биполярные и униполярные транзисторы..
4.3.3 Биполярные транзисторы. Структура. Принципы работы…….
4.3.4 Режимы работы транзистора……………………………………..
4.3.5 Основные схемы включения БТ………………………………….
4.3.6 Статические ВАХ для БТ………………………………………….
4.3.7 Работа БТ по схеме с ОЭ в различных режимах………………..
4.3.8 Усиление напряжения в каскаде по схеме с ОЭ………………...
4.3.9 Переходные процессы при переключении БТ…………………..
4.3.10 Динамические свойства БТ в активном режиме……………….
4.4 Униполярные (полевые) транзисторы (ПТ)……………………….
4.4.1 Определение ПТ. Разновидности ПТ. Особенности……………
4.4.2 Устройство и принцип действия ПТУП…………………………
4.4.3 Устройство и принцип действия ПТИЗ…………………………
|
|
|
4.4.4 ВАХ для ПТ………………………………………………………
4.4.5 Усилитель напряжения на ПТ………………………………….
4.4.6 Динамические характеристики (ДХ) для ПТ…………………
4.5 Разновидности транзисторов………………………………………
4.5.1 Многоэмиттерный транзистор (МЭТ)………………………….
4.5.2 Составной транзистор (БТ) по схеме Дарлингтона…………...
4.5.3 Составной транзистор (БТ) по схеме Шиклаи…………………
4.5.4 Комплементарная пара МОП транзисторов………………….
4.6 Силовые ПП приборы………………………………………………
4.6.1 Определение. Требования. Разновидности…………………….
4.6.2 Динисторы………………………………………………………..
4.6.3 Тиристор (управляемый диод, тринистор)……………………
4.6.4 Симистор (симметричный тиристор)………………………….
4.6.5 Фототиристоры и фотосимисторы…………………………….
4.6.6 СИТ – транзисторы (ПТ со статической индукцией)………...
4.6.7 БТ с изолированным затвором (БТ ИЗ)……………………….
4.7 Вопросы для самопроверки……………………………………….
Элементная база КЭ
Электронные цепи и принципиальные схемы
Электронная цепь (Э.Ц.) образуется путем соединения простейших элементов:
- сопротивлений (резисторов) с активным сопротивлением R;
|
|
|
-конденсаторов с емкостью С;
-катушек индуктивности с индуктивностью L;
-трансформаторов;
-полупроводниковых приборов (VD ,VT);
-источники энергии (источники питания);
-источники сигналов;
-приборы, преобразующие неэлектрические величины (освещенность, давление,…) в электрические сигналы (пример – фотодиод);
-приборы, преобразующие электрические величины в неэлектрические (пример - светодиод).
Иногда в качестве простейших элементов понимают и интегральные схемы.
ЭЦ изображают в виде принципиальных схем, на которых с помощью условных знаков и правил указывается способ соединения элементов цепи между собой, и приводятся (не всегда) необходимые сведения о элементах (их параметрах). Соединительные линии на схемах представляют собой провода и другие соединительные элементы (например, дорожка на печатной плате). На принципиальных схемах отображается наиболее существенное в цепи и опускаются конструктивные особенности; эти особенности отображаются в монтажных схемах.
Понятие ЭЦ, как совокупности соединенных между собой отдельных элементов основано на упрощенном подходе физических процессов в отдельных элементах. Эти процессы подчиняются законам ЭМЛ - f(t,r), но если размеры элементов L<<λ, то t3 → 0, т.е. изменения передаются мгновенно. При этом любое устройство – это цепь с сосредоточенными элементами (параметрами) и ее можно описывать I и U на отдельных участках. Однако при этом приходится иметь дело с большим разнообразием элементов, отличающихся своими характеристиками, принципом действия, конструкцией и т.д. По этой причине обычно принимаются дальнейшие упрощения: реальные элементы представляются с помощью сравнительно небольшого количества идеальных элементов и их соединений, которые и представляют в виде принципиальной схемы.
Таким образом, схема представляет собой геометрическую абстракцию цепи, которая отображает ее структуру и характер входящих в нее элементов с учетом режима работы и постановки задачи исследования.
Линейные, параметрические и нелинейные элементы и схемы
Если I и U на полюсах (выводах) элемента связаны линейными уравнениями (например 
- закон Ома), то коэффициенты этих уравнений (сопротивление R для закона Ома) полностью характеризуют поведение элемента и называют его параметрами. Параметры могут быть:
1) постоянными величинами (R=const );
2) некоторыми функциями времени (R=R(t));
3) нелинейными зависимостями ( 
) Или в более общем виде ( 
, 
).
В случае 1 схемы описываются линейными уравнениями с постоянными коэффициентами; в случае 2 – линейными уравнениями с переменными коэффициентами; в случае 3 – нелинейными уравнениями.
Соответственно различают три типа схем:
1. Линейные схемы (лин.ур.с пост.коэф.);
2. Параметрические схемы (лин.ур.с пер.коэф.);
3. Нелинейные схемы (нелинейн. ур.)
Линейные уравнения решаются значительно проще, чем нелинейные. Поэтому там, где это доступно стремятся свести задачу исследования цепи к рассмотрению линейных схем. Для этого вводят соответствующие модели (часто упрощенные) элементов. Рассмотрим классификацию наиболее часто встречающихся элементов (их упрощенных моделей). Их обычно подразделяют, в первую очередь, на активные и пассивные.
Активные элементы
К активным элементам относятся источники энергии (питания) и источники сигналов. В схемах они представляются идеальными источниками напряжения и тока.
Идеальный источник напряжения характеризуется задающим напряжением (ЭДС), величина и форма которого не зависят от величины тока, отдаваемого этим источником в цепи. Отсюда вытекает, что его внутреннее сопротивление 
, что и нашло своё отражение на условном обозначении этого элемента; оно представлено на рисунке 1.1.
| e(t) |
Рисунок 1.1 – Идеальный источник напряжения.
Здесь стрелкой показано направление отдаваемого тока.
Идеальный источник тока характеризуется задающем током j(t), величина и форма которого не зависят от значения напряжения на его зажимах. Отсюда вытекает, что его внутреннее сопротивление 
, что и нашло своё отражение на условном обозначении этого элемента – рис 1.2.
| j(t) |
Рисунок 1.2 – Идеальный источник тока.
Реальные источники могут приближаться по своим свойствам к идеальным, но в них всегда имеются внутренние потери энергии. Это учитывается на схемах введением пассивных элементов, которые и представляют собой внутренние сопротивление источников. (Рис. 1.3)
|
|
| ||||
| а) | б) |
Рисунок 1.3 – Реальные источники напряжения (а) и тока (б).
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1031; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!