Цифробуквенная система обозначения пассивных элементов на принципиальных схемах и на изделиях

КОНСПЕКТ ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ

Оглавление

Роль электроники в создании интегрированных систем управления машинами и механизмами. Социально-экономический аспект создания, развития производства и эффективного использования электронной техники в народном хозяйстве. 6

Базовые понятия электронной техники. Источник тока. Источник напряжения. Согласование источника с нагрузкой. Пассивные элементы электрической цепи и их параметры. Резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и их соединение. Трансформаторы. Типы пассивных элементов, их особенности и области применения. Коэффициент нагрузки. Цифробуквенная система обозначения пассивных элементов на принципиальных схемах и на изделиях. 10

Виды и параметры электрических сигналов. Амплитудное, действующее, среднее значение напряжения и тока электрического колебания. Длительность импульса, период следования, частота, скважность, фронт и спад импульса. 16

Электрические цепи. Интегрирующие дифференцирующие. Векторные диаграммы напряжений и токов. Прохождение прямоугольного сигнала через них (ФНЧ и ФВЧ). Параллельный и последовательный колебательные контуры. Резонанс тока и напряжения. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики электрических цепей и их параметры.. 18

Основные понятия теории электропроводности полупроводников. Электронно-дырочный p-n-переход. Вольтамперные характеристики. Дрейфовый и диффузионный ток. Барьерная и диффузионная емкость p-n-перехода. Возможность их использования и влияние на характеристики диодов. Виды пробоя p-n-перехода. 18

Полупроводниковые диоды. Принцип действия. Классификация, параметры. Выпрямительные диоды и мосты. Параллельное и последовательное соединения диодов. Стабилитроны и стабисторы. Варикапы. Диоды Гана, Шотки, туннельные, обращенные, лавинно-пролетные. 25

Беспереходные полупроводниковые приборы. Терморезисторы (термисторы, позисторы, терморезисторы с косвенным подогревом), варисторы, тензорезисторы, магниторезисторы, датчик Холла, основные характеристики. Области их применения. 25

Система обозначения отечественных и импортных полупроводниковых приборов (диодов, тиристоров, транзисторов, электронных микросхем) 34

Фотоэлектрические и излучающие в видимом, ИК и УФ диапазоне полупроводниковые приборы Полупроводниковые лазеры. Оптоэлектронные пары. Их применение. Системы динамической индикации. 38

Тиристоры. Конструкция и принцип действия. Режим работы, классификация, обозначение, параметры. Диодные, триодные, тетродные, запираемые и незапираемые транзисторы. ВАХ тиристора, процесс перехода из закрытого состояния в открытое и обратно. Типы, условные обозначения тиристоров. Работа тиристора в цепях постоянного тока. Фазовое управление тиристорами. Регуляторы и стабилизаторы напряжения на тиристорах. 45

Биполярные транзисторы (БПТ). Электрические и эксплуатационные параметры. Входные, выходные и проходные характеристики. Схемы замещения транзистора и их дифференциальные параметры. Статистические характеристики (h-параметры) БПТ. Схемы включения БПТ (с общим эмиттером, общим коллектором, общей базой). Их сравнительный анализ и области применения. Уравнение Эберса-Молла, температурный коэффициент тока коллектора, внутреннее сопротивление эмиттера, максимальный коэффициент усиления по напряжению эффект Эрли, эффект Миллера. 50

Униполярные (полевые) транзисторы (ПТ). Принцип действия ПТ с p-n-переходом. Стоковая (выходная) и стоко-затворная (проходная) характеристики ПТ, основные параметры. ПТ металл – диэлектрик – полупроводник (МДП) и металл – окисел – полупроводник (МОП) со встроенным и индуцированным каналами, конструкция, характеристики и параметры. Полярность подаваемых напряжений и особенности применения ПТ. Схемы включения ПТ с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС), общим затвором (ОЗ). Сравнительный анализ БПТ и ПТ. IGBT транзисторы.. 56

Основные параметры и характеристики электронных усилителей. Общие сведения. Основные свойства, классификация и структура усилителя. Амплитудно-частотная, амплитудная и фазовая характеристики. Их основные параметры. Шумы усилителя (тепловой, дробовой, фликкер-шум). Шумы тока и напряжения. Критерии применения ПТ и БПТ исходя из требований минимизации шумов при различных сопротивлениях источника сигнала. Синфазные и противофазные помехи. Способы их уменьшения и экранирования. 58

Усилительные каскады на ПТ и БПТ. Статистический режим работы усилительного каскада, выбор рабочей точки, схемы задания напряжения смещения БПТ. Расчет по постоянному и переменному току каскадов с ОЭ и ОК. Сравнительный анализ каскадов ОЭ, ОК, ОБ. Каскад с ОЭ как преобразователь напряжение-ток, фазоинверсный каскад. Усилительные каскады на ПТ, схемы задания напряжения смещения, особенности их работы и включения. Динамическая нагрузка, источник тока, токовые зеркала и отражатели тока на ПТ и БПТ. Ослабление влияния температуры и эффекта Эрли. Токовое зеркало Уилсона, выходное сопротивление источника тока. Области применения. 63

Обратные связи (ОС) в усилителях. Положительная (ПОС) и отрицательная (ООС) обратные связи. Коэффициент ОС и глубина ОС. Влияние ОС на параметры и характеристики усилителей. Последовательная и параллельная ООС по напряжению и току, следящая ПОС. Примеры принципиальных схем с ОС.. 66

Интегральные микросхемы. Интегральный принцип изготовления и применения электронных компонентов. Полупроводниковые интегральные микросхемы, их классификация, назначение, области применения. Аналоговые, цифровые и аналого-цифровые микросхемы.. 74

Источники вторичного электропитания электронных устройств. Классификация и параметры выпрямителей. Однополупериодные и двухполупериодные мостовые и со средней точкой, однофазные и трехфазные, управляемые и неуправляемые выпрямители. Схема Ларионова. Умножители напряжения. Схема Латура. Сглаживающие фильтры.. 77

Стабилизаторы напряжения и тока. Структурная схема стабилизированного источника питания. Параметрические и компенсационные, параллельные и последовательные, регулируемые и нерегулируемые, однополярные и разнополярные стабилизаторы напряжения и тока. Стабилизаторы на ОУ. Защита по току и напряжению. Ключевые повышающие, понижающие и инвертирующие (повышающе-понижающие) стабилизаторы. Функциональные схемы ключевых стабилизаторов и импульсных блоков питания малогабаритных устройств. Принципиальная схема стабилизаторов. 83

Усилители постоянного тока (УПТ). УПТ с непосредственной связью между каскадами и типа модуляция-демодуляция (МДМ). Способы модуляции. Дифференциальные усилительные каскады (ДУ) на БПТ и ПТ. Способы компенсации смещения и дрейфа. Сравнительный анализ и области применения. Работа ДУ в режиме синфазного и противофазного сигнала и при использовании динамической нагрузки. 88

Интегральные операционные усилители (ОУ) и их применение. Разновидность и обозначение ОУ. Типы входных каскадов. Упрощенная схема ОУ. Назначение каскадов. Коэффициент ослабления синфазного сигнала и влияние напряжения сигнала. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики, основные параметры ОУ. Способы уменьшения напряжений сдвига и дрейфа. Граничная частота усиления и максимальная скорость нарастания выходного сигнала. 101

Примеры построения аналоговых схем на ОУ (инвертирующие и неинвертирующие усилители, повторители, сумматоры, вычитатели, интеграторы, дифференциаторы, фильтры высоких и низких частот, полосовые и режекторные фильтры, гираторы, преобразователи ток-напряжение, точные выпрямители, нуль-органы, электронные реле, выпрямители и др.). Применение ОУ в робототехнике и системах управления. 105

Формирователи и генераторы импульсных сигналов на ОУ. Компараторы, триггеры Шмитта. Генераторы линейно-измеряющегося напряжения на ОУ.. 108

Усилители мощности. Режимы работы усилительных каскадов (активный, инверсный, отсечки, насыщения) и их применение. Однотактные усилители мощности. Двухтактные трансформаторные и бестрансформаторные усилители мощности. Выходные каскады комплиментарные и на транзисторах одной проводимости. Фазоинверторы. Емкостная и гальваническая связь с нагрузкой. Нелинейные искажения в усилителях мощности и методы их уменьшения. Режимы работы класса A, B, AB, C, D, сравнительный анализ и области их применения. Способы задания напряжения смещения и температурной стабилизации. Включение транзисторов по схемам Дарлингтона и Шиклаи. Тепловое сопротивление. Обеспечение тепловых режимов выходных каскадов на ПТ и БПТ. 112

Генераторы гармонических колебаний. Условия самовозбуждения генераторов (баланс фаз и баланс амплитуд). Автогенераторы. Стабилизация частоты и амплитуды в автогенераторах. Мультивибраторы. Методы и средства построения. Симметричные и несимметричные мультивибраторы на ОУ. Принцип действия и временные диаграммы работы. 114

Активные и пассивные фильтры. Фильтры высоких частот (ФВЧ) и низких частот (ФНЧ). Полосовой и режекторный (заградительный), LC и RC фильтры. Полоса пропускания, полоса заграждения, добротность, затухание, крутизна спада на переходном участке. Фильтры Баттерворта, Бесселя, Чебышева и др. Достоинства и недостатки. Фильтр Салена и Кея. Фильтр с параллельной ОС, универсальный и биквадратный фильтр, гиратор. 117

Модуляция. Виды модуляции: амплитудная, частотная, фазовая. Достоинства, недостатки. Импульсные виды модуляции: амплитудно-импульсная (АИМ), кодо-импульсная (КИМ), широтно-импульсная (ШИМ), фазо-импульсная (ФИМ). Области применения. Структурная схема импульсного блока питания. 117

Ключевые преобразователи напряжения. Прямоугольные и резонансные. Однотактные и двухтактные. С прямым и обратным включением диода. Мостовые, полумостовые, со средней точкой. С независимым и самовозбуждением. Транзисторные и тиристорные. Особенности использования и области применения. 117

Логические основы цифровых устройств и ЭВМ. Двоичные переменные и переключательные функции, основные логические функции, основные законы алгебры логики, формы представления и минимизация переключательных функций. 117

Элементарная база цифровых микросхем. Логические элементы И, ИЛИ, НЕ на диодах, биполярных и полевых транзисторах. Базовые логические элементы диодно-транзисторной, транзисторно-транзисторной, эмиттерно-связанной логики. Логические элементы на однотипных и комплементарных МДП-транзисторах. Логические элементы с тремя выходными состояниями. Микросхемы с открытым коллектором. Совместное применение микросхем разных серий. 117

Интегральные триггеры. Асинхронные и синхронные триггеры. RS-, JK-, D- и Т-триггеры. Принцип действия, структурные и принципиальные схемы, временные диаграммы работы триггерных схем, их основные параметры. Применение триггерных схем для создания цифровых систем управления. 117

Счетчики импульсов. Двоичные счетчики и счетчики с произвольным коэффициентом счета. Принцип действия, структурные и принципиальные схемы, временные диаграммы работы счетчиков, их основные параметры. Разновидности счетчиков, особенности использования счетчиков при создании цифровых систем управления. 117

Регистры. Параллельные, последовательные и параллельно-последовательные регистры. Структурные схемы, особенности работы и основные параметры регистров различных типов. Применение регистров в цифровых системах управления. 117

Двоичные сумматоры. Одноразрядные двоичные сумматоры. Параллельные многоразрядные сумматоры. Структурные схемы, особенности работы. Основные параметры. 117

Роль электроники в создании интегрированных систем управления машинами и механизмами. Социально-экономический аспект создания, развития производства и эффективного использования электронной техники в народном хозяйстве

Электроника — это область науки и техники, занимающаяся разработкой и проектированием приборов, использующих движение заряженных частиц в вакууме, газах и твердых телах (в основном в полупроводниках), и созданием устройств на их основе. Это наука, развивающаяся быстрыми темпами с начала ХХ века и оказывающая огромное влияние на развитие цивилизации.

Начало развития электроники (вакуумные лампы: диод 1903 г., триод 1905 г.) тесно связано с необходимостью развития связи и прежде всего радиосвязи. Можно отметить, что до 1939 г. развитие электронных ламп и схем связано с их использованием в основном для нужд радиовещания, которое было в то время самым важным потребителем электроники. В тот период возникло большинство электронных ламп, известных в настоящее время, и основные электронные схемы, используемые и теперь в разных модификациях.

Промышленная электроника, занимающаяся использованием электронных элементов и схем в промышленности, как область техники гораздо моложе. Первые попытки использования ламповых схем в промышленности, прежде всего в измерительных установках, относятся к тридцатым годам прошлого века. Однако они не дали хороших результатов вследствие недолговечности, большой массы и габаритов электронных ламп, хотя другие характеристики этих устройств были удовлетворительные. Результаты этих первых экспериментов были использованы в широком масштабе только во время второй мировой войны, когда возросшие производственные потребности необходимо было удовлетворять в условиях чувствительной нехватки рабочей силы. Автоматизация производства, внедрение которой начато было в тот период, не могла осуществляться без электронных устройств. Электронные схемы также оказались незаменимыми в некоторых измерительных и контрольных установках.

Развитие промышленной электроники значительно ускорилось в послевоенный период, особенно после начала широкого применения полупроводниковых приборов в пятидесятых годах (1947 г. — появление первого транзистора). С появлением полупроводниковых приборов стали возможными значительная миниатюризация устройств и уменьшение потребляемой ими мощности, увеличение времени безотказной работы и т. п. Только теперь можно было приступить к построению весьма сложных электронных устройств, например вычислительных машин небольших габаритов, низкой стоимости и высокой надежности, соответствующих промышленным требованиям.

В последние годы определились следующие основные области применения электронных схем в промышленности:

· устройства для измерения различных физических величин как электрических, так и неэлектрических;

· устройства для исследования материалов, например металлов, электрическими и магнитными методами без их разрушения;

· устройства для регулирования и автоматического управления различными процессами или промышленными установками, а также для управления различными объектами хозяйства;

· промышленные телевизионные установки, используемые для контроля и наблюдения за различными объектами или процессами;

· вспомогательные устройства, используемые в некоторых технологических процессах, например термопроцессах (нагрев токами высокой частоты) или обусловленных ультразвуковым облучением (коагуляция, обработка, очистка поверхности и т. д.).

При измерении электрических величин электронные схемы требуются в тех случаях, когда электрические эффекты настолько незначительны, что исследовать их классическими методами невозможно. Это происходит, например, при измерении малых токов и напряжений, малых изменений емкости и т. д., если чувствительность обычных вольтметров, амперметров или мостов недостаточна для проведения измерений. В этом случае необходимо усилить измеряемую величину до значения, фиксируемого обычными методами. Подобные проблемы часто возникают при измерении неэлектрических величин электрическими методами, когда возникающие в первичном измерительном преобразователе сигналы незначительны. В этом случае усиление производится при помощи электронных схем.

Большое значение имеют также электронные устройства для исследования свойств материалов разными методами. Многие из этих методов основаны на связи между механическими и электрическими или магнитными свойствами исследуемых материалов. Исследование материала можно свести к измерению его характеристик магнитным или электрическим методом, что очень удобно, поскольку такое измерение легко осуществить, его можно автоматизировать и т. д. При этом исследование не приводит к разрушению или повреждению изделия. Это очень важно, так как исследования, приводящие к разрушению испытуемого образца, например разрыву, могут проводиться только на немногих экземплярах изготовленной партии изделий. Следовательно, в этом случае результаты измерений носят случайный характер и не дают полной уверенности в качестве изделий, которые не подвергались испытанию. Неразрушающие методы испытаний более надежны, поскольку их можно применить ко всей изготовленной партии, т. е. проверить каждое изготовленное изделие.

Автоматическое управление и контроль технологических процессов являются теперь одними из наиболее характерных особенностей быстрого развития техники. В этой новой быстро развивающейся области техники электронные устройства являются очень важным, а часто и обязательным элементом, от свойств которого зависит качественная работа всей регулируемой системы. Последние достижения автоматики, связанные с использованием электронных вычислительных машин, были бы при современном уровне развития техники невозможны без электронных схем. Тесная связь автоматики и электроники обусловливает надлежащий прогресс обеих этих областей техники.

Электроника также тесно связана с некоторыми технологическими процессами, в которых электронные устройства обычно используются в качестве источников токов высокой частоты. Это — процессы высокочастотного нагрева, а также процессы, связанные с излучением ультразвука большой мощности. Электронная схема в таком устройстве служит для создания токов высокой частоты необходимой мощности, и следовательно, она только косвенно связана с данным технологическим процессом, тем не менее она является обязательной.

Телевизионные устройства могут передавать образ любого промышленного объекта на произвольное расстояние, например к диспетчеру или к обслуживающему персоналу. Промышленное телевидение играет важную роль, там, где из-за условий работы невозможны непосредственные наблюдения, например в отравленной атмосфере, на участках с большим уровнем радиации (атомные реакторы) и т. п.

Робототехника как новое научно-техническое направление возникла в результате огромного прогресса в развитии вычислительной техники и ме­ханики. Роботы представляют новый класс машин, выполняющих одновре­менно функции рабочих и информационных машин.

Возникновение робототехники обусловлено потребностями развиваю­щегося общества. Удовлетворение все возрастающих потребностей населе­ния возможно только на основе дальнейшего роста производительности труда. Важнейшим резервом этого роста в условиях дефицита трудовых ресурсов является комплексная механизация и автоматизация производст­ва. Большие успехи автоматизации машиностроения в массовом и крупно­серийном производстве на основе использования неперепрограммируемых автоматических устройств позволили получить высокую производитель­ность труда при минимальной себестоимости продукции. Однако 70 % современной продукции машиностроения выпускается малыми и средними сериями. В этих условиях не могут быть применены традиционные средства автоматизации и необходимая гибкость производства достигается за счет использования ручного труда.

Дифференциация процесса производства на ряд многократно повторяю­щихся простых операций привела к монотонным, утомительным трудовым действиям, выполняемым людьми на конвейере. Труд, лишенный творче­ского содержания, монотонный, опасный для жизни, должен быть уделом роботов.

Что же такое робот, каково научно-техническое содержание этого тер­мина? Существует большое число определений понятия "робот". Их анализ показывает, что к существенным свойствам робота относят его антропо­морфизм (уподобление человеку) при взаимодействии с окружающей сре­дой: универсальность, наличие элементов интеллекта, способность обучаться, наличие памяти, способность самостоятельно ориентироваться в окружающей среде и т.п. На основании указанных свойств сформулировано следующее определение. Робот — это машина-автомат, предназна­ченная для воспроизведения двигательных и умственных функций челове­ка, а также наделенная способностью к адаптации и обучению в процессе взаимодействия с внешней средой. Это машина-автомат нового типа. Обыч­ные автоматы предназначены для многократного выполнения одной и той же операции. Типичными примерами являются станки-автоматы, автома­ты для размена монет, продажи билетов, газет и т.д. В отличие от них роботы — универсальные системы многоцелевого назначения; они способ­ны не только выполнять много разных операций, но и оперативно переобу­чаться с одной операции на другую.

Роботы получили наибольшее распространение в промышленности и прежде всего в машиностроении. Такие роботы называются промышленны­ми.

Следует отметить следующие их достоинства.

Повышение безопасности труда — это одно из первоочередных назначе­ний роботов. Известно, что большинство несчастных случаев в промышлен­ности приходится на травмы рук, особенно при загрузочно-разгрузочных операциях. Применение роботов позволяет улучшить условия труда, по­тенциально опасного для здоровья людей: в литейных цехах, при наличии радиоактивных материалов, вредных химических веществ, при переработ­ке хлопка, асбеста и т.п.

При использовании роботов происходит интенсификация рабочего про­цесса, повышение производительности труда, стабилизация ее в течение смены, увеличение коэффициента сменности основного технологического оборудования, что улучшает технико-экономические показатели произ­водства. Повышается качество продукции. Так, например, улучшается ка­чество сварного шва в связи со строгим соблюдением технологического режима. Снижаются потери от брака, связанного с ошибками оператора. Возможна также экономия материалов. Например, при окраске автомобиля рабочим только 30 % краски попадает непосредственно на автомобиль, остальная уносится вентиляцией рабочего места. С применением роботов создаются принципиально новые производства и технологические процес­сы, максимально уменьшающие неблагоприятные воздействия на челове­ка.

Однако эффективность применения робота проявляется только при пра­вильной организации его взаимодействия с обслуживаемым оборудованием и внешней средой. Задача робототехники состоит не только в создании роботов, но и в организации полностью автоматизированных производств.

Внедрение роботов в производство сопряжено с определенными трудно­стями.

Роботы пока еще очень дороги и не всегда достаточно эффективны. Промышленный робот не всегда способен полностью заменить рабочего, обслуживающего технологическое оборудование или совершающего техно­логическую операцию, а может лишь освободить его от монотонного физи­ческого труда, изменив его характер и содержание, приближая к труду наладчика.

Основными факторами экономической эффективности роботов, учиты­ваемыми при ее расчете, являются как производственные, так и социаль­ные. Эта особенность отличает роботы от других вариантов новой техники, в связи с чем разработана специальная межотраслевая методика оценки экономической эффективности при их создании и использовании.

Базовые понятия электронной техники. Источник тока. Источник напряжения. Согласование источника с нагрузкой. Пассивные элементы электрической цепи и их параметры. Резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и их соединение. Трансформаторы. Типы пассивных элементов, их особенности и области применения. Коэффициент нагрузки. Цифробуквенная система обозначения пассивных элементов на принципиальных схемах и на изделиях

Источник напряжения - источник электрической энергии, который на своих внешних зажимах имеет неизменное напряжение, не зависящее от тока, потребляемого от этого источника.

r – внутреннее сопротивление генератора

R – сопротивление нагрузки

Е – ЭДС генератора

U = Е - I·r

Это достигается тогда, когда внутренне сопротивление источника близко к 0 или несоизмеримо мало по сравнению с сопротивлением нагрузки (идеальные условия r = 0). R>>r

Обычно для источников питания электронных устройств для задания неизменных режимов работы принимают R = 10r.

Источник тока - источник электрической энергии, который отдает во внешнюю цепь ток неизменного значения, независимо от сопротивления нагрузки. Это возможно, когда внешнее сопротивление нагрузки пренебрежимо мало по сравнению с внутренним сопротивлением источника.

Используется в качестве коллекторной нагрузки: (kU=Rк/(Rэ+rэ0); Rк=ΔU/ΔI; и в цепи эмиттеров дифференциальных каскадов. Также используется в электрохимии.

Согласование источника с нагрузкой: максимальная мощность выделяется на нагрузке в том случае, если ее сопротивление равняется сопротивлению источника.

R = r =>Pн =Pmax

Применяются в передатчиках для получения максимальной мощности и в высокочастотных цепях для получения минимального отражения волны от нагрузки.

Пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности) представляют на схемах в виде резистивного сопротивления R, ёмкости C, индуктивности L.

Резистивным сопротивлением называется идеализированный элемент, обладающий только свойством необратимого рассеяния энергии. Математическая модель определяется законом Ома:

, где R – сопротивление [R] – Ом; – проводимость [G] – Сименс.

Мощность участка цепи с сопротивлением:

Энергия, рассеиваемая резистором к моменту времени t:

Резисторы бывают широкого применения и точные. У точных – обычно меньшие уровень собственных шумов и температурный коэффициент напряжения. Резистор характеризуется также максимальной рассеиваемой мощностью, которая не должна превышаться.

Соединение резисторов:

При параллельном соединении общее сопротивление определяется сопротивлением наименьшего ; при последовательном – наибольшим .

Катушкой индуктивности называется идеализированный элемент, обладающий только свойством накопления энергии в его магнитном поле. Математическая модель:

, где

– потокосцепление.

[L] – Генри (Гн).

Потокосцепление характеризует суммарный магнитный поток, пронизывающий участок цепи или индуктивную катушку.

индуктивное сопротивление цепи.

Связь между u и i определяется законом электромагнитной индукции:

Напряжение опережает ток на 90˚ по фазе.

Мощность:

Энергия магнитного поля индуктивности к моменту t определяется как интеграл:

Если магнитные потоки само- и взаимоиндукции двух катушек направлены в одну и ту же сторону, то такое включение называется согласным. При согласном включении конец одной катушки совпадает с началом другой, если они намотаны в одну сторону.

, где М – коэффициент взаимоиндукции (при согласном включении «+», при встречном – «-»).

, k – коэффициент связи между катушками .

Если .

При параллельном соединении катушек индуктивности .

Если .

Ёмкость характеризует энергию, которая накапливается в электрическом поле конденсатора.

– математическая модель ёмкости; [ С ] – Фарад (Ф)

Ток опережает напряжение на 90˚ по фазе

При последовательном включении конденсаторов , при параллельном

Конденсатор электролитический обладает самой большой емкостью. Используется в фильтрах питания и в переходных конденсаторах, где изменение емкости на 20 – 30% не играет определяющей роли. Чем больше емкость, тем меньше пульсация (соединение конденсаторов).

Трансформатор – устройство, основанное на явлении взаимоиндукции и передающее электрическую энергию из одной цепи в другую без непосредственного контакта между ними.

В простейшем случае состоит из двух обмоток, связанных общим магнитным потоком Ф, который замыкается по воздуху или через сердечник.

- магнитный поток;

- ЭДС, наводимая этим магнитным потоком;

– эдс, наводимая в первичной и вторичной обмотках; W1 и W2 – число витков этих обмоток.

Коэффициент трансформации:

КПД трансформатора:

близок к 1 (90 – 95%)

Коэффициент нагрузки характеризует надежность работы. Показывает, какова в процентном отношении реальная нагрузка на данный элемент по сравнению с допустимой.

Для обычных резисторов ~ 0,65

Для конденсаторов ~ 0,7

Для проволочных резисторов ~ 0,75

Для кремниевых диодов ~ 0,5

Для германиевых диодов ~ 0,3

Для кремниевых транзисторов ~ 0,8

Для германиевых транзисторов ~ 0,4

Цифробуквенная система обозначения пассивных элементов на принципиальных схемах и на изделиях.

Резисторы(R, R_H, VR) нумеруются на электрических схемах сверху вниз, слева направо.

У резисторов обычной точности – 4 полоски

У резисторов повышенной точности - 5

1-я полоса либо шире других, либо смещена к одному краю

Первые два либо три кольца обозначают величину сопротивления в Омах, следующее
кольцо – множитель, далее – допуск.

Если имеется шестое кольцо, то оно обозначает температурный коэффициент сопротивления (ТКС).

По номинальному напряжению и току:

5R1U – 5,1Ом ± 5%

51КС – 51кОм ± 10%

М10Л - 100 кОм (0,1МОм) ± 2%

Г - ГигаОм-10⁹

Т - ТераОм- 10¹²

На бескорпусных резисторах:

222 - 22·10²Ом - 2,2 кОм

2812 - 281·10²Ом - 28,1 кОм

Обозначение полосками:

Ряд номинальных сопротивлений Е24±5% (10 Ом ≤R≤100 Ом):

10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91.

Число из этого ряда домножается на десять в любой степени.

Например, если при расчете получилось 115 Ом, то мы выбираем либо 110 Ом, либо 120 Ом.

Существуют еще ряды от Е6±20% до Е192. Для рядов Е48 – Е192 существует свой номинал (более точный – 3 значащие цифры).

Мощность резисторов на схемах кодируют с помощью штрихов.

Буквенное обозначение точности резисторов и конденсаторов:

В(Ж) ±0,1%

С(У) ± 0,25%

D(Д) ± 0,5%

F(P) ±1%

G(JI) ± 2%

I(И) ±5%

Переменные:

К(С) ±10%

М(В) ± 20%

N(Ф) ±30%

Только для конденсаторов:

Q(-) -10 +30%

Т(Э) -10 +50%

Y(Ю) -10 +100%

S(Б) -20 +50%

Z(A) -30 +80%

33,0 = 33µF

33 = 33pF

33n = 33nF

33m = 33mF

223 = 22∙10³pF

Конденсаторы имеют температурный коэффициент.

П – положительный, М - отрицательный.

П100 - +ТКЕ 100·10^-6 /°С

M1500 - -1500-10^-6 / °С

МП0 - близок к 0 (для конденсаторов высокой стабильности)

Для нестабильных сегнетокерамических:

Н10 в диапазоне температур -60до +80°С, max изменение ± 10%

Н20

Н50

Н70

Н90

Виды и параметры электрических сигналов. Амплитудное, действующее, среднее значение напряжения и тока электрического колебания. Длительность импульса, период следования, частота, скважность, фронт и спад импульса

Виды электрических сигналов:

• синусоидальный
• прямоугольный
• треугольный
• пилообразный

t_и – длительность импульса (меряется по U/2)

t_ф – фронт импульса (нарастание) от 0,1 до 0,9

t_зад.фр – задний фронт импульса (спад) от 0,9 до 0,1

t_пауз – длительность паузы

Т = t_и+ t_пауз – период следования импульса

f = 1/Т – частота импульса

- скважность; .

Если для прямоугольных колебаний Q = 2, то есть t_и = t_пауз, то такие колебания называются меандр.

Колебание пикообразной формы - это колебание, в котором изменение мгоновенного значения протекает во времени по линейному закону. В общем случае нарастания T1 и убывания Т2 мгновенного колебания не равны.

Амплитудное значение - максимальное значение электрического сигнала(U_max).

Действующее значение переменного напряжения (тока) 220В производит такое же

тепловое действие, как и постоянное напряжение данной величины, то есть характеризует

тепловые потери.

Среднее значение – среднее арифметическое абсолютных значений колебаний в течение одного полупериода. Определяет площадь или произведение в каждой точке, а следовательно, количество переданного электричества и энергии.

Электрические цепи. Интегрирующие дифференцирующие. Векторные диаграммы напряжений и токов. Прохождение прямоугольного сигнала через них (ФНЧ и ФВЧ). Параллельный и последовательный колебательные контуры. Резонанс тока и напряжения. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики электрических цепей и их параметры

Интегрирующие цепи:

τ = R·C

τ = L/С

τ – постоянная времени, численно равная времени, за которое свободная составляющая уменьшится в е раз.

τ τ τ

max искажения min искажения

Интегрирующие цепи используются в качестве звена фильтра низких частот, а также для синусов сглаживания высокочастотных шумов и импульсных помех.

Дифференцирующие цепи:

τ = R·C

τ = R/L

τ τ τ

Используются для выделения фронтов сигнала, в том числе импульсных сигналов, а также в качестве звена фильтра высоких частот.

Резонанс – совпадение амплитуд. Следствие резонанса – увеличение амплитуды. При увеличении частоты генератора увеличиваются, а уменьшаются. При резонансе .

Параллельный резонанс возникает в цепи, состоящей из катушки индуктивности и конденсатора, соединенных параллельно. Полное сопротивление этой цепи зависит от частоты и наибольшее значение достигается при , называемой резонансной частотой. Параллельный резонанс – резонанс токов.

, где - комплексное сопротивление.

Ток в конденсаторе опережает напряжение, так как для возникновения между обкладками напряжения необходимы заряды, которые приносит ток.

Ток в катушке индуктивности отстает от напряжения, так как на любую попытку изменения тока катушка вначале реагирует возникновением встречной ЭДС самоиндукции.

При резонансе токов абсолютные значения токов катушки индуктивности и конденсаторы равны, а направления противоположны, т.е. они компенсируют друг друга, и результирующий ток стремится к 0.

Последовательный резонанс возникает в цепи с последовательным соединением конденсатора и катушки индуктивности.

Последовательный резонанс – резонанс напряжений – и напряжение на контуре стремится к нулю.

Колебательные контуры используются в генераторах. Параллельные колебательные контуры применяются в качестве избирательных радиочастотных цепей с целью выделения требуемой полосы частот.

Последовательные - для подавления и усиления сигнала на определённых частотах (частоте сети и ее гармониках при точных измерениях, промежуточной частоте в радиоприемниках и телевизорах).

Амплитудно-частотная характеристика - это график или аналитическое выражение, представляющее для данной цепи или устройства зависимость тока, напряжения или коэффициента усиления от частоты подводимого к нему синусоидального колебания. АЧХ показывает, как изменяется амплитуда синусоидального сигнала в зависимости от частоты.

- коэффициент передачи

- неравномерность АЧХ.

Добротность

Ширина полосы пропускания цепи – это полоса частот, заключенных между граничными частотами и численно равная разности этих частот. Значения граничных частот составляют 0,707 f₀ (резонансной частоты).

- полоса пропускания цепи по уровню 3дБ.

Относительные децибелы (δ – отношение двух величин в децибел):

относительные децибелы

Абсолютные децибелы - это отношение данной величины к некоторой фиксированной, например дБР – отношение данной мощности к мощности 1мВт на сопротивлении R=600 Ом, при напряжение UR=0,775 В; дБВ – отношение данного напряжения к UR. За 0 дБ звукового давления принимают нижний порог слышимости.

20дБ – 10 раз

40дБ – 100 раз

14дБ – 5 раз

12дБ – 4 раза

6дБ – 2 раза

3дБ - раз

1,5дБ - раз

Фазо-частотная характеристика - з ависимость сдвига фаз выходного сигнала относительно входного от частоты.

Любой периодический сигнал можно однозначно разложить в ряд Фурье на гармонические составляющие с определенными амплитудами и фазовыми сдвигами. Для того, чтобы форма выходного сигнала соответствовала форме входного, необходимо не только одинаковые усиления всех гармонических составляющих, но и одинаковая их задержка по времени.

Основные понятия теории электропроводности полупроводников. Электронно-дырочный p-n-переход. Вольтамперные характеристики. Дрейфовый и диффузионный ток. Барьерная и диффузионная емкость p-n-перехода. Возможность их использования и влияние на характеристики диодов. Виды пробоя p-n-перехода

Электропроводность твердых тел объясняется движением свободных электронов, т.е. электронов, утративших валентную связь с ядрами атомов. По электропроводности все вещества условно принято делить на проводники, полупроводники и диэлектрики.

Полупроводниковые материалы делятся на собственные (чистые) и примесные. При температуре 0˚К электроны в полупроводниках отсутствуют, и они являются диэлектриками. Для того чтобы в полупроводнике образовались свободные электроны, его кристалл необходимо нагреть или осветить, т.е. затратить для разрыва ковалентных связей некоторое количество энергии, подведенной извне.

Нарушение ковалентной связи приводит к одновременному образованию свободного электрона и дырки. В чистом полупроводнике количество свободных электронов равно числу дырок , где n – число электронов, p - число дырок. Процесс образования электронно-дырочных пар при повышении температуры называется термогенерацией, а обратный процесс - рекомбинацией носителей зарядов.

Дырка, как и свободный электрон, совершает хаотическое движение в кристалле полупроводника и ведет себя подобно частице с положительным элементарным зарядом. При внесении кристалла полупроводника в электрический ток, движение электронов и дырок упорядочивается. Они начинают двигаться в противоположных направлениях. Поэтому различают электропроводности электронную n–типа и дырочную p–типа.

Ток в кристалле полупроводника состоит из двух составляющих: дрейфового и диффузионного токов .

Дрейфовый ток в кристалле возникает в виде упорядоченного движения электронов и дырок под действием внешнего электрического поля Е. Он имеет электронную и дырочную составляющие .

Диффузионный ток создается за счет разности концентрации носителей движением заряженных частиц из областей кристалла с повышенной концентрацией в область, обедненную носителями, и также имеет электронную и дырочную составляющие

Характер токопрохождения и величина тока зависят от полярности и величины приложенного напряжения. Если «+» подключен к контакту слоя p, а «-» к контакту слоя n, то напряжение на переходе понизится, равновесие между и нарушится и через переход будет протекать прямой ток.

Если полярность источника питания изменить на обратную, то через p-n -переход могут пройти только неосновные носители зарядов. Направление тока этих зарядов противоположно направлению прямого тока, поэтому его называют обратным током. Его величина мала, т.к. число неосновных носителей очень невелико.

Для изготовления полупроводниковых приборов применяют примесные (легированные) полупроводники, обладающие, в отличие от чистых, значительно большей электропроводностью. В зависимости от рода примесей в полупроводнике в них преобладает либо электронная, либо дырочная электропроводность.

При легировании 4-хвалентного элемента (Si кремний или Ge германий) 5-тивалентным (Sb сурьма, As мышьяк, P фосфор) – донорная примесь - число свободных электронов превышает число дырок. Такой полупроводник обладает электронной проводимостью и является полупроводником n–типа.

При легировании кристалла Si кремния или Ge германия примесью 3-хвалентного элемента (B бор, In индий, Al алюминий) – акцепторная примесь - число свободных дырок превышает число электронов. Такой полупроводник обладает дырочной проводимостью и является полупроводником p–типа.

Date: 2015-05-09; view: 1102; Нарушение авторских прав