Тема 2.4. Електронні підсилювачі

Програма

Призначення елементи, структурна схема та основні параметри підсилювача.

Схема і принцип дії напівпровідникового підсилювального каскаду з загальним емітером. Напруга зсуву бази. Температурна стабілізація режиму роботи транзистора.

Багатокаскадні транзисторні підсилювача і зв'язок між каскадами.

Підсилювачі потужності. Узгодження опору навантаження з вихідним опором транзистора.

Поняття про підсилювачі постійного струму, імпульсні підсилювачі.

Лабораторна робота 17

Дослідження роботи схеми підсилювача на транзисторі і зняття частотної характеристики.

Література

[1], § § 19-1 - 19-7; 19-11;

[2], § § 19.1 - 19.6;

[3], § § 6.1 - 6.8.

Питання для самоперевірки

1. Як класифікуються електронні підсилювачі? Наведіть основні показники роботи підсилювачів.

2. Дайте визначення коефіцієнту підсилення по напрузі, струму і потужності.

3. Поясніть принцип посилення напруги.

4. Що показує частотна характеристика ?

5. Для чого застосовуються багатокаскадні підсилювачі?

6. Як здійснюються міжкаскадний зв'язок в схемах підсилювачів?

7. У чому відмінність попереднього каскаду підсилення від кінцевого каскаду?

8. Наведіть приклади застосування підсилювачів постійного струму.

Тема 2.5. Електронні генератори і вимірювальні прилади

Програма

Електронні генератори синусоїдальних коливань типу LС і RC/

Генератори пилкоподібної напруги.

Мультивібратори.

Електронно-променева трубка з пристроями відхилення і фокусування променя. Електронний осцилограф. Принцип дії електронного вольтметра, його основні вузли.

Література

[1], § § 20-1 - 20-6;

[2], § § 20.1 - 20.9;

[3], § § 7.1 - 7.9.

Питання для самоперевірки

1. Які процеси протікають в коливальному контурі?

2. Як працює генератор синусоїдальних напруг?

3. Для чого застосовуються генератори пилкоподібної напруги Як вони працюють?

4. Як влаштований симетричний мультивібратор і для чого він застосовується?

Б. Як влаштована і працює електронно-променева трубка?

6. Як відхиляється сфокусований промінь в електронно-променевих трубках?

7. Які існують способи фокусування електронного променя і як здійснюється регулювання яскравості в електронно-променевих трубках?

8. Що є основною частиною осцилографа і для чого він використовується?

9. Поясніть будову та принцип роботи електронного вольтметра.

Тема 2.6. Інтегральні схеми мікроелектроніки

Програма

Загальні-відомості. Поняття про напівпровідникових плівкових і гібридних інтегральних мікросхемах. Технологія виготовлення мікросхем. З'єднання елементів і конструктивне оформлення мікросхем. Застосування інтегральних мікросхем.

Література

[2], § § 21.1 - 21.9;

Питання для самоперевірки

1. Що називається інтегральною мікросхемою /ІМС/?

2. Розкажіть про пристрої напівпровідникових ІМС і способи їх виготовлення.

3. Що розуміють під плівковими ІМС?

4. Які особливості тонкоплівкових і товстоплівкових ІМС?

5. Які ІМС називаються гібридними? Їх особливості.

6. Які пасивні та активні елементи входять в ІМС?

7. Що ви знаєте про корпуси ІМС?

Методичні вказівки до виконання контрольної роботи № 2

Методичні вказівки до вирішення задачі 21

Перед виконанням завдання слід опрацювати матеріал [I], § § 16-1- 16-5 до теми 2.2 "Напівпровідникові прилади".

Наведіть таблицю зі своїм варіантом завдання.

Порядок розв’язку задачі

1. Перекреслити рис.48.

2. У відповідній частині діода /ліворуч або праворуч від р-п переходу залежно від варіанту/ зобразіть у вигляді кружечка заданий носій заряду з його знаком і направленням переміщення.

3. З урахуванням заданого носія заряду вкажіть провідність лівої і правої областей: р- область - та, для якої дірки є основними носіями /о.н./, а електрони ¬ не основними носіями / н.н. /; п- область – та, в якій електрони - о.н., а дірки -н.н.

4. Вкажіть полярність підключеного до діода джерела живлення. При цьому треба враховувати, що дірки, які мають позитивний заряд, будуть рухатися в бік тієї області, до якої підключений негативний полюс джерела, а електрони - в область, до якої підключений позитивний полюс.

5. Ще раз вивчіть матеріал [1], § 16-3 і відзначте на своєму рисунку, яке ви отримали включення джерела живлення:

пряме - U_пр або зворотне – U_зв.

6. Зобразіть схему включення діода з використанням його умовного позначення.

7. Уважно вивчіть матеріал [1], § 16-4 і приведіть ту частину вольтамперної характеристики, якій відповідає отримане включенню діода. Наведіть на тому ж графіку ще одну характеристику для більшої температури.

Приклад 13

Розв’яжіть задачу 21, якщо задано неосновної носій, його знак - "мінус", переміщається він зліва направо.

Розв’язок /без пункту 7, у контрольній роботі його виконайте обов'язково/.

Рисунок 44

Пояснювальний текст при розв’язку прикладу не наведено. Пишіть його відповідно до пунктів 1 .... 7 методичних вказівок до вирішення завдання 21.

Методичні вказівки до вирішення завдання 22

Перед розв’язком задачі уважно вивчіть матеріал [I], §§ 18-1 - 18-3.

Ця задача відноситься до теми 2.4 "Електронні випрямлячі і стабілізатори" і присвячена розрахунку випрямлячів, зібраних на напівпровідникових діодах. При виконанні завдання слід пам'ятати, що основними параметрами напівпровідникових діодів є:

1) I_доп. - допустимий струм, на який розрахований даний діод.

2)U_зв- зворотна напруга, витримується діодом без пробою в непровідних напівперіод.

Якщо відома потужність Р₀ і напруга U₀ на споживача, то тоді струм споживача буде

Порівнюючи струм споживача з допустимим струмом діода в кожній конкретній схемі випрямлення, приймають рішення про застосування відповідного діода в схемі. При цьому слід мати на увазі, що для однофазного однопівперіодного випрямляча струм, на який розрахований діод, повинен дорівнювати або бути більше струму споживача, тобто треба дотримуватися умова . Для однофазних двохпівперіодних випрямлячів струм, на який розрахований діод, повинен дорівнювати або бути більше половини струму споживача, тобто треба дотримуватися умова. Для трифазного випрямляча струм через діод складає третину струму споживача, отже, необхідно, щоб

Напруга, що діє на діод в непровідний напівперіод U_д, також залежить від схеми випрямлення. Так для однопівперіодного випрямляча і двухпівперіодного з виведенням середньої точки вторинної обмотки силового трансформатора , для двухпівперіодного мостового випрямляча , а для трифазного випрямляча. Отже, при використанні діода в конкретній випрямній схемі повинна виконуватись умова

Приклади на складання схем випрямляча.

Приклад 14

Для живлення постійним струмом споживача потужністю Р_о = 300Вт при напрузі = 20В необхідно зібрати схему однопівперіодного випрямляча, використавши напівпровідникові діоди Д242А.

Параметри діода:

І_доп=10 А - допустимий струм діода,

U_доп=100 В - зворотна напруга, яке витримує діод без пробою в непровідних напівперіод.

Рішення

1. Визначаємо струм споживача:

2. Визначаємо напруга, що діє на діод в непровідний напівперіод:

3. Для однопівперіодного випрямляча повинні виконуватися умови:

У даному випадку перша умова не дотримується, оскільки 10 <15, тобто . Друга умова виконується, тому що 100 В > 62,8 В, тобто

4. Для того, щоб виконувалася умова треба два діоди з'єднати паралельно, тоді, 20А> 15А.

5. Схема випрямляча.

