Curs scurt de cursuri de electronică. Circuit electric cu conexiune paralelă a elementelor. Alcătuit de – Vasiliev D.Yu
Sankt Petersburg, Corona-Print, 1998, 399 p.
DjVu.
Descriere Cursul de cursuri de electronică oferit atenției cititorilor corespunde programelor unui număr de discipline „Electronică”, „Inginerie electrică și fundamentale ale electronicii”, „ Echipament electronic", "Alimentarea dispozitivelor electronice". Această carte este o continuare și o dezvoltare a manualului „Inginerie electrică și fundamente ale electronicii” (ed. " facultate”, M., 1996), scrisă de autor împreună cu prof. T. A. Glazenko și recomandat de Ministerul General și învăţământul profesional Federația Rusă ca ajutor didactic.
Spre deosebire de cartea anterioară tutorial despre electronică a fost scrisă sub forma unui curs de prelegeri, pe care autorul le-a citit timp de câțiva ani studenților Institutului de Stat de Mecanică și Optică de Precizie din Sankt Petersburg (Universitatea Tehnică). Această formă de prezentare a materialului are anumite avantaje.
- volumul fiecărei prelegeri este conceput pentru o medie de patru ore academice și poate fi redus dacă timpul alocat studierii materialului este limitat;
- numărul de prelegeri este destinat studierii disciplinei pe parcursul unui semestru (17-18 săptămâni) sau a două semestre (34-36 săptămâni);
-fiecare prelegere poate fi studiată independent de cele anterioare, deoarece practic nu există referințe încrucișate în carte;
Prelegerile sunt combinate tematic în șapte secțiuni, inclusiv „Elemente electronice”, „Dispozitive electronice” și „Surse de alimentare pentru dispozitive electronice”.
Prelegerile conțin ilustrații atent selectate care pot fi folosite ca ajutoare vizuale educaționale. Multe prelegeri conțin tabele de referință care oferă caracteristicile celor mai avansate elemente și dispozitive electronice moderne.
Studierea unui curs de electronică presupune că cititorii au cunoștințe de matematică elementară, unele secțiuni de matematică superioară și algebra logicii, elementele de bază ale teoriei circuitelor electrice și fizica stării solide. Dacă cititorul are probleme în acest sens, vă putem recomanda studierea secțiunii corespunzătoare despre literatura de specialitate, inclusiv manualul menționat mai sus, scris cu participarea autorului.
Prelegerile nu conțin referințe la literatura pe care autorul a folosit-o la scrierea cărții, cu toate acestea, pentru un studiu extins al secțiunilor sau subiectelor individuale, o listă cu literatura recomandată de autor este furnizată la sfârșitul cărții.
În al doilea rând, le lipsește materialul (inclusiv referințele) despre ultimele realizări în domeniul electronicii de putere și al microcircuitului.
La redactarea acestei cărți, autorul a încercat să elimine aceste neajunsuri prin limitarea volumului la numărul de prelegeri și incluzând în carte prelegeri despre dispozitivele semiconductoare de putere și modurile limitatoare de funcționare a acestora, analogice moderne și electronice digitale multiplicatoare analogice, microcircuite de control pentru comutarea surselor de alimentare și corectoare de factor de putere, dispozitive de stocare digitală etc.
Cartea poate fi utilă elevilor de gimnaziu și liceu institutii de invatamant, studiind disciplinele „Electronică” și „Inginerie electrică și fundamentale ale electronicii”, precum și disciplinele conexe „Surse secundare de energie”, „Dispozitive digitale și pulsate”. În plus, cartea poate fi folosită de specialiști în domeniul tehnologiei computerelor, electronicii radio și automatizărilor care sunt implicați în selecția sau dezvoltarea dispozitivelor electronice în diverse scopuri.
(Document)
n1.doc
Curs scurt de prelegeri
în inginerie electrică (departamentul de corespondență)
Introducere
Definiții de bază
1.1. Explicații și termeni de bază
1.2. Elemente de circuite echivalente pasive
1.3. Elemente active circuite echivalente
1.4. Definiții de bază legate de scheme
1.5. Moduri de funcționare ale circuitelor electrice
1.6. Legile de bază ale circuitelor electrice
Transformări de circuit echivalent. Conectarea în paralel a elementelor circuitelor electrice
2.1. Conectarea în serie a elementelor circuitelor electrice
2.2. Conectarea în paralel a elementelor circuitelor electrice
3.1. Calculul circuitelor electrice DC
metoda de coagulare cu o singură sursă
4.1. Metoda de aplicare directă a legilor lui Kirchhoff
4.2. Metoda curentului în buclă
4.3. Metoda potențialului nodal
Circuite electrice DC neliniare
5.1. Definiții de bază
5.2. Metoda grafica calculul circuitelor DC neliniare
Circuite electrice de curent alternativ monofazat
6.1. Definiții de bază
6.2. Reprezentarea funcțiilor de timp sinusoidale sub formă vectorială
6.3. Reprezentarea funcțiilor de timp sinusoidale în formă complexă
6.4. Rezistența într-un circuit de curent sinusoidal
6.5. Bobina inductivă într-un circuit de curent sinusoidal
6.6. Capacitatea într-un circuit de curent sinusoidal
6.7. Conectat în serie inductiv real
bobină și condensator într-un circuit de curent sinusoidal
6.8. Inductanță conectată în paralel, capacitate și
rezistența activă într-un circuit de curent sinusoidal
6.9. Modul rezonant într-un circuit format din paralel
a inclus bobină inductivă reală și condensator
6.10. Putere într-un circuit de curent sinusoidal
Circuite trifazate
7.1. Definiții de bază
7.2. Conexiune stea. Schemă, definiții.
7.3. Conexiune triunghiulară. Schemă, definiții
7.5. Putere în circuite trifazate
Circuite magnetice
9.1. Definiții de bază
9.2. Proprietățile materialelor feromagnetice
9.3. Calculul circuitelor magnetice
Transformatoare
10.1. Design transformator
10.2. Funcționarea transformatorului în modul inactiv
10.3. Funcționarea transformatorului sub sarcină
Mașini electrice DC
11.1. Proiectarea unei mașini electrice de curent continuu
11.2. Principiul de funcționare al unei mașini de curent continuu
11.3. Funcționarea mașinii electrice de curent continuu
în modul generator
11.4. Generatoare cu excitație independentă.
Caracteristicile generatorului
11.5. Generatoare auto-excitate.
Principiul autoexcitarii unui generator cu excitație paralelă
11.6. Funcționarea mașinii electrice de curent continuu
în modul motor. Ecuații de bază
11.7. Caracteristicile mecanice ale motoarelor electrice
curent continuu
Mașini electrice de curent alternativ
12.1. Câmp magnetic rotativ
12.2. Motoare asincrone. Design, principiu de funcționare
12.3. Cuplul motorului asincron
12.4. Reglarea vitezei motoare asincrone.
Inversarea unui motor asincron
12.5. Motoare asincrone monofazate
12.6. Motoare sincrone.
Design, principiu de funcționare
Introducere
Ingineria electrică este o ramură a științei și tehnologiei asociată cu utilizarea fenomenelor electrice și magnetice pentru conversia energiei, prelucrarea materialelor, transmiterea informațiilor etc.Ingineria electrică acoperă problemele de obținere, conversie și utilizare a energiei electrice în activități umane practice. Electricitatea poate fi obținută în cantități semnificative, transmisă la distanță și ușor convertită în alte tipuri de energie.
Un scurt curs de prelegeri oferă definiții de bază și parametrii topologici ai circuitelor electrice, prezintă metode de calcul a circuitelor DC și AC liniare și neliniare, analiza și calculul circuitelor magnetice.
Sunt luate în considerare proiectarea, principiul de funcționare și caracteristicile transformatoarelor și mașinilor electrice de curent continuu și alternativ, precum și mașinilor electrice de informare.
1. Definiții de bază
1.1. Explicații și termeni de bază
Ingineria electrică este un domeniu al științei și tehnologiei care studiază fenomenele electrice și magnetice și utilizarea lor în scopuri practice.Un circuit electric este o colecție de dispozitive concepute pentru a produce, transmite, transforma și utiliza curent electric.
Toate dispozitivele electrice în funcție de scopul lor, principiul de funcționare și proiectare pot fi împărțite în trei grupuri:
Surse de energie, de ex. aparate care produc curent electric (generatoare, termoelemente, fotocelule, elemente chimice).
Receptoare sau încărcare, de ex. dispozitive care consumă curent electric (motoare electrice, lămpi electrice, mecanisme electrice etc.).
Conductoare, precum și diverse echipamente de comutare (întrerupătoare, relee, contactoare etc.).
Se numește curent electric, a cărui mărime și direcție nu rămân constante variabile soc electric Valoarea curentului alternativ la momentul considerat se numește instantanee și se notează cu litera i minuscule.
Pentru ca un circuit electric să funcționeze, este necesar să existe surse de energie.
Există circuite active și pasive, secțiuni și elemente de circuite. Active sunt circuitele electrice care conțin surse de energie, pasive sunt circuite electrice care nu conțin surse de energie.
Un circuit electric se numește liniar dacă nici un singur parametru al circuitului nu depinde de mărimea sau direcția curentului sau tensiunii.
Un circuit electric este neliniar dacă conține cel puțin un element neliniar. Parametrii elementelor neliniare depind de mărimea sau direcția curentului sau tensiunii.
Circuitul electric este imagine grafică circuit electric, inclusiv simboluri ale dispozitivelor și care arată conexiunea acestor dispozitive. În fig. Figura 1.1 prezintă o schemă electrică a unui circuit format dintr-o sursă de energie, lămpi electrice 1 și 2 și motor electric 3.
Pentru a facilita analiza, circuitul electric este înlocuit cu un circuit echivalent.
Schema de substituire
este o reprezentare grafică a unui circuit electric folosind elemente ideale, ai căror parametri sunt parametrii elementelor înlocuite.
Figura 1.2 prezintă circuitul echivalent.
ORGANIZATIE AUTONOMA NON-PROFIT
ÎNVĂŢĂMÂNT PROFESIONAL SUPERIOR
UNIUNEA CENTRALĂ A FEDERATIEI RUSE
„UNIVERSITATEA RUSĂ DE COOPERARE”
INSTITUTUL COOPERATIV KAZAN (SUCURSALA)
ELECTRICA SI ELECTRONICA
NOTE DE CURS
pentru elevii care studiază în domeniul pregătirii
222000.62 Inovație,
260800.62 Tehnologia produselor și organizarea cateringului
Kazan 2013
Kirsanov V.A. Inginerie electrică și electronică: Note de curs - Kazan: Institutul Cooperativ Kazan (filiala) al Universității Ruse de Cooperare, 2013. - 9 p.
Note de curs pentru studenții care studiază în domeniul de studiu 222000.62 Inovație, 260800.62 Tehnologia produselor și organizarea de catering au fost elaborate în conformitate cu curriculumul aprobat de Consiliul Academic al Universității de Cooperare Rusă din 15.02.2013, protocolul nr. 3 și program de lucru din 09.11.2013 d, protocol nr.1.
© Kazan Cooperative Institute (filiala) al Universității Ruse de Cooperare, 2013
© Kirsanov V.A., 2013
Curs 1. Concepte generale și definiții ale circuitelor electrice
electrice si electronice – o disciplină care combină cunoștințele despre două ramuri interdependente ale științei și tehnologiei: inginerie electrică și electronică. Combinarea celor două discipline ne permite să înțelegem mai bine relația lor și să folosim mai competent bazele fizice ale fenomenelor electromagnetice studiate în electrotehnică și metodele de calcul a circuitelor electrice în analiza și sinteza circuitelor electronice care utilizează atât dispozitive și componente electronice liniare, cât și neliniare.
Inginerie Electrică – ramură a științei și tehnologiei legată de obținerea,
transformarea și utilizarea energiei electrice în activitatea umană practică, acoperind problemele de utilizare a fenomenelor electromagnetice în diverse industrii și în viața de zi cu zi.
Electronică – o ramură a științei și tehnologiei asociată cu crearea și descrierea principiilor fizice de funcționare a noilor instrumente și dispozitive electronice sau circuite electronice bazate pe acestea.
Scopul disciplinei:
Studiul legilor și metodelor de bază de calcul a circuitelor electrice și magnetice liniare;
Studierea metodelor de analiză și sinteză a circuitelor electrice liniare și neliniare;
Studierea principiilor de funcționare a transformatoarelor, mașinilor electrice de curent continuu și alternativ;
Studierea organizării rețