СД.01.4. Полупроводниковые диоды, их виды, принцип действия. Выпрямительные и импульсные диоды.

СД01.1. RС-цепь, заряд и разряд емкости.

Рассм сх, предст-ую на рис. 1. Сх включ в себя источник пост тока, активное сопр-е и конд-р.

Разряд конденсатора.Пусть вначале ист тока e подключ к конд-у С через сопр-е R. Тогда конденсаторC зарядится так, как показано на рис. 1. Переведем ключ К из положения 1 в положение 2. В результате C, заряженный до напряжения e, начнет разряжаться через R. Считая ток полож-ным, когда он направлен от положительно заряженной обкладки конденсатора к отрицательно заряженной, можем записать i=-dq/dt, q=cU, iR=U, где i – мгнов знач-е силы тока в цепи, знак «минус» к-го показ-т, что появл-е тока в цепи i связано с уменьш заряда q на конд-ре; q и С – мгнов значения заряда и напряж на конд-ре.

Первые два выражения представляют собой определения силы тока и электроемкости, соответственно, а последнее – закон Ома для участка цепи. Зависимость напряжения на конденсаторе от времени в рассмотренном процессе показана на рис. 2.

Зная данную зависимость, можно вычислить время q, за которое напряжение на конденсаторе уменьшится в 2 раза. Подставив значение U=e2 в уравнение, получим ε/2=ε^exp(-θ/τ), откуда можно получить значение .

Заряд конденсатора.Переведем ключ К на схеме (рис. 1) из пол 2 в пол 1. Начнется заряд конд-ра от батареи, имеющей ЭДС e, через R. Уравн, описывающие заряд конд i=dq/dt, q=cU, iR=εU

Предполагаем, что внутреннее сопр-е источн тока пренебрежимо мало по сравнению с величиной R. Теперь ток в цепи считается полож-м, когда он течет в направл полож-но заряженной обкладки конд. Завис-ть напряжения на конденсаторе U от времени

Зависимость U(t) показана на рис. 3. Подставив в значение напряжения, равного , получим ,

где q – время, за которое напряжение на конденсаторе вырастает до половины своего максимального значения ( рис. 4). Отсюда время q=t×ln2»0,7t

Следовательно, дли-тельность заряда до по-ловины максимального значения напряжения на конденсаторе будет та-кой же, как и при разряде конденсатора (см. (6)).

СД.01. 2. LR-цепь, ЭДС-самоиндукции.

Самоиндукция.Эл ток в отдельной катушке также создает магнитный поток, который пронизывает саму эту катушку. Если ток в катушке изменяется со временем, то будет изменяться и магнитный поток через катушку, наводя в ней ЭДС точно так же, как это происходит при работе трансформатора. Возникновение ЭДС в катушке при изменении тока в ней называется самоиндукцией. Самоиндукция влияет на ток в катушке аналогично тому, как влияет инерция на движение тел в механике: она замедляет установление постоянного тока в цепи при его включении и препятствует его мгновенному прекращению при выключении. Она также служит причиной возникновения искр, проскакивающих между контактами выключателей при размыкании цепи. В цепи переменного тока самоиндукция создает реактивное сопротивление, ограничивающее амплитуду тока.

В отсутствие магнитных материалов вблизи неподвижной катушки магнитный поток, пронизывающий ее, пропорционален току в цепи. Согласно закону Фарадея (16), ЭДС самоиндукции должна в этом случае быть пропорциональна скорости изменения тока, т.е.

где L – коэффициент пропорциональности, называемый самоиндукцией или индуктивностью цепи. Формулу (18) можно рассматривать как определение величины L. Если наводимая в катушке ЭДС выражается в вольтах, ток i – в амперах и время t – в секундах, то L будет измеряться в генри (Гн). Знак «минус» указывает на то, что наводимая ЭДС противодействует увеличению тока i, как и следует из закона Ленца. Внешняя ЭДС, преодолевающая ЭДС самоиндукции, должна иметь знак «плюс». Поэтому в цепях переменного тока падение напряжения на индуктивности равно L di/dt .

СД.01.3. Фильтры.

Электрическим фильтром называется четырехполюсник, устанавливаемый между источником питания и нагрузкой и служащий для беспрепятственного (с малым затуханием) пропускания токов одних частот и задержки (или пропускания с большим затуханием) токов других частот.

Диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания (с малым затуханием), называется полосой пропусканияили полосой прозрачности;диапазон частот, пропускаемых с большим затуханием, называется полосой затуханияили полосой задерживания.Качество фильтра считается тем выше, чем ярче выражены его фильтрующие свойства, т.е. чем сильнее возрастает затухание в полосе задерживания.

Типы фильтров:

Низкочастотный фильтр (фильтр нижних частот)

Высокочастотный фильтр (фильтр верхних частот)

Полосовой фильтр (полосно-пропускающий фильтр)

Режекторный фильтр (полосно-задерживающий фильтр)

НЧФ   границы полосы пропускания опр-ся неравенством , к-му удовл-ют f, в диап	ВЧФ XC=1/ωC; ω=0, след-но XC=∞ β=Uвх/Uвых
ПФ   формально получается путем послед-го соединения НЧФ с полосой пропускания и ВЧ с полосой пропускания , причем .	РФ   полоса прозрачности разделена на две части полосой затухания

СД.01.4. Полупроводниковые диоды, их виды, принцип действия. Выпрямительные и импульсные диоды.

Диод электр прибор с резко выраж-ой односторонней проводимостью эл тока: он хорошо пропускает через себя ток в одном направлении и очень плохо в другом.
Схема и условное граф обознач п/п диода на рис. Он предст-ет собой небольшую пластинку германия или кремния, одна область (часть объема) которой обладает электропроводимостью p-типа, то есть «дырочной», другая — электропровод-ю n-типа, то есть электр-ой. Границу между ними называют p-n переходом. Область p-типа исходного п/п такого приб является анодом («+» электродом), а область n-типа — катодом диода. Принцип работы диода иллюстрируют схемы, приведенные на рисунке.

Если к диоду VD через лампу накаливания HL подключить батарею GB так, чтобы вывод «+» полюса батареи был соединен с анодом, а вывод «-« полюса с катодом диода (рис а), тогда в образовавшейся эл цепи появится ток, о чем будет сигнализ-ть загоревшаяся лампа HL. Макс-ое знач этого тока зависит от сопр-я p-n перехода диода и поданного на него пост-го напряж. Такое состояние диода наз открытым, ток, текущий через него,— прямым током I_пр, а поданное на него напряж, прямым U_пр. Если полюсы батареи GB поменять местами, как показано на рис. б, то лампа HL не загорится, т.к. в этом случае диод нах-ся в закрытом состоянии и оказывает току в цепи большое сопр-е. Небольшой ток через p-n переход диода в обратном направлении все же пойдет, но по сравн с прямым током будет столь незнач-ым, что нить накала лампы даже не среагирует. Такой ток называют обратным током I_обр, а напряжение обратным напряж U_обр. В зависимости от структуры различают точечные и плоскостные диоды. У точечных линейные размеры, определяющие площадь n-p-перехода, такие же как толщина перехода, или меньше ее. У плоскостных – эти размеры много больше его толщины.Точечные диоды имеют малую емкость n-p-перехода и поэтому применяются на любых частотах вплоть до СВЧ. Но они могут пропускать токи не более единиц или десятков миллиамперметр. Плоскостные диоды в зависимости от площади перехода обладают емкостью в десятки пикофарад и более. Поэтому их применяют на частотах не выше десятков килогерц. Допустимый ток в плоскостных диодах бывает от десятков миллиампер до сотен ампер и больше. Выпрямительные плоскостные диоды:применяются на низких частотах, предназначены для выпрямления переменного I с частотой до единиц килогерц. Применяются для питания различной аппаратуры. Изготавливаются их германия и кремния. Делятся на диоды малой, средней, большой мощности. Выпрямительные точечные диоды: применяются на высоких частотах и на СВЧ, а также и на низких частотах. Используются в самых различных схемах и иногда называют универсальными. Импульсные диоды: выпускают на токи в импульсе до нескольких сотен млА и предельные обратные напряжения в несколько десятков вольт. Важнейшим параметром, определяющим возможность использования диода при коротких импульсах, является время восстановления обратного сопротивления. Для его уменьшения Д изготавливают так, чтобы емкость перехода была

малой и рекомбинация носителей происходила как можно быстрее. Для наиболее коротких импульсов изготавливают мезадиоды

СД.01. 5. Биполярные транзисторы, полевые транзисторы.

Биполярные транзисторы -приборы для преобразования электрических величин. Это п/п прибор, примен-ся для усиления мощности и имеющие 3 вывода или больше. Биполярные тр-ры – это тр-р с двумя n-p – переходами. Их работа основана на использовании носителей заряда обоих знаков. Бип.тр-р представляет собой пластинку германия или кремния, в к-ой созданы 3 области с различной эл-проводностью(n-p-n или p-n-p). Средняя область тр-ра наз-ся базой, а две крайние – эмиттер и коллектор. Расстояние между ними должно быть очень малым, т.е. область базы должна быть очень тонкой. От базы, эмиттера и коллектора сделаны выводы. Тр-р может работать в трех режимах в зависимости от U на его переходах. Работа в активном режиме происходит в том случае, если на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном – обратное. Режим запирания достигается подачей обратного U на оба перехода. Если же на обоих переходах U прямое, то тр-р работает в режиме насыщения. Активный режим является основным. Он используется в большинстве усилителей и генераторов. В сх с тр-ми обычно образуются две цепи. Входная, или управляющая, цепь служит для управления работой тр-ра. В выходной цепи получаются усиленные колебания. источник усиливаемых колебаний включается во входную цепь, а в выходную цепь включают нагрузку.

Полевые транзисторы – главное их достоинство – высокое входное сопротивление. Пластинка из п/п n-типа имеет на противоположных концах электроды, с помощью к-ых она включена в выходную цепь усилительного каскада. Эта цепь пит-ся от ист Е₂ и в нее включена наргузка R_Н. Вдоль тр-ра проходит выходной ток основных носителей(электронный). Входная цепь тр-ра образована с помощью третьего электрода, представляющего собой область с другой электропроводностью(дырочной). E₁ создает на единственном p-n-переходе обратное U. Во входную цепь включен источник усиливаемых колебаний (ИК). При изменении вх U, изм-ся обратное U на n-p-переходе и от этого изменяется толщина запирающего слоя, соответственно меняется площадь поперечного сечения области, через к-ую проходит выходной ток. Эта область наз-ся каналом. Электрод, из к-го в канал вытекают основные носители заряда, называют истоком (И). Из канала носители проходят к электр, к-ый наз-ся стоком (С). Управляющий электрод, предназначенный для регулирования площади поперечного сечения канала, называется затвором (З)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: