35. Фильтры низких и высоких частот, основные характеристики и физические принципы их реализации.

Фильтры – устройства, изменяющие амплитуду колебаний в зависимости от частоты и выделяющие отдельные гармоники или отдельные полосы из спектра сигнала.

Фильтр должен пропускать колебания в интервале частот (полоса прозрачности) и максимально ослабить колебания на других частотах (полоса непрозрачности).

В зависимости от полосы прозрачности фильтры подразделяются:

1. Фильтры нижних частот

2. Фильтры верхних частот

3. Полосовые фильтры и т.д.

Основные характеристики фильтров

1) Комплексный коэффициент передачи напряжения

• модуль комплексного коэффициента передачи – {К} –амплитудно-частотная характеристика {АЧХ} определяет изменение амплитуды напряжения на выходе фильтра по сравнению с входом.

2) Фазовый сдвиг между и - Фазово-частотная характеристика (ФЧХ)

( ФЧХ)

1. Граничная частота ()

Определяется при значении коэффициента передачи, при котором он меньше max значения в раз

I. Фильтры низких частот пропускают низкие частоты – полосы пропускания. Частоты выше граничной быстро затухают и фильтр для них действует как затвор.

uвх

uвых

U rm

Im

U ст

U вх

АЧХ:

ФЧХ:

II. Фильтры высоких частот:

АЧХ:

ФЧХ:

36. Выпрямляющее действие полупроводникового контакта Полупроводниковый диод и транзистор

Имеет нелинейные свойства.

Прямой ток в десятки мА получается при напряжении десятые доли вольта. Прямое сопротивление порядка десятка Ом. Для более мощных диодов и при таком же малом напряжении - .

Для обратного тока:

;

;

;

Нелинейность на участке 01 объясняется тем, что при увеличении напряжения сопротивление запирающего слоя падает.

12-запирающий слой исчез, остается постоянным собственное сопротивление p и n – областей (прямая зависимость).

Далее с повышением тока сопротивление падает.

В ольтамперная Характеристика диода:

При повышении обратного напряжения обратный ток быстро растет, а затем растет незначительно. Имеют место лавинные движения носителей из-за ударной ионизации. При более высоком обратном напряжении ионы приобретают большую скорость и выбивают из атомов решетки новые электроны, которые в сою очередь выбивают новые. Этот процесс усиливается с повышением напряжения. Далее возникает пробой при некотором напряжении, при котором обратный ток резко возрастает, сопротивление резко уменьшается. Электрические пробои делятся на лавинный и туннельный. Лавинный пробой – пробивное напряжение 10-100 В. Туннельный обусловлен туннельным эффектом. Суть туннельного эффекта: при более, чем напряженности, некоторые электроны проникают через переход без изменения своей энергии. Такие переходы возможны с высокой концентрацией примесей, напряжение соответствующее туннельному пробою порядка одного вольта. Имеются также тепловые пробои. Причина – нарушение теплового режима перехода. Теплота, выделенная обратным током, становится большей, чем отводимая теплота. В результате температура повышается, сопротивление падает, ток растет. Переход перегревается и разрушается. PN-переход обладает емкостью, называемой барьерной:

;;

Емкость перехода от 1 до 100 пикофарад.

Если обратное напряжение растет, то толщина запирающего слоя растет и емкость уменьшается. При прямом напряжении, диод имеет диффузию, емкость которой линейна и возрастает с повышением прямого напряжения. Диффузионная емкость гораздо больше барьерной.

Биполярный транзистор

Средняя область транзистора – это база. Слева – эмиттор, справа – коллектор. Соответственно эммиторный и коллекторный переходы. База делается очень тонкой. Концентрация примесей в базе меньше, чем в эмиттере и коллекторе. Имеется 3 режима работы транзистора:

1. Активный: когда на эммиторном переходе напряжение прямое, на коллекторе – обратное

2. Режим отсечки или запирания: На оба перехода – обратное напряжение.

3. Режим посещения: на обоих переходах напряжение прямое.

Основным является активный режим. Различают входную (управляющую) цепь, которая служит для управления работой транзистора. Сигнал подается между эмиттером и базой. В выходной (управляемой) цепи получают усиленные колебания. В выходную цепь включается нагрузка между базой и коллектором.

Сопротивление коллекторного перехода велико и обычно составляет единицы или десятки вольт.

Обычно:

;

При работе в активном режиме: , то есть .

Вольтамперная характеристика эмиттерного перехода – это характеристика диода при прямом токе, а коллекторного перехода – при обратном токе.

Принцип работы: Прямое напряжение э. перехода существенно влияет на токи эмиттера и коллектора. Чем больше напряжение эмиттера, тем больше токи эмиттера и коллектора. При этом изменение тока коллектора мало отлично от изменения тока эмиттера. Т. е. , т.е. входное напряжение, может управлять током коллектора. При повышении прямого входного напряжения понижается потенциальный барьер в эммитерном переходе и повышается ток через этот переход, т. е. ток эммитора. Электроны этого тока иннектируются из эммитера в базу и вследствие диффузии проникают через базу в коллекторный переход. Этим самым повышается ток коллектора. Из-за того, что коллекторный переход работает при обратном напряжении, то в нем возникают объемные заряды и поле между этими зарядами. Это поле способствует продвижению через коллекторный переход электронов, т. е. втягивают электроны. Если толщина базы мала и концентрация дырок мала, то большинство электронов из эмиттера проскакивают в базу, не успевая рекомбинировать, и достигают коллектора. Та часть электронов, которая рекомбинирует в базе, создает ток базы.