Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Билеты с ответами - Электроника - файл Билеты с ответами.doc


Билеты с ответами - Электроника
скачать (73.4 kb.)

Доступные файлы (1):

Билеты с ответами.doc732kb.27.06.2001 21:09скачать

содержание
Загрузка...

Билеты с ответами.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
№2

  1. p-n переход, св-ва, п-н при воздействии U.

  2. Искажения в усилителях.

  3. Инвертирующий компаратор для одноимённых сигналов.




  1. p-n переход, св-ва, п-н при воздействии U.


P-n переход.

Переходной слой, возникающий между двумя областями полупроводника с разными проводимостями, называют p-n переходом.







p-n переход характеризуется отсутствием свободных носителей заряда. p-n переход невозможно создать механическим контактом двух полупроводников разного типа проводимости:
1.Поверхность полупроводников покрыта слоями окисла, которые являются диэлектриками.

2.Поверхности обладают шероховатостью, которая во много раз превышает межатомное расстояние.
p-n переходы обычно создают следующими способами:
1.Сплавные p-n переходы – получают путем вплавления одного полупроводника в другой.


2.Планарные p-n переходы.

SiO2



хххххх ххх ххх
n-тип n-тип


  1. На поверхность тонкой кремниевой пластины полупроводника

n-типа, путём термической обработки, получают тонкий слой

SiO2, который является диэлектриком.

  1. Используя методы фотолитографии, образуют окна слоя SiO2 и помещают эту пластину в среду с парами трехвалентного полупроводника. Атомы, за счет диффузии, проникают в полупроводник n-типа, образуя p-область.

  2. Между p и n областями образуется p-n переход.


Градиент концентрации свободных носителей заряда вблизи границы областей приводит к диффузионному движению. Электроны из n области, движутся в p область и рекомбинируют в ней с дырками.

Дырки из p области движутся в n область, и рекомбинируют в ней с электронами. В результате вблизи границы перехода в p область, образуется отрицательный пространственный заряд, создаваемый ионами акцепторной примеси, а в n области, положительный заряд, создаваемый ионами донорной примеси. Между зарядами возникает электрическое поле, которое препятствует дальнейшей диффузии свободных носителей заряда из глубины полупроводника. В результате, возникает область, обеднённая свободными носителями заряда, называемая p-n-переходом. Напряжение, возникающее между пространственными зарядами характеризуется контактной разностью потенциалов.

φkpnтlnNaNd/ni2

φт=kT/e , φт=10,025B

φт – температурный режим.

ni – концентрация свободных носителей

Na – концентрация ионов акцепторной примеси

Nd - концентрация ионов донорной примеси
P-n-переход состоит из двух областей. Области в полупроводнике n-типа и p-типа.
Lp-n=lp+ln =√(2εε0φт)/eNa+√(2εε0φт)/eNd

Полупроводник называют симметричным, если lp=ln. Если lp>ln или lp<ln – несимметричным, причём p-n-переход в них располагается в области с меньшей концентрацией примеси.

Легирование – процесс внесения примесей.

Через p-n-переход протекает два тока:
1.Диффузионный – создаваемый основными носителями.

2.Дрейфовый - создаваемый неосновными носителями.

^ Свойства p-n-перехода при внешнем

напряжении приложенном к нему.
1)Напряжение приложенное к p-n-переходу считается прямым если к p области приложен “-”, а к n области приложен ”+” источник напряжения.


p n


+ --

Uвх
Прямое напряжение уменьшает высоту потенциального барьера, до высоты φk – Uпр, т.к. оно направлено встречно контактной разности потенциалов. В результате этого уменьшается напряжённость электрического поля. Появляется диффузионный ток основных носителей заряда. С ростом прямого напряжения прямой ток резко возрастает. Ширина p-n-перехода уменьшается.

Jпр=J0(eu/φт-1)

J0 – тепловой ток неосновных носителей заряда
При прямом смещении p-n-перехода происходит инжекция неосновных носителей заряда. Под инжекцией понимают процесс при котором основные носители заряда, попадают в область полупроводника в котором становятся неосновными.

Jпр

φк(Ge)=0,3B

Si φк(Si)=0,6B



Ge


  1. 0,3В 0,6В Uпр


2)При обратном смещении p-n-перехода, величина потенциального

барьера возрастает до φк-Uобр это приводит к расширению p-n-перехода. Ток основных носителей через p-n-переход прекращается и через него протекает лишь ток неосновных носителей. Ток p-n-перехода равен –J0. Jобр – обратный ток p-n-перехода.
J0(T)=J0(T0)2T-T0/T*

T – текущая температура

Т0 – начальная температура

Т* - температура удвоения теплового тока, зависит

от материала


  1. Искажения в усилителях.


^ Искажения сигналов в усилителях.
В идеальном линейном усилителе входной и выходной сигналы совпадают по форме. В реальных усилителях этого не происходит. Всякое отклонение формы сигнала на выходе от формы его на входе есть искажение создаваемое усилителем.

Искажения бывают:

1.Линейное;

2.Нелинейное.
Нелинейное искажение – это изменения формы сигнала на выходе, которые возникают за счет нелинейности ВАХ активных элементов.

К
оличественно нелинейные искажения оценивают коэффициентом нелинейных искажений (КНИ).



Линейное искажение бывает двух видов:

а. Частотное;

б. Фазовое.
Частотное искажение связано с наличием в схеме усилителя реактивных элементов и возникающих за счет неодинакового усиления различных гармонических составляющих.

Ф
азовое искажение возникает за счет неодинакового фазового сдвига различных гармонических составляющих. Причина этого - наличие реактивных элементов в схеме усилителя.


  1. Инвертирующий компаратор для одноимённых сигналов.



№3

  1. Виды пробоев p-n перехода.


Пробой p-n-перехода.

Согласно математической модели p-n-перехода обратный ток равен тепловому и не зависит от величины напряжения, однако при значительных обратных напряжениях возникает резкое возрастание тока. Это явление называется пробоем p-n-перехода. А напряжение, при котором происходит это явление напряжением пробоя.


Пробой


Электрический Тепловой


Лавинный Туннельный

Электрический пробой обратимый, т.е. после уменьшения величины обратного напряжения p-n-переход принимает свои первоначальные свойства.

Тепловой пробой необратимый, т.е. после его наступления разрушается кристаллическая решетка и p-n переход теряет свои свойства.

Лавинный пробой происходит из-за лавинного размножения неосновных носителей слабо легированных “широких” p-n-переходов. При достаточно большой напряжённости электрического поля электроны достигают скоростей, при которых выбивают из атома полупроводника валентные электроны, которые в свою очередь выбивают новые. Этот процесс происходит лавинообразно.

Туннельный пробой происходит в сильно легированных “узких” p-n-переходах, и состоит в отрыве под действием сильного электрического поля валентных электронов, в результате которого в объёме p-n-перехода образуется электронная дырка.

Тепловой переход возникает вследствие разогрева p-n-перехода обратным током. При повышении температуры p-n-перехода число не основных носителей заряда возрастает. Это приводит к увеличению Jобр, что приводит к ещё большему разогреву p-n-перехода. В результате чего происходит пробой p-n-перехода.





  1. Режим работы по постоянному току активных элементов.


Выбор режима работы усилительного каскада по постоянному току

Для биполярного транзистора рабочая точка задается следующими величинами:



- уравнение называемое нагрузочная прямая транзисторного каскада.



1
) иначе перегрев

2)

3);

Для режима класса А рабочая точка должна иметь следующие параметры:

1)

2)


  1. Компаратор с положительной обратной связью.



№4

  1. Электропроводность Полупроводников. Дрейфовый и Диффузионный токи.


Электропроводность



Электропроводность – характеризует свойства материалов проводить электрический ток. Количественно она характеризуется удельной проводимостью, а также концентрацией свободных носителей заряда. Электрический ток – упорядоченное движение электрических зарядов. От зависимости способности материалов проводить электрический ток они делятся на три вида:
Изоляторы - вещества, которые не проводят электрический ток. Проводники – вещества, хорошо проводящие электрический ток.

Полупроводники – вещества, нечто среднее между проводниками и изоляторами. Все полупроводники подразделяются на:





В электронике применяются различные виды полупроводников:

  • трехвалентные: B, In, Al;

  • четырехвалентные: Ge, Si;

  • пятивалентные: Sb, As, P.

Чистые полупроводники (i-типа)

Структура полупроводника напоминает кристаллическую решётку алмаза. Полупроводник имеет жёсткую структуру за счёт ковалентных связей между атомами. Рассмотрим плоскую модель 4х валентного полупроводника.

В чистом полупроводнике, при температуре абсолютного нуля, все электроны уходят на образование ковалентной связи, свободных электронов нет, следовательно, он изолятор. При повышении температуры электроны приобретают дополнительную энергию. И некоторые из них покидают свои ковалентные связи, в результате чего в полупроводнике образуется “вакансия” электронов, которую называют дыркой. Дырка имеет положительный, а электрон отрицательный заряд (рис 1). Итак, при повышении температуры, в полупроводнике появляются свободные носители зарядов, причём концентрация электронов в чистом полупроводнике равна концентрации дырок: ni=pi.Процесс образования свободного электрона и дырки называется генерацией электронно-дырочной пары.

ni2=nipi=AT3exp(-∆E/kT), где:

k – постоянная Больцмана;

∆Е – ширина запрещенной зоны, она зависит от энергии ионизации;

0,8 эВ, Ge;

∆Е= 1,2 эВ, Si;

1,4 эВ, AsGa.

При движении электронов по объёму кристаллической решётки некоторые из них могут занимать место дырки. При этом электрон и дырка уничтожаются – это регенерация электронно-дырочной пары.

Чистые полупроводники почти не используются, так как их проводимость сильно зависит от температуры. Их удобно использовать при создании термодатчиков. Для создания полупроводниковых приборов используются примесные полупроводники: n-типа и p-типа.

^

Примесные полупроводники


В примесных полупроводниках часть атомов кристаллической решетки замещается на атомы примесей, то есть на атомы другого вида.

Полупроводники n-типа

П

олупроводник n-типа получают путём введения в 4х валентный полупроводник атомов пятивалентной донорной примеси. Донорной называется примесь, отдающая электроны. При этом в полупроводнике образуется избыточная концентрация электронов.

В результате введения такой примеси полупроводник имеет вид:

1. Электроны – основные носители nn>Nd>pi=ni

Nd – концентрация атомов донорной примеси.

nn - концентрация носителей n-типа.

2. Дырки – неосновные носители.

Концентрация основных носителей почти не зависит от температуры. Так как концентрация основных носителей много больше, то свойства полупроводника определяются nn.
Полупроводники p-типа

П
олупроводник p-типа получают путём введения в 4х валентный полупроводник 3х валентной акцепторной примеси. У соседнего атома отбирается электрон и образуется дырка. Основные носители – дырки.

Pp=Na>ni=pi .

Примесные полупроводники используются, потому что их электропроводность определяется атомами примеси и почти не зависит от температуры.


^ Диффузионный и дрейфовый механизмы движения

зарядов в полупроводнике
В полупроводнике возможны две причины, по которым происходит движение электрических зарядов:

1.Под действием сил электрического поля - дрейф. Ток, возникающий при этом, называется дрейфовым.

2.Под действием градиента концентрации – диффузия. Ток, возникающий при этом, называется диффузионным.
^

Дрейфовый ток



В полупроводнике дрейфовый ток имеет две положительные составляющие: электронную и дырочную.

Средняя скорость движения электронов и дырок определяется соотношением:

Vn=-μnE

VppE, где μn, μp - подвижность электронов и дырок.

Подвижность зависит от типа носителей заряда, материала полупроводника, напряженности электрического поля, температуры.

Вместо токов рассмотрим их плотности, то есть количество электричества протекающего через единичную площадку поперечного сечения за одну секунду. Плотность дрейфового тока:

Jдр=Jnдр+Jpдр n - концентрация зарядов.

Jnдр=neVn=nnnE; μ – подвижность.

Jpдр=neVp=nppE;

Jдр=(nnμn+npμp)δE<E;

где δ – удельная проводимость полупроводника.
^

Диффузионный ток


Д

вижение электрических зарядов под действием разности концентраций их носителей, имеющих место в разных местах полупроводника, называется диффузией. Диффузия не связана с электрическими зарядами, она наблюдается и для незаряженных частиц, но она всегда создает движение, направленное на выравнивание электронов в объеме проводника.
Jn диф= -eDn(dn/dx)

Dn – коэффициент диффузии.

dn/dx – градиент концентрации.

Знак “-“ говорит о том, что движение идёт в сторону уменьшения концентрации.

Jp диф= -eDp(dp/dx)

Jдиф= Jn диф + Jp диф

Процесс диффузии характеризуется двумя основными параметрами:

1. Время жизни неравновесных зарядов.

2.Диффузионная длина Ln (длина на которую могут переместится заряды).

Если в какой-либо точке объёма полупроводника создать избыточную концентрацию no, а затем устранить причину её создавшую, то под действием сил диффузии, избыточная концентрация начнёт убывать, до выравнивания по всему объёму. Время, за которое no убывает в e раз, называется временем жизни неравновесных зарядов.

Если в части объема полупроводника создать избыточную концентрацию no и поддерживать ее постоянной, то в остальном объеме за счет диффузии концентрация также будет увеличиваться. Расстояние, на котором она составит no/e (расстояние, на котором она убывает в е раз), называют диффузионной длиной Ln.






  1. Усилитель мощности.



^

Усилители мощности


Усилители мощности представляют собой выходной (оконечный) каскад многокаскадного усилителя. Задача усилителя мощности создать на нагрузке заданную мощность.

Основные параметры:

1)-максимальная выходная мощность

; ;

2)КПД - 100

3)Коэффициент нелинейного искажения



Особенности усилителей мощности

Создание на нагрузке большой емкости связано со специфическим режимом работы активных элементов, когда величина выходного напряжения оказывается соизмерима с питающими напряжениями, что приводит к нелинейным искажениям.

1)КНИ

2)Pk=P0-PВЫХ – мощность, выделяемая на коллекторе, оказывается значительной. Она приводит к его разогреву. В связи с этим стоит задача рассеяния этой мощности.

3)В усилителях мощности для отдачи в нагрузку максимальной мощности, при этом (Pk->min) необходимо проводить согласование выходного сопротивления усилителя с сопротивлением нагрузки.

- коэффициент трансформации трансформатора.

^

Классификация усилителей мощности


1. В зависимости от выбора рабочей точки различают усилители А, АВ, В, С, D – наиболее часто использующиеся первое время.

2. В зависимости от схемы технического решения:

  • -однотактные, в них период входного сигнала усиливается одним активным элементом;

  • -двухтактные, в них каждый из полупериодов гармонического сигнала усиливается своим активным элементом.

3.По виду связи с нагрузкой:

  • -трансформаторные усилители мощности;

  • -бестрансформаторные усилители мощности.

4.По характеру усиливаемого сигнала:

  • -апериодические, служат для усиления непрерывных (широкополосных) сигналов. В них нагрузкой усилительного каскада является резистор;

  • -резонансные, служат для усиления узкополосных сигналов.


Влияние выбора рабочей точки на КПД и нелинейные искажение усилителя мощности

Рабочая точка активного элемента в зависимости от назначения усилителя выбирается по ВАХ транзистора.

Рабочая точка задается следующими параметрами:

Uкэрт,Jкрт

Uбрт, J,брт
Характер изменения напряжения и тока на коллекторе определяется:

Uкэ=Eк-JкRн – уравнение нагрузочной прямой.

Jкmax









A

Jк

2

В Uкэ

Uкэ/2 Uкэmax

Для наиболее полного использования транзистора нагрузочную прямую проводят от Jk.max->UkЭ.max

При работе усилителя мощности в режиме класса А рабочая точка на середине участка.



а)поскольку рабочая точка выбирается на середине линейного участка, то нелинейные искажения малы.

б)

- бестрансформаторный усилитель мощности.

В трансформаторном усилителе мощности, поскольку его сопротивление по току равно нулю,
^

При работе активного элемента в режиме класса В




а)очевидно, что при усилении гармонического сигнала, происходит отсечка половины сигнала, т.е. возникают существенные нелинейные искажения.

б)определим КПД гармонического сигнала за полпериода:





- КПД режима класса В – 78

В режиме класса А нелинейные искажения практически отсутствуют, т.к. он находится на линейном участке.

При работе в режиме класса В они велики, т.к.второй полупериод в этой схеме полностью отсекается.

От больших искажений, возникающих в режиме класса В, можно избавится, применив двухтактную схему выходного каскада.
Схема усилителя мощности с трансформаторной связью

  1. Трансформаторная связь в усилителях применяется редко, из-за того, что трансформатор имеет большие габариты и вес. Трансформаторы применяются в тех случаях, когда необходимо обеспечить оптимальное согласование RВЫХ и RН и обеспечить гальваническую развязку между усилителем и нагрузкой.

Схема однотактных каскадов с трансформаторной связью





П
оследовательное включение трансформатора.

Параллельное включение трансформатора.

В этих схемах транзистор работает в режиме класса А. В режиме рабочая точка задается резисторами R1, R2. Недостаток 1 схемы заключается в том, что через трансформатор Тр2 протекает постоянный ток, создающий постоянное подмагничивание трансформатора, поэтому возникают нелинейные искажения. Вторая схема лишена этого недостатка.

^ Схема двухтактного усилителя мощности - трансформатора

J
ВЫХ=Jk1-Jk2


В этой схеме используются 2 активных элемента, каждый из которых участвует в усилении только в течение одного полупериода входного сигнала. Каждый из активных элементов работает в режиме класса В, т.е. создает ток ik c отсечкой одного полупериода.

VT1-Трансформатор со средней точкой на выходе имеет 2 напряжения: Uб1,Uб2, которые сдвинуты по фазе на 180.

Ток первого полупериода усиливается трансформатором VT1, в течение этого же полупериода трансформатор VT2 находится в отсечке. Работая на общую нагрузку выходной сигнал получается как разность токов этих активных элементов. В результате такой работы выходной сигнал получается без искажений.

При работе двухтактной схемы в режиме класса В возникают специфические искажения – искажения типа «ступенька». Эти искажения связаны с особенностями входной характеристики трансформатора.


  1. Усилитель разности.


6. Усилитель разности













№5

  1. ПП Диоды.

  2. Методы обеспечения рабочего режима активных элементов и методы его стабилизации.

  3. ОУ параметры и характеристики.

№6

  1. Выпрямительные диоды, параметры.

  2. Усилитель с RC связью.

  3. Инвертирующий усилитель на базе ОУ. (операционный усилитель)

№7

  1. Импульсные диоды.

  2. Усилитель с RC в области низких частот.

  3. Не инвертирующий усилитель на операционных усилителях.

№8

  1. Стабилитрон и стабистр.

  2. Усилитель с RC на высоких частотах.

  3. Преобразователь ток-напряжение на ОУ.

№9

  1. Варикапы и характеристики.

  2. Импульсные усилители и методы улучшения характеристик.

  3. Интегрирующий усилитель.

№10

  1. Биполярные транзисторы.

  2. Усилитель с ОС.

  3. Компаратор для сравнения разных сигналов.

№11

  1. ВАХ транзистора с общей базой.

  2. Усилитель. Входные и выходные параметры.

  3. Компараторы разноимённых сигналов.

№12

  1. ВАХ Транзистора с общим эмиттером.

  2. Усилители и их классификация.

  3. Инвертирующий сумматор.

№14

  1. Полевые Транзисторы.

  2. Устойчивость усилителей с ОС.

  3. Диф-ий усилитель.

№17

  1. H and Y параметры Транзистора.

  2. Избирательные усилители с частотно зависимой обратной связью(ос).

  3. Мультивибраторы.

№18

  1. Тиристоры.

  2. Многокаскадные усилители.

  3. Триггер Шмидта.

№19

  1. Выпрямительные диоды.

  2. Усилитель с постоянным током.

  3. Одно входовый компаратор напряжения.



Скачать файл (73.4 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации