- •Н.Д. Ясенев физические основы электроники Учебное пособие
- •Екатеринбург
- •Предисловие
- •Введение
- •Классификация полупроводниковых приборов
- •Глава 1. Физические основы проводимости полупроводников
- •1.1.Электропроводность полупроводников. Беспримесные и примесные полупроводники
- •1.2.Процессы в электронно-дырочном переходе
- •1.3.Инжекция неосновных носителей. Диффузионная и зарядная емкости
- •1.4. Пробой p-n перехода
- •Глава 2. Полупроводниковые диоды
- •2.1. Устройство полупроводниковых диодов
- •2.2. Основные характеристики и параметры диодов
- •2.3. Выпрямительные диоды
- •2.4. Стабилитроны
- •Глава 3. Биполярные транзисторы
- •3.2. Схемы включения транзисторов
- •3.3. Статические характеристики биполярных транзисторов
- •3.5. Параметры предельных режимов работы транзистора
- •Глава 4. Полевые транзисторы
- •Глава 5. Тиристоры
- •5.1. Устройство и принцип действия тиристора
- •5.3. Разновидности тиристоров
- •Глава 6. Интегральные схемы
- •Глава 7. Усилители напряжения, тока, мощности в схемах автоматики
- •7.3. Усилитель переменного тока с трансформаторной связью каскадов
- •7.4. О режимах работы усилительных каскадов
- •7.5. Усилители постоянного тока
- •7.8. Понятие об операционном усилителе.
- •Глава 8. Полупроводниковые триггеры
- •Глава 9. Мультивибраторы и одновибраторы.
- •9.1. Исходные положения
- •Глава 10. Блокинг-генератор
- •Глава 11. Генераторы линейно изменяющегося напряжения
- •Глава 1. Физические основы проводимости полупроводников 7
- •Глава 8. Полупроводниковые триггеры. 97
- •Глава 9. Мультивибраторы и одновибраторы. 105
- •Глава 10. Блокинг-генератор. 111
- •Глава 11. Генераторы линейно изменяющегося напряжения. 114
- •620002 Екатеринбург, ул. Мира 19
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»
Н.Д. Ясенев физические основы электроники Учебное пособие
Научный редактор – проф., д.т.н. Браславский И.Я.
Екатеринбург
2005
УДК 621.3011 (075.8)
ББК 31.21 Я73
Я80
Рецензенты:
Генеральный директор ЗАО «Тяжпромэлектромет» И.А.Авербах
Главный инженер ЗАО «АСК» В.К.Кривовяз
Автор: Н.Д. Ясенев
Я80 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ: учебное пособие для студентов всех видов обучения специальности 180400 – “Электропривод и автоматизация промышленных установок и автоматика технических комплексов”/ Н.Д. Ясенев. Екатеринбург, ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2004. 118 с.
ISBN 5-7931-0018-0
В предлагаемом пособии дано описание принципов работы, конструкций, а также приведены характеристики и параметры основных типов электронных устройств, используемых в промышленной автоматике: диодов, биполярных и полевых транзисторов, тиристоров. Рассмотрены примеры построения электронных устройств: усилителей, триггеров, мультивибраторов, одновибраторов, блокинг-генераторов. Генераторов линейно меняющегося напряжения. Материал пособия соответствует программе первой части курса.
Библиогр.: 4 назв. Рис. 78.
УДК 621.38
ББК 32.85
ISBN 5-7931-0018-0
ГОУ ВПО “Уральский государственный
технический университет – УПИ”, 2005
Н.Д. Ясенев, 2005
Предисловие
В соответствии с программой курса “Физические основы электроники” в первой его части студенты изучают физические процессы, происходящие в p-n переходе, принципы действия, конструкции и свойства основных полупроводниковых приборов, применяемых в схемах промышленной автоматики: диодов, биполярных и полевых транзисторов, тиристоров. Применение этих приборов рассматривается на примерах устройств, находящих наибольшее применение в схемах электропривода и промышленной автоматики: усилителях, триггерах, одно- и мультивибраторах, блокинг-генераторах, генераторах линейно изменяющегося напряжения.
Вторая часть курса будет посвящена изучению применения полупроводниковых устройств для построения силовых преобразователей: выпрямителей, инверторов и других устройств. Применение полупроводниковых устройств для построения аналоговых и цифровых систем управления рассматривается также в курсе “Элементы автоматизированного электропривода”, который изучается параллельно с курсом “Физические основы электроники”.
Курс “Физические основы электроники” предполагает знание студентами таких дисциплин, как физика, теоретические основы электротехники.
Введение
Начало развитию промышленной электроники было положено расширением использования электричества в конце 19 начале 20 веков, когда потребовались новые быстродействующие, надежные средства измерений, управления, контроля.
В 1904 г. Флеминг изобрел (Англия) электровакуумный диод. В 1907 г. Де Фостер (США) изобрел электровакуумный триод.
20 – 30-е г. прошлого века характеризуются созданием разнообразных электровакуумных приборов для нужд связи и автоматики. В 20-х же годах начались исследования кристаллических детекторов и началась разработка теории полупроводников: создание зонной теории, введение понятий электронной и дырочной проводимости.
В 1948 г. созданы полупроводниковые транзисторы в США. В 1949 г. они созданы и в СССР.
В 1958 г. в США Килби и Найдис создали первые интегральные схемы. С 1968 г. начато их массовое изготовление.
В 1960-х г. появились силовые полупроводниковые приборы – тиристоры.
В 1980-х начато широкое внедрение микро-ЭВМ и микропроцессоров.
В промышленной электронике можно выделить три области:
Информационная электроника – ЭВМ, информационно-измерительная техника, устройства автоматики.
Энергетическая электроника – устройства преобразования энергии, выпрямители, инверторы, преобразователи частоты.
Электронная технология – методы и устройства, используемые в технологических процессах (в т.ч. плавка, ультразвуковая резка, электронная резка, сварка).
Главными свойствами, обусловившими широкое применение электронных устройств, являются:
Низкая пороговая чувствительность: по току – 10 -17 А;
по напряжению – 10-13 В;
по мощности – 10-24 Вт.
Высокое быстродействие – срабатывание за микросекунды.
Универсальность.
Насколько сильно развитие промэлектроники влияет на создаваемую технику, можно проиллюстрировать на следующих примерах.
Созданная в 1922 г. радиостанция “Коминтерн” имела мощность
400 кВт. Она была построена на мощных электронных лампах в Нижнем Новгороде под руководством Бонч-Бруевича.
Устройство из 2000 электронных ламп при их сроке службы 500 ч. безотказно работает только 15 мин.
Микроэлектроника позволяет предельно уменьшить размеры устройств: в часах – до 5000 транзисторов, в микрокалькуляторах – до 20000 транзисторов, в БИС – более 100 000. Огромные возможности создает оптоэлектроника.