Рисунок 45

6. Опис принципу дії див. в [I], § 18-1; [2], § 18.2

Приклад 15

Для живлення постійним струмом споживача потужністю Р_о = 250Вт при напрузі U= 100 В необхідно зібрати схему двухпівперіодного випрямляча з виведенням середньої точки вторинної обмотки, використовуючи - напівпровідникові діоди Д243Б.

Параметри діода:

І_доп= 2А - допустимий струм діода,

U_доп=200 В - зворотна напруга, яку витримує діод без пробою в непровідних напівперіод.

Розв’язок:

I. Визначаємо струм споживача:

2. Визначаємо напруга, що діє на діод в непровідний напівперіод:

3. Для двухпівперіодного випрямляча цього типу повинні виконуватися умови:

У даному випадку перша умова виконується, тому, що 0,5 І₀ =0,5 · 2,5 = = 1,25А; 1,25 А <2А, тобто

Друга умова не виконується 200В <314В, тобто . Для того, щоб виконувалася умованеобхідно в кожному плечі випрямляча взяти два діоди і з'єднати їх послідовно, тоді= 2 · 200 = 400 > 314В.

5. Схема випрямляча:

Рисунок 45

6. Опис принципу дії див. в [I], § 18-2.

Приклад 16

Для живлення постійним струмом споживача потужністю Р_о = 180Вт при напрузі U₀=12В необхідно зібрати схему двухпівперіодного мостового випрямляча, використавши напівпровідникові діоди Д244.

Параметри діода:

І_доп =5А - допустимий струм діода,

U_зв = 50 В - зворотна напруга, яке витримує діод без пробою в непровідних напівперіод.

Розв’язок

1. Визначаємо струм споживача:

2. Визначаємо напруга, що діє на діод в непровідний напівперіод:

3. Для двухпівперіодного мостового випрямляча повинні виконуватися умови:

У даному випадку перша умова не виконується, тому що

Друга умова виконується, тому

4. Для того, щоб виконувалася умова потрібно в кожному плечі моста взяти по два діоди і з'єднати їх паралельно, тоді

.

5. Схема випрямляча

Рисунок 47

6. Опис принципу дії див. в [I], § 18-2 або [2], § 18.3.

Приклад 17

Для живлення постійним струмом споживача потужністю Р_о=600Вт при напрузі U₀ = 40В необхідно зібрати схему трифазного випрямляча з нейтральним виводом, використавши напівпровідникові діоди Д224А.

Параметри діода:

І_доп = 10 А- допустимий струм діода,

U_зв = 50В - зворотна напруга, яку витримує діод без пробою в непровідний напівперіод.

Розв’язок

1. Визначаємо струм споживача:

2. Визначаємо напруга, що діє на діод в непровідний напівперіод:

3. Для трифазного випрямляча з нейтральним виводом повинні виконуватися умови:

В даному випадку перша умова виконується, тому що

Друга умова не виконується, тому що 50 <84В, тобто

4. Для того, щоб виконувалася умова необхідно в кожну фазу вторинних ланцюгів трансформатора включити по два послідовно з'єднаних діода, тоді

5. Схема випрямляча

Рисунок 48

6. Опис принципу дії див. в [1], § 18-3 або [2], § 18.4.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО РОЗВ’ЯЗКУ ЗАДАЧІ 23

Перед рішенням завдання уважно вивчіть матеріал [1], § 16-10, § § 19-2, 19-3. Ця задача відноситься до тем 2.2 "Напівпровідникові прилади" і 2.5 "Електронні підсилювачі". Наведемо деякі пояснення. Для колекторного кола підсилювального каскаду /рис.50/ у відповідності з другим законом Кірхгофа можна написати рівняння

Е_к = U_ке + I_кR_к,

тобто сума напруг на резисторі R_к і колекторного напруги U_ке завжди дорівнює Е_к - ЕРС джерела живлення.

