Материал презентации может быть использован, как ввовное занятие на уроках физики, информатики или электротехники для объяснения работы полупроводников. Рассмотрена классификация веществ по типу проводимости. Дается объяснение собственной и примесной проводимости. Объяснена работа p-n - перехода. Диод и его свойства. Кратко дается понятие о транзисторах.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Презентация по теме: «Полупроводники» Преподаватель: Виноградова Л.О.

Классификация веществ по проводимости Собственная проводимость полупроводников Примесная проводимость полупроводников p – n переход и его свойства Полупроводниковый диод и его применение Транзисторы Электрический ток в различных средах Электрический ток в полупроводниках

Классификация веществ по проводимости Разные вещества имеют различные электрические свойства, однако по электрической проводимости их можно разделить на 3 основные группы: Электрические свойства веществ Проводники Полупроводники Диэлектрики Хорошо проводят электрический ток К ним относятся металлы, электролиты, плазма … Наиболее используемые проводники – Au , Ag, Cu, Al, Fe … Практически не проводят электрический ток К ним относятся пластмассы, резина, стекло, фарфор, сухое дерево, бумага … Занимают по проводимости промежуточное положение между проводниками и диэлектриками Si, Ge , Se, In, As

Классификация веществ по проводимости Вспомним, что проводимость веществ обусловлена наличием в них свободных заряженных частиц Например, в металлах это свободные электроны - - - - - - - - - - К содержанию

Собственная проводимость полупроводников Рассмотрим проводимость полупроводников на основе кремния Si Si Si Si Si Si - - - - - - - - Кремний – 4 валентный химический элемент. Каждый атом имеет во внешнем электронном слое по 4 электрона, которые используются для образования парноэлектронных (ковалентных) связей с 4 соседними атомами При обычных условиях (невысоких температурах) в полупроводниках отсутствуют свободные заряженные частицы, поэтому полупроводник не проводит электрический ток

Собственная проводимость полупроводников Рассмотрим изменения в полупроводнике при увеличении температуры Si Si Si Si Si - - - - - - + свободный электрон дырка + + При увеличении температуры энергия электронов увеличивается и некоторые из них покидают связи, становясь свободными электронами. На их месте остаются некомпенсированные электрические заряды (виртуальные заряженные частицы), называемые дырками Под воздействием электрического поля электроны и дырки начинают упорядоченное (встречное) движение, образуя электрический ток - -

Собственная проводимость полупроводников Таким образом, электрический ток в полупроводниках представляет собой упорядоченное движение свободных электронов и положительных виртуальных частиц - дырок При увеличении температуры растет число свободных носителей заряда, проводимость полупроводников растет, сопротивление уменьшается R (Ом) t (0 C) R 0 металл полупроводник К содержанию

Собственная проводимость полупроводников явно недостаточна для технического применения полупроводников Поэтому для увеличение проводимости в чистые полупроводники внедряют примеси (легируют) , которые бывают донорные и акцепторные Донорные примеси Si Si As Si Si - - - - - - - При легировании 4 – валентного кремния Si 5 – валентным мышьяком As , один из 5 электронов мышьяка становится свободным Таким образом изменяя концентрацию мышьяка, можно в широких пределах изменять проводимость кремния Такой полупроводник называется полупроводником n – типа, основными носителями заряда являются электроны, а примесь мышьяка, дающая свободные электроны, называется донорной Примесная проводимость полупроводников - -

Примесная проводимость полупроводников Акцепторные примеси Если кремний легировать трехвалентным индием, то для образования связей с кремнием у индия не хватает одного электрона, т.е. образуется дырка Si Si In Si Si - - - - - + Изменяя концентрацию индия, можно в широких пределах изменять проводимость кремния, создавая полупроводник с заданными электрическими свойствами Такой полупроводник называется полупроводником p – типа, основными носителями заряда являются дырки, а примесь индия, дающая дырки, называется акцепторной - -

Примесная проводимость полупроводников Итак, существует 2 типа полупроводников, имеющих большое практическое применение: р - типа n - типа Основные носители заряда - дырки Основные носители заряда - электроны + - Помимо основных носителей в полупроводнике существует очень малое число неосновных носителей заряда (в полупроводнике p – типа это электроны, а в полупроводнике n – типа это дырки), количество которых растет при увеличении температуры К содержанию

p – n переход и его свойства Рассмотрим электрический контакт двух полупроводников p и n типа, называемый p – n переходом + _ 1. Прямое включение + + + + - - - - Ток через p – n переход осуществляется основными носителями заряда (дырки двигаются вправо, электроны – влево) Сопротивление перехода мало, ток велик. Такое включение называется прямым, в прямом направлении p – n переход хорошо проводит электрический ток р n

p – n переход и его свойства + _ 2. Обратное включение + + + + - - - - Основные носители заряда не проходят через p – n переход Сопротивление перехода велико, ток практически отсутствует Такое включение называется обратным, в обратном направлении p – n переход практически не проводит электрический ток р n Запирающий слой К содержанию

Полупроводниковый диод и его применение Полупроводниковый диод – это p – n переход, заключенный в корпус Обозначение полупроводникового диода на схемах Вольт – амперная характеристика полупроводникового диода (ВАХ) I (A) U (В) Основное свойство p – n перехода заключается в его односторонней проводимости

Полупроводниковый диод и его применение Применение полупроводниковых диодов Выпрямление переменного тока Детектирование электрических сигналов Стабилизация тока и напряжения Передача и прием сигналов Прочие применения

До диода После диода После конденсатора На нагрузке Полупроводниковый диод и его применение Схема однополупериодного выпрямителя

Полупроводниковый диод и его применение Схема двухполупериодного выпрямителя (мостовая) вход выход + - ~

Транзисторы p-n-p канал p- типа n-p-n канал n- типа Условные сокращения: Э - эмиттер, К - коллектор, Б – база. Транзистор был первым полупроводниковым устройством, способным выполнять такие функции вакуумного триода (состоящего из анода, катода и сетки), как усиление и модуляция. Транзисторы вытеснили электронные лампы и произвели революцию в электронной промышленности.

Слайд 1

Слайд 2

Проводники, диэлектрики и полупроводники. Собственная (электронно-дырочная) электрическая проводимость. Примесная (электронно-дырочная) электрическая проводимость. Электронно-дырочный переход. Контакт двух полупроводников с р- и n- проводимостью. P- n переход и его свойство. Строение полупроводникового диода. Вольт - амперная характеристика полупроводникового диода. * * * * Применение полупроводников (выпрямление переменного тока)*. Однополупериодное выпрямление переменного тока.* Двухполупериодное выпрямление переменного тока.* Светодиоды*.

Слайд 3

В данную версию презентации включены 25 слайдов из 40, просмотр некоторых из них ограничен. Презентация носит демонстрационный характер. Полная версии презентации содержит практически весь материал по теме «Полупроводники», а также дополнительный материал, который следует более детально изучить в профильном физико-математическом классе. Полную версию презентации можно скачать на сайте автора LSLSm.narod.ru.

Слайд 4

Непроводники (диэлектрики)

Проводники

Прежде всего поясним само понятие – полупроводник.

По способности проводить электрические заряды вещества условно делятся на проводники и непроводники электричества.

Тела и вещества, в которых можно создавать электрический ток, называют проводниками.

Тела и вещества, в которых нельзя создавать электрический ток, называют непроводниками тока.

Металлы, уголь, кислоты, растворы солей, щелочи, живые организмы и многие другие тела и вещества.

Воздух, стекло, парафин, слюда, лаки, фарфор, резина, пластмассы, различные смолы, маслянистые жидкости, сухое дерево, сухая ткань, бумага и другие вещества.

Полупроводники по электропроводности занимают промежуточное место между проводниками и непроводниками.

Слайд 5

Бор B, углерод C, кремний Si фосфор Р, сера S, германий Ge, мышьяк As, селен Se, олово Sn, сурьма Sb, теллур Te и йод I.

Полупроводники - это ряд элементов таблицы Менделеева, большинство минералов, различные окислы, сульфиды, теллуриды и другие химические соединения.

Слайд 6

Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг ядра по стабильным орбитам.

Электронная оболочка атома германия состоит из 32 электронов, четыре из которых вращаются по его внешней орбите.

Электронная оболочка атома

Ядро атома

Сколько электронов у атома германия?

Четыре внешних электрона, называемые валентными, существенным образом определяют атома германия. Атом германия стремится приобрести устойчивую структуру, присущую атомам инертных газов и отличающуюся тем, что на внешней их орбите находится всегда строго определенное число электронов (например, 2, 8, 18 и т. д.).Таким образом, для приобретения подобной структуры атому германия потребовалось бы принять на внешнюю орбиту еще четыре электрона.

Слайд 7

Слайд 8

При повышении температуры некоторая часть валентных электронов может получить энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей. Тогда в кристалле возникнут свободные электроны (электроны проводимости). Одновременно в местах разрыва связей образуются вакансии, которые не заняты электронами. Эти вакансии получили название дырок.

ρмет = f(Т) ρполуп = f(Т)

Повысим температуру полупроводника.

Валентные электроны в кристалле германия связаны с атомами гораздо сильнее, чем в металлах; поэтому концентрация электронов проводимости при комнатной температуре в полупроводниках на много порядков меньше, чем у металлов. Вблизи абсолютного нуля температуры в кристалле германия все электроны заняты в образовании связей. Такой кристалл электрического тока не проводит.

При увеличении температуры полупроводника в единицу времени образуется большее количество электронно-дырочных пар.

Зависимость удельного сопротивления ρ металла от абсолютной температуры T

Собственная электрическая проводимость

Слайд 9

Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется только у чистых (т. е. без примесей) полупроводников и поэтому называется собственной электрической проводимостью.

Примесная (электронно-дырочная) электрическая проводимость.

Проводимость полупроводников при наличии примесей называется примесной проводимостью.

Примесная (электронная) электрическая проводимость.

Примесная (дырочная) электрическая проводимость.

Изменяя концентрацию примесей, можно значительно увеличивать число носителей зарядов того или иного знака и создавать полупроводники с преимущественной концентрацией либо отрицательно, либо положительно заряженных носителей.

Примесными центрами могут быть: атомы или ионы химических элементов, внедренные в решетку полупроводника; избыточные атомы или ионы, внедренные в междоузлия решетки; различного рода другие дефекты и искажения в кристаллической решетке: пустые узлы, трещины, сдвиги, возникающие при деформациях кристаллов, и др.

Слайд 10

Электронная проводимость возникает, когда в кристалл германия с четырехвалентными атомами введены пятивалентные атомы (например, атомы мышьяка, As).

Дальнейшее содержание слайда в полной версии презентации.

Слайд 11

Слайд 12

Слайд 14

Слайд 15

Слайд 16

Способность n–p-перехода пропускать ток практически только в одном направлении используется в приборах, которые называются полупроводниковыми диодами. Полупроводниковые диоды изготавливают из кристаллов кремния или германия. При их изготовлении в кристалл c каким-либо типом проводимости вплавляют примесь, обеспечивающую другой тип проводимости.

Изображают полупроводниковые диоды на электрических схемах в виде треугольника и отрезка, проведенного через одну из его вершин параллельно противолежащей стороне. В зависимости от назначения диода его обозначение может содержать дополнительные символы. В любом случае острая вершина треугольника указывает на направление протекания прямого тока через диод. Треугольник соответствует р-области и называется иногда анодом, или эмиттером, а прямолинейный отрезок - n-области и называется катодом, или базой.

База Б Эмиттер Э

Слайд 17

Слайд 18

По конструкции полупроводниковые диоды могут быть плоскостными или точечными.

Как правило, диоды изготавливают из кристалла германия или кремния, с проводимостью n-типа. В одну из поверхностей кристалла вплавляют каплю индия. Вследствие диффузии атомов индия в глубь второго кристалла, в нём образуется область p-типа. Остальная часть кристалла по-прежнему имеет проводимость n-типа. Между ними и возникает p-n - переход. Для предотвращения воздействия влаги и света, а также для прочности кристалл заключают в корпус, снабжая контактами. Германиевые и кремниевые диоды могут работать в разных интервалах температур и с токами различной силы и напряжения.

Действие варикапов основано на использовании емкостных свойств р-n перехода. Варикапы могут быть использованы для различных целей как конденсаторы с переменной емкостью. Иногда их используют в параметрических усилителях. В принципе работы параметрического усилителя лежит частичная компенсация потерь в колебательном контуре, состоящем из катушки индуктивности L и конденсатора C, при периодическом изменении емкости конденсатора или индуктивности катушки (при условии, что изменение будет происходить в определенных количественных и фазовых соотношениях с частотой колебаний контура). В этом случае увеличение мощности электрических колебаний (сигнала) происходит за счет энергии того источника, который будет периодически изменять величину реактивного параметра. В качестве такого переменного реактивного параметра и используется варикап, емкость которого меняется в результате воздействия гармонического напряжения подаваемого от специального генератора накачки. Если с помощью варикапа и генератора накачки полностью скомпенсировать все потери контура, т.е. довести его до состояния самовозбуждения, то такая система носит название параметрического генератора.

1 из 16

Презентация на тему: Диод

№ слайда 1

Описание слайда:

№ слайда 2

Описание слайда:

№ слайда 3

Описание слайда:

Туннельный диод. Первая работа, подтверждающая реальность создания туннельных приборов была посвящена туннельному диоду, называемому также диодом Есаки, и опубликована Л.Есаки в 1958 году. Есаки в процессе изучения внутренней полевой эмиссии в вырожденном германиевом p-n переходе обнаружил "аномальную" ВАХ: дифференциальное сопротивление на одном из участков характеристики было отрицательным. Этот эффект он объяснил с помощью концепции квантово-механического туннелирования и при этом получил приемлемое согласие между теоретическими и экспериментальными результатами.

№ слайда 4

Описание слайда:

Туннельный диод. Туннельным диодом называют полупроводниковый диод на основе p+-n+ перехода с сильнолегированными областями, на прямом участке вольт-амперной характеристики которого наблюдается n-образная зависимость тока от напряжения. Как известно, в полупроводниках с высокой концентрацией примесей образуются примесные энергетические зоны. В n-полупроводниках такая зона перекрывается с зоной проводимости, а в p-полупроводниках – с валентной зоной. Вследствие этого уровень Ферми в n-полупроводниках с высокой концентрацией примесей лежит выше уровня Ec, а в р-полупроводниках ниже уровня Ev. В результате этого в пределах энергетического интервала DE=Ev-Ec любому энергетическому уровню в зоне проводимости n-полупроводника может соответствовать такой же энергетический уровень за потенциальным барьером, т.е. в валентной зоне p-полупроводника.

№ слайда 5

Описание слайда:

Туннельный диод. Таким образом, частицы в n и p-полупроводниках с энергетическими состояниями в пределах интервала DE разделены узким потенциальным барьером. В валентной зоне p-полупроводника и в зоне проводимости n-полупроводника часть энергетических состояний в интервале DE свободна. Следовательно, через такой узкий потенциальный барьер, по обе стороны которого имеются незанятые энергетические уровни, возможно туннельное движение частиц. При приближении к барьеру частицы испытывают отражение и возвращаются в большинстве случаев обратно, но все же есть вероятность обнаружения частицы за барьером, в результате туннельного перехода отлична от нуля и плотность туннельного тока j t0. Рассчитаем, чему равна геометрическая ширина вырожденного p-n перехода. Будем считать, что при этом сохраняется несимметричность p-n перехода (p+ – более сильнолегированная область). Тогда ширина p+-n+ перехода мала: Дебройлевскую длину волны электрона оценим из простых соотношений:

№ слайда 6

Описание слайда:

Туннельный диод. Геометрическая ширина p+-n+ перехода оказывается сравнима с дебройлевской длиной волны электрона. В этом случае в вырожденном p+-n+ переходе можно ожидать проявления квантово-механических эффектов, одним из которых является туннелирование через потенциальный барьер. При узком барьере вероятность туннельного просачивания через барьер отлична от нуля!!!

№ слайда 7

Описание слайда:

Туннельный диод. Токи в туннельном диоде. В состоянии равновесия суммарный ток через переход равен нулю. При подаче напряжения на переход электроны могут туннелировать из валентной зоны в зону проводимости или наоборот. Для протекания туннельного тока необходимо выполнение следующих условий: 1)энергетические состояния на той стороне перехода, откуда туннелируют электроны, должны быть заполнены; 2) на другой стороне перехода энергетические состояния с той же энергией должны быть пустыми; 3)высота и ширина потенциального барьера должны быть достаточно малыми, чтобы существовала конечная вероятность туннелирования; 4) должен сохраняться квазиимпульс. Туннельный диод.swf

№ слайда 8

Описание слайда:

Туннельный диод. В качестве параметров используются напряжения и токи, характеризующие особые точки ВАХ. Пиковый ток соответствует максимуму ВАХ в области туннельнго эффекта. Напряжение Uп соответствует току Iп. Ток впадины Iв и Uв характеризуют ВАХ в области минимума тока. Напряжение раствора Upp соответствует значению тока Iп на диффузионной ветви характеристики. Падающий участок зависимости I=f(U) характеризуется отрицательным дифференциальным сопротивлением rД= -dU/dI, величину которого с некоторой погрешностью можно определить по формуле

№ слайда 9

Описание слайда:

Обращенные диоды. Рассмотрим случай, когда энергия Ферми в электронном и дырочном полупроводниках совпадает или находится на расстоянии ± kT/q от дна зоны проводимости или вершины валентной зоны. В этом случае вольт-амперные характеристики такого диода при обратном смещении будут точно такие же, как и у туннельного диода, то есть при росте обратного напряжения будет быстрый рост обратного тока. Что касается тока при прямом смещении, то туннельная компонента ВАХ будет полностью отсутствовать в связи с тем, что нет полностью заполненных состояний в зоне проводимости. Поэтому при прямом смещении в таких диодах до напряжений, больше или равных половине ширины запрещенной зоны, ток будет отсутствовать. С точки зрения выпрямительного диода вольт-амперная характеристика такого диода будет инверсной, то есть будет высокая проводимость при обратном смещении и малая при прямом. В связи с этим такого вида туннельные диоды получили название обращенных диодов. Таким образом, обращенный диод – это туннельный диод без участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Высокая нелинейность вольт-амперной характеристики при малых напряжениях вблизи нуля (порядка микровольт) позволяет использовать этот диод для детектирования слабых сигналов в СВЧ-диапазоне.

№ слайда 10

Описание слайда:

Переходные процессы. При быстрых изменениях напряжения на полупроводниковом диоде на основе обычного p-n перехода значение тока через диод, соответствующее статической вольт-амперной характеристике, устанавливается не сразу. Процесс установления тока при таких переключениях обычно называют переходным процессом. Переходные процессы в полупроводниковых диодах связаны с накоплением неосновных носителей в базе диода при его прямом включении и их рассасывании в базе при быстром изменении полярности напряжения на диоде. Так как электрическое поле в базе обычного диода отсутствует, то движение неосновных носителей в базе определяется законами диффузии и происходит относительно медленно. В результате кинетика накопления носителей в базе и их рассасывание влияют на динамические свойства диодов в режиме переключения. Рассмотрим изменения тока I при переключении диода с прямого напряжения U на обратное напряжение.

№ слайда 11

Описание слайда:

Переходные процессы. В стационарном случае величина тока в диоде описывается уравнением После завершения переходных процессов величина тока в диоде будет равна J0. Рассмотрим кинетику переходного процесса, то есть изменение тока p-n перехода при переключении с прямого напряжения на обратное. При прямом смещении диода на основе несимметричного p-n перехода происходит инжекция неравновесных дырок в базу диода. Изменение во времени и пространстве неравновесных инжектированных дырок в базе описывается. уравнением непрерывности:

№ слайда 12

Описание слайда:

Переходные процессы. В момент времени t = 0 распределение инжектированных носителей в базе определяется из диффузионного уравнения и имеет вид: Из общих положений ясно, что в момент переключения напряжения в диоде с прямого на обратное величина обратного тока будет существенно больше, чем тепловой ток диода. Это произойдет потому, что обратный ток диода обусловлен дрейфовой компонентой тока, а ее величина в свою очередь определяется концентрацией неосновных носителей. Эта концентрация значительно увеличена в базе диода за счет инжекции дырок из эмиттера и описывается в начальный момент этим же уравнением.

№ слайда 13

Описание слайда:

Переходные процессы. С течением времени концентрация неравновесных носителей будет убывать, следовательно, будет убывать и обратный ток. За время t2, называемое временем восстановления обратного сопротивления, или временем рассасывания, обратный ток придет к значению, равному тепловому току. Для описания кинетики этого процесса запишем граничные и начальные условия для уравнения непрерывности в следующем виде. В момент времени t = 0 справедливо уравнение распределения инжектированных носителей в базе. При установлении стационарного состояния в момент времени стационарное распределение неравновесных носителей в базе описывается соотношением:

№ слайда 14

Описание слайда:

Переходные процессы. Обратный ток обусловлен только диффузией дырок к границе области пространственного заряда p-n перехода: Процедура нахождения кинетики обратного тока следующая. Учитывая граничные условия, решается уравнение непрерывности и находится зависимость концентрации неравновесных носителей в базе p(x,t) от времени и координаты. На рисунке приведены координатные зависимости концентрации p(x,t) в различные моменты времени. Координатные зависимости концентрации p(x,t) в различные моменты времени

№ слайда 15

Описание слайда:

Переходные процессы. Подставляя динамическую концентрацию p(x,t), находим кинетическую зависимость обратного тока J(t). Зависимость обратного тока J(t) имеет следующий вид: Здесь – дополнительная функция распределения ошибок, равная Первое разложение дополнительной функции ошибок имеет вид: Разложим функцию в ряд в случаях малых и больших времен: t > p. Получаем: Из этого соотношения следует, что в момент t = 0 величина обратного тока будет бесконечно большой. Физическим ограничением для этого тока будет служить максимальный ток, который может протекать через омическое сопротивление базы диода rБ при обратном напряжении U. Величина этого тока, называемого током среза Jср, равна: Jср = U/rБ. Время, в течение которого обратный ток постоянен, называют временем среза.

№ слайда 16

Описание слайда:

Переходные процессы. Для импульсных диодов время среза τср и время восстановления τв обратного сопротивления диода являются важными параметрами. Для уменьшения их значения существуют несколько способов. Во-первых, можно уменьшать время жизни неравновесных носителей в базе диода за счет введения глубоких рекомбинационных центров в квазинейтральном объеме базы. Во-вторых, можно делать базу диода тонкой для того, чтобы неравновесные носители рекомбинировали на тыльной стороне базы.perpr_pn.swf Зависимость обратного тока от времени при переключении диода

стабилитрона
7

Стабилизатор напряжения на основе стабилитрона и ВАХ стабилитронов 1-КС133А, 2-КС156А,3-КС182Ж, 4-КС212Ж

Стабилизатор напряжения на основе
стабилитрона и ВАХ стабилитронов 1-КС133А, 2КС156А,3-КС182Ж, 4-КС212Ж
Степанов Константин Сергеевич

Вольтамперные характеристики
1- КС133А, 2-КС156А, 3-КС182Ж, 4-КС212Ж
9
Степанов Константин Сергеевич

Варикап: обозначение и его вах
Максимальная емкость варикапа
составляет 5-300 пФ
10
Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

ПРИМЕНЕНИЕ ДИОДОВ

В электротехнике:
1) выпрямительные устройства,
2) защитные устройства.
Степанов Константин Сергеевич

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Работа однополупериодного выпрямителя

Напряжение на выходе выпрямителя


u (t) = u (t) - u (t),
В виде среднего значения –
U = Um/π,


нагр
входа
нагр
Степанов Константин Сергеевич
диода

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Однофазный двухполупериодный выпрямитель
со средней точкой
Степанов Константин Сергеевич

Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Степанов Константин Сергеевич

Работа двухполупериодного выпрямителя

также определяется по второму закону
Кирхгофа:
В виде мгновенного значения –
u (t)= u (t) - u (t),
В виде действующего значения –
U = 2Um/π
нагр
входа
нагр
Степанов Константин Сергеевич
диода

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Степанов Константин Сергеевич

Однофазный мостовой выпрямитель

Степанов Константин Сергеевич

Работа двухполупериодного мостового выпрямителя

В этой схеме напряжение на выходе
определяется по второму закону Кирхгофа:
В виде мгновенного значения –
u (t)= u (t) - 2u (t),
В виде действующего значения –
U = 2Um/π,
при игнорировании падения напряжения на
диодах в виду их малой величины.
нагр
входа
нагр
Степанов Константин Сергеевич
диода

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Степанов Константин Сергеевич

Частота пульсаций
f1п = 3 fс
Степанов Константин Сергеевич

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Степанов Константин Сергеевич

Трехфазная мостовая схема управления

Постоянная составляющая в этой схеме
достаточно велика
m
, тогда Ud 0 =0,955Uл m ,
U 2 U Sin
d0
2
m
где: U2 – действующее значение линейного
напряжения на входе выпрямителя,
m – число фаз выпрямителя.
Uл m - амплитудное значение линейного
напряжения
Амплитуды пульсаций гармоник – малы,
а частота пульсаций их велика
Um1 = 0,055Uл m (частота f1п = 6 fс)
Um2 = 0,013Uл m (частота f2п = 12 fс)
Степанов Константин Сергеевич

СЕТЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ

Емкостные (С – фильтры)
Индуктивные (L – фильтры)
LC - фильтры
Степанов Константин Сергеевич

Емкостной (С – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

Емкостной (С – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

Емкостной (С – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

Индуктивный (L – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

Индуктивный (L – фильтр)

Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Биполярные транзисторы
Биполярным транзистором
называется полупроводниковый
прибор с двумя p-n-переходами.
Он имеет трехслойную структуру
n-p-n или p-n-p-типа
33
Степанов Константин Сергеевич

Структура и обозначение
биполярного транзистора
34
Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Структура биполярного транзистора

Степанов Константин Сергеевич

Режимы работы транзистора
Различают следующие режимы транзистора:
1)режим отсечки токов (режим закрытого
транзистора), когда оба перехода смещены в
обратном направлении (закрыты); 2)режим
насыщения (режим открытого транзистора) ,
когда оба перехода смещены в прямом
направлении, токи в транзисторах максимальны и
не зависят от его параметров: 3)активный режим,
когда эмиттерный переход смещен в прямом
направлении, коллекторный - в обратном.
37
Степанов Константин Сергеевич

Схема с общей базой

Степанов Константин Сергеевич

Схема с общей базой и её ВАХ
39
Степанов Константин Сергеевич

Схема с общим эмиттером (ОЭ)

Степанов Константин Сергеевич

Схема с общим коллектором (ОК)

Степанов Константин Сергеевич

Схема с ОЭ(а), её ВАХ и схема с ОК(б)

Степанов Константин Сергеевич

Характеристики и эквивалентные схемы транзисторов

Степанов Константин Сергеевич

Схема с общим эмиттером

Степанов Константин Сергеевич

Осциллограммы на входе и выходе усилителя с ОЭ

Степанов Константин Сергеевич

Схема с общим эмиттером

Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Тиристоры

Многослойные структуры с тремя p-nпереходами называют тиристорами.
Тиристоры с двумя выводами
(двухэлектродные) называются
динисторами,
с тремя (трехэлектродные) -
тринисторами.
Степанов Константин Сергеевич

Свойства тиристоров

Основным свойством является
способность находиться в двух
состояниях устойчивого равновесия:
максимально открытом, и
максимально закрытом.
Степанов Константин Сергеевич

Свойства тиристоров

Включать тиристоры можно
импульсами малой мощности по цепи
управления.
Выключать – сменой полярности
напряжения силовой цепи или
уменьшением анодного тока до
значения ниже тока удержания.
Степанов Константин Сергеевич

Применение тиристоров

По этой причине тиристоры относят к
классу переключающих
полупроводниковых приборов, главным
применением которых является
бесконтактная коммутация
электрических цепей.
Степанов Константин Сергеевич

Структура, обозначение и ВАХ динистора.

Степанов Константин Сергеевич

При прямом включении динистора источник
питания En смещает p-n-переходы П1 и П3 в
прямом направлении, а П2 - в обратном,
динистор находится в закрытом состоянии и
все приложенное к нему напряжение падает
на переходе П2. Ток прибора определяется
током утечки Iут, значение которого
находится в пределах от сотых долей
микроампера до нескольких микроампер
(участок ОА). Дифференциальное
u
сопротивление динистора Rдиф = l на участке
ОА положительно и достаточно велико. Его
значение может достигать нескольких сотен
мегаом. На участке АБ Rдиф <0 Условное
обозначение динистора показано на рис.б.
Степанов Константин Сергеевич

Структура тиристора

Степанов Константин Сергеевич

Обозначение тиристора

Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Условия включения тиристора

1. Прямое напряжение на тиристоре
(анод + , катод -).
2. Импульс управления, открывающий
тиристор, должен быть достаточной
мощности.
3. Сопротивление нагрузки должно
быть меньше критического
(Rкр = Uмакс/Iуд).
Степанов Константин Сергеевич

Полевые транзисторы
60
Степанов Константин Сергеевич

Полевые (униполярные) транзисторы

Степанов Константин Сергеевич

Полевой транзистор с изолированным затвором

Степанов Константин Сергеевич

ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ Подготовлено Степановым К.С.

Степанов Константин Сергеевич

ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ

Воздействие причины на следствие,
вызвавшее эту причину, называется
обратной связью.
Обратная связь, усиливающая

положительной (ПОС).
Обратная связь, ослабляющая
воздействие следствия, называется
отрицательной (ООС).
Степанов Константин Сергеевич

ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ структурная схема ОС

Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

Коэффициент передачи усилителя в
U вых
направлении стрелки
K
U вх
Коэффициент передачи обратной
связи в направлении стрелки
U ос
U вых
Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

β показывает какая часть выходного
напряжения передаётся на вход.
Обычно
1
U вх U вх U ос U вх U вых
U вых KU вх K (U вх U вых)
Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

Следовательно
Тогда
K
K
1 K
U вых
K
K KK
U вх
U ос
U вых Z н
K
1
Zн
K
1 K
Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

Входное сопротивление
Так как в схеме
Тогда
Z вх (1 K) Z вх
U ос (I вых I вх)
U вх U вх (I вых I вх)
Z вх Z вх (1 K I)
Z вых (1 K в)
Z вых
Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по току

Где KI - коэффициент усиления тока. Он
должен быть меньше нуля, т.е. усилитель
должен быть инвертирующий.
K в Zвх * Kв /(Rг Zвх)
При ООС K в <0
Применяется тогда, когда нужно иметь
большое Zвых. Тогда такой усилитель
эквивалентен генератору тока. При
глубокой ООС справедливо
>>Zвых
Z вых
Степанов Константин Сергеевич

Степанов Константин Сергеевич

Последовательная ОС по напряжению

Последовательная ОС
напряжению
по
Увеличивает входное и уменьшает
выходное сопротивление
Z вых
Z вых
1 K в
Z вх
Rг Z вх
где Кв – коэффициент передачи
усилителя в режиме холостого хода
Эмиттерный повторитель – яркий
пример Последовательной ООС по
напряжению
Степанов Константин Сергеевич

Параллельная ООС по току

Параллельная
Степанов Константин Сергеевич
ООС по току

Параллельная ООС понапряжению

Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Подготовлено Степановым К.С.

Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Логические элементы - устройства,
предназначенные для обработки
информации в цифровой форме
(последовательности сигналов высокого -
«1» и низкого - «0» уровней в двоичной
логике, последовательность "0", "1" и "2" в
троичной логике, последовательности "0",
"1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8"и "9" в
Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Физически, логические элементы
могут быть выполнены
механическими,
электромеханическими (на
электромагнитных реле),
электронными (на диодах и
транзисторах), пневматическими,
гидравлическими, оптическими и др.
Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

После доказательства в 1946 г. теоремы
Джона фон Неймана о экономичности
показательных позиционных систем
счисления стало известно о
преимуществах двоичной и троичной
систем счисления по сравнению с
десятичной системой счисления.
Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Двоичность и троичность позволяет
значительно сократить количество
операций и элементов, выполняющих
эту обработку, по сравнению с
десятичными логическими элементами.
Логические элементы выполняют
логическую функцию (операцию) с
входными сигналами (операндами,
данными).
Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Логические операции с одним
операндом называются унарными, с
двумя - бинарными, с тремя -
тернарными (триарными,
тринарными) и т. д.
Степанов Константин Сергеевич

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Из возможных унарных операций с
унарным выходом интерес для
реализации представляют операции
отрицания и повторения, причём,
операция отрицания имеет большую
значимость, чем операция повторения, Степанов Константин СергеевичA Мнемоническое правило Для эквивалентности с любым

На выходе будет:

действует четное количество «1»,

действует нечетное количество «1»,
Степанов Константин Сергеевич

Сложение по модулю 2 (2Исключающее_ИЛИ, неравнозначность). Инверсия равнозначности.

A
Степанов Константин Сергеевич
0
0
1
1
B
0
1
0
1
f(AB)
0
1
1
0

Мнемоническое правило

Для суммы по модулю 2 с любым
количеством входов звучит так:
На выходе будет:
"1" тогда и только тогда, когда на входа
действует нечётное количество «1»,
"0" тогда и только тогда, когда на входа
действует чётное количество «1»,
Степанов Константин Сергеевич

Благодарю за внимание
Степанов Константин Сергеевич