- •Лекция 1 Задачи курса
- •Элементы физики полупроводников
- •P-n переход, структура, работа.
- •Лекция 2 Статические характеристики диодов
- •Лекция 3 Динамические параметры p-n перехода
- •Полупроводниковые диоды.
- •Выпрямительные диоды.
- •Стабилитроны и стабисторы.
- •Светодиоды.
- •Фотодиоды.
- •Туннельные диоды.
- •Варикапы.
- •Лекция 4 Транзисторы.
- •Биполярные транзисторы.
- •Основные схемы включения транзистора.
- •Работа биполярного транзистора.
- •Лекция 5 Характеристики биполярных транзисторов.
- •Статические характеристики.
- •Модель биполярного транзистора Эберса - Молла.
- •Частотные свойства биполярных транзисторов.
- •Составные транзисторы.
- •Лекция 6 Униполярные (полевые) транзисторы.
- •Основные структуры полевых транзисторов.
- •Транзистор с изоляцией канала от затвора обратносмещенным p-n переходом.
- •Транзисторы структуры металл - диэлектрик - полупроводник (мдп).
- •Статические характеристики полевых транзисторов.
- •Лекция 7 Частотные свойства полевых транзисторов.
- •Некоторые особенности использования полевых транзисторов.
- •Тиристоры.
- •Лекция 8
- •2. Полупроводниковые устройства.
- •2.1. Усилительные устройства.
- •2.1.1. Усилительный каскад на биполярном транзисторе с заземленным эмиттером.
- •Лекция 9
- •2.1.2. Усилительный каскад на биполярном транзисторе с отрицательной обратной связью по току.
- •2.1. 3. Эмиттерный повторитель.
- •2.1.4. Дифференциальный усилитель.
- •2.2. Полупроводниковые источники стабильного тока.
- •Лекция 10
- •2.3. Обратная связь в усилителях сигналов.
- •2.3.1. Влияние обратной связи на свойства усилителя.
- •2.3.2. Разновидности обратной связи.
- •2 Рис. 74. Параллельная обратная связь..4. Частотные свойства усилителей.
- •Лекция 11
- •2.5. Операционный усилитель (оу).
- •2.5.1. Принципиальная схема, состав, функциональное назначение.
- •2.5.2. Основные параметры операционного усилителя.
- •2.5.3. Основные включения операционного усилителя.
- •Решающие элементы аналоговых вычислительных машин (авм).
- •Сумматор.
- •2.5.4.2.Интегратор.
- •Дифференциатор.
- •Решение дифференциальных уравнений.
- •Триггер Шмитта.
- •Лекция 12
- •3. Источники питания электронной аппаратуры.
- •3.1. Структурные схемы источников питания.
- •3.2. Выпрямители.
- •3.2.1. Однополупериодный выпрямитель.
- •3.2.2. Двухполупериодный выпрямитель.
- •3.2.3. Мостовой выпрямитель.
- •3.2.4. Выпрямители с умножением напряжения.
- •3.3. Фильтры.
- •Лекция 13
- •3.4. Стабилизаторы напряжения.
- •3.4.1. Компенсационные стабилизаторы.
- •3.4.2. Импульсный стабилизатор.
- •3.4.3. Источник питания с преобразованием частоты.
- •Лекция 14
- •4 Импульсная техника.
- •4.1 Импульсный сигнал, его характеристики.
- •4.2 Формирователи импульсных сигналов.
- •Лекция 15
- •4.3 Ключ на биполярном транзисторе.
- •Лекция 16
- •4.4 Процессы переключения ключа на биполярном транзисторе.
- •Лекция 17
- •4.5 Транзисторные ключи на полевых транзисторах.
- •4.6 Генератор импульсной последовательности (мультивибратор).
- •4.7 Триггер на биполярных транзисторах.
3.2.4. Выпрямители с умножением напряжения.
В различных полупроводниковых приборах используются компоненты, требующие для нормальной работы высоких напряжений питания от нескольких сотен вольт до десятков киловольт. К таким компонентам относятся электроннолучевые трубки, фотоумножители и т.п.
Для этих целей наиболее целесообразно применять выпрямители с умножением напряжения.
Рассмотрим работу выпрямителя с удвоением напряжения, показанного на рис. 100.
П
Рис.100.
Выпрямитель с удвоением напряжения. Рис.
101. Временная диаграмма работы удвоителя
напряжения.
Особенность данной схемы состоит в том, что добавляя диод и конденсатор можно получить любой коэффициент умножения. Таким образом, используя выпрямление напряжения с умножением можно значительно уменьшать коэффициенты трансформации у трансформаторов и как следствие существенно увеличить надежность схем.
3.3. Фильтры.
Следующим блоком структурной схемы источника питания является фильтр, на который возлагается задача уменьшения пульсаций напряжения и тока на нагрузке. Как было показано ранее эту задачу хорошо решает накопительный конденсатор установленный параллельно нагрузке.
О
Рис.
102. Разновидности индуктивноемкостных
фильтров блоков питания.
Основные особенности работы индуктивноемкостных фильтров состоит в том, что сопротивление индуктивности для токов пульсации должно быть значительно больше, чем сопротивление нагрузки, а сопротивление конденсатора для токов пульсации должно быть значительно меньше, чем сопротивление нагрузки. При выполнении этих условий напряжение пульсаций на нагрузке и , соответственно, ток пульсаций через нагрузку будут иметь минимальные значения.
В первой схеме фильтра конденсатор С1 выполняет функцию накопительного конденсатора, и поэтому первую и вторую схему фильтров можно считать одинаковыми.
Расчет фильтра обычно начинают с выбора величины конденсатора исходя из соображений, что чем больше потребляемый нагрузкой ток, тем большей величины нужен конденсатор или чем больше величина конденсатора, тем меньше напряжение пульсаций. Но при этом нужно учитывать рабочее напряжение конденсатора и его габариты. Далее определяют величину индуктивность в соответствии с уравнением
,
где f -- частота питающего тока (Гц), m -- количество фаз выпрямления (однополупериодное выпрямление m = 1, двухполупериодное выпрямление m =2), q -- коэффициент сглаживания.
При расчете индуктивности необходимо учитывать выполнение неравенства
mωL > 1/mωC,
где ω = 2πf -- круговая частота питающего тока.
Коэффициент сглаживания определяется соотношением q = Кп / Кпф , где Кп -- коэффициент пульсаций до фильтра, Кпф -- коэффициент пульсаций после фильтра.
О
Рис.
103. Однополупериодный выпрямитель с
индуктивноемкостным фильтром.
На рис. 103 показана схема однополупериодного выпрямителя с индуктивноемкостным фильтром, а на рис. 102 приведен график его работы. Из графика видно ΔUп = 15,5В и ΔUпф = 1,3В и получаем коэффициент сглаживания q = 15,5/1,3 ≈ 12. Недостаток таких фильтров состоит в том, что при частотах десятки -- сотни герц индуктивность имеют величину несколько генри. Реализация таких индуктивностей представляет собой дроссели с ферромагнитными сердечниками, которые обладают большим весом и габаритами, что приводит к увеличению массогабаритных показателей источников питания.
Рис.
104. График работы индуктивноемкостного
фильтра.
где Iн -- ток нагрузки, Rф -- сопротивление фильтра.
Величину конденсатора рассчитывают по формуле
.
Нужно отметить, что эффективность подобных фильтров существенно хуже чем индуктивноемкостных. Это объясняется тем, что на резисторе падает как переменная составляющая напряжения, так и постоянная составляющая.
В некоторых случаях в качестве фильтра может быть использован транзистор, работающих в линейном режиме. Такая возможность объясняется тем, что транзистор работающий в линейном режиме оказывает большое сопротивление для переменной составляющей тока коллектора, чем для постоянной составляющей того же тока. Для переменной составляющей сопротивление транзистора определяется как дифференциальное сопротивление коллектора, а для постоянной составляющей как сопротивление постоянному току. На рис. 105 показано определение сопротивлений для транзистора 2N3904 при напряжении коллектор - эмиттер 1B.
Как видно по графику сопротивление постоянному току Rк = 1В/3мА = 333оМ, а сопротивление переменной составляющей тока rк = dUкэ/dIк = 8В/0,3мА = 267КоМ.
С
Рис.
105. Определение сопротивлений транзистора.
Как видно из рисунка в базовой цепи установлен резистор Rб = 0,5 коМ а в коллекторной цепи сопротивление нагрузки Rн = 10 оМ, базово-эмиттерный переход зашунтирован конденсатором емкостью 200мкФ.
Г
Рис.
106. Транзисторный фильтр. Рис.
107. Работа транзисторного фильтра.