Розрахунок такого нелінійного кола і встановлення взаємозв'язку між Е_к, U_ке, І_к, R_к, І_Б можна зробити графічно. Для цього на збірці вихідних характеристик транзистора / рис.55 / необхідно побудувати вольтамперну характеристику колекторного резистора Rк, яку називають лінією навантаження / лінія MN /. Лінія навантаження описується лінійним рівнянням і має вигляд:

Вона будується, зазвичай, по двох точках

Лінія навантаження описує лінійну частину схеми (джерело живлення з ЕРС Е_к і лінійний резистор R_к). Нелінійний елемент схеми - напівпровідниковий транзистор - описується збіркою вихідних /колекторних/ характеристик. Тому значення струму колектора І_к і колекторного напруги U_ке можуть бути знайдені по перетинанню відповідної колекторної характеристики і лінії навантаження. Таким чином буде встановлено зв'язок між Е_к, U_ке, І_к, R_к, при різних значеннях струму бази І_Б.

Приклад 18

Потужність на колекторі транзистора / рис.50/ Р_к = 66 мВт, напруга на колекторі U_ке = 15В. ЕРС джерела живлення Е_к = 40В. Використовуючи вихідні характеристики рис.55 визначити струм бази І_Б, струм колектора І_к, коефіцієнт посилення h_21Е і опір навантаження R_к .

Розв’язок

1. Визначаємо струм колектора І_к:

2. Знаходимо на вихідних характеристиках точку А, якій відповідає I = І_к =4,4 мА і U_ке = 15В. З рисунка видно, що точка А лежить на характеристиці зі струмом бази І_Б = 90 мкА.

3. Проведемо через точку А і точку N на осі абсцис відповідній

Ек = 40В пряму. Це лінія навантаження. На перетині прямої з віссю ординат отримаємо точку М, в якій І_к1 = 7 мА.

4. Визначаємо R_К:

5. На вихідних характеристиках будуємо відрізок АВ, із якого находимо

6. Визначаємо коефіцієнт підсилення транзистора

Методичні вказівки до задачі 24

У цьому завданні передбачається відповісти на теоретичне питання. Для правильного і якісного відповіді слід вивчити відповідний матеріал з рекомендованої та підібраною самостійно літератури. Відповідь на запитання повинна бути конкретним з поясненням фізичної сутності роботи того або іншого пристрою. При описі приладу або пристрою слід обов'язково пояснити свою відповідь електричними схемами, графіками та кресленнями.

Контрольна робота 2

Рішення задачі ведеться по етапах відповідно до методичних вказівок до неї, розберіть приклад 13,

1. Накресліть "сліпу" схему структурного зображення напівпровідникового діода з р-п переходом і підключеним до нього джерелом зовнішньої напруги /рис.49/.

Рисунок 49- Структурне зображення напівпровідникового діода з р-п переходом і джерелом живлення.

2. Нанесіть на схемі заданий носій заряду з вказівкою напряму його переміщення / див.табл.24 /.

3. Позначте на малюнку провідність обох областей діода / р або п /.

4. Вкажіть полярність джерела живлення, відповідно за заданим переміщенням носія заряду.

5. Відповідь, в якому напрямку включений р-п перехід /в прямому або зворотному/ діода.

6. Зобразіть схему включення діода з використанням його умовного позначення.

7. Наведіть частину вольтамперної характеристики, відповідно до отриманого включення діода для двох різних температур.

Таблиця 24

Остання цифра шифру студента	Тип носія заряду	Знак носія заряду	Напрямок переміщення носія заряду
1	о.н.	+	зліва на право
2	н.н.	+	зліва на право
3	о.н.	-	справа на ліво
4	н.н.	+	справа на ліво
5	о.н.	+	справа на ліво
6	н.н.	-	справа на ліво
7	о.н.	-	зліва на право
8	н.н.	+	зліва на право
9	о.н.	+	зліва на право
0	н.н.	-	справа на ліво

Примітка - о.н.- основні носії електричних зарядів;

н.н.- неосновні носії електричних зарядів.

Задача 22

Перед розв'язанням задачі уважно вивчіть методичні вказівки до її розв’язку та приклади 14 .... 17.

Виконати розрахунок випрямляча, зібраного на напівпровідникових діодах, який передбачається використовувати для живлення постійним струмом споживача потужністю Р₀ при напрузі U₀. Схема випрямляча, тип діода і його параметри вказані в таблиці варіантів. З урахуванням вихідних даних і виробленого розрахунку зобразити схему напівпровідникового випрямляча і опишіть його принцип дії.

Дані для свого варіанту взяти з таблиці 25.

Таблиця 25

Остання цифра шифру студента	Р0, Вт	U0, В	Схема випрямляча	Тип діода	Параметри діода
					Ідоп., А	Uзв., В
1	800	50	ДВ(С)	Д214А	10	100
2	300	20	ДВ(М)	Д305	6	50
3	432	36	ТВ(Н)	Д244	5	50
4	150	50	ОВ	Д215Б	2	200
5	180	30	ДВ(С)	Д242Б	2	100
6	200	50	ДВ(М)	Д224	5	50
7	240	400	ТВ(Н)	Д218	0,1	1000
8	200	30	ОВ	Д244А	10	50
9	400	80	ДВ(С)	Д303	3	150
0	240	24	ДВ(М)	КД202А	3	50

Примітка: В графі 4 схема випрямляча позначення:

ОВ- однофазний однопівперіодний випрямляч;

ДВ(С)- однофазний двохпівперіодний випрямляч з виводом середньої точки вторинної обмотки силового трансформатора;

ДВ(М)- однофазний двохпівперіодний мостовий випрямляч;

ТВ(Н)- трифазний випрямляч с нейтральним виводом.

Задача 23

По вихідних характеристиках транзистора, включеного по схемі з загальним емітером /рис.50/, визначити коефіцієнт посилення h_21е і потужність Р_к при напрузі на колекторі U_КЕ і струмі бази I_б.

Який при цьому треба вибрати колекторний опір R_к, якщо ЕРС джерела живлення Е_к ?

Дані для свого варіанту взяти з таблиці 26.

Рисунок 50

Таблиці 26

Остання цифра шифру студента	Номер рисунка вихідної характеристики	UКЕ,В	ІБ, мкА	ЕК, В
1	51	5	150	10
2	52	7	200	15
3	53	8	20	20
4	54	14	200	30
5	55	10	90	40
6	51	7	50	10
7	52	8	150	15
8	53	12	20	20
9	54	18	100	30
0	65	25	60	40

Рисунок 51

Рисунок 52

Рисунок 53

Рисунок 54

Рисунок 55

Задача 24

Перед тим як дати відповідь на питання з методичними вказівками до задачі.

Дайте відповідь на питання свого варіанта із таблиці 27

Таблиця 27

Остання цифра шифру студента	Питання
1	Тиристор: будова, схема вмикання, принцип дії, вольтамперна характеристика, параметри, застосування
2	Фоторезистор, фотодіод, фототранзистор: будова, схема вмикання, принцип дії, застосування
3	Резистивний підсилювач на транзисторі (схема із загальним емітером): призначення елементів схеми, принцип дії
4	Двохкаскадний підсилювач з резисторно-ємнісним зв’язком на транзисторах: схема, призначення елементів схеми. Пояснити подачу напругу зміщення на базу транзистора.
5	Двохкаскадний підсилювач з трансформаторним зв’язком на транзисторах: схема, призначення елементів схеми. Пояснити емітерну «стабілізацію» температурного режиму транзистора
6	Підсилювач потужності на транзисторі: схема, призначення елементів схеми. Узгодження опору навантаження з вихідним опором транзистора.
7	Імпульсний режим роботи транзистора: схема, принцип дії, застосування.
8	Транзисторні автогенератори типу LC i RC: схеми, принцип дії
9	Симетричний транзисторний мультивібратор:схема принцип дії.
0	Електростатична електро-променева трубка : будова, принцип дії і призначення. Фокусування і відхилення променя.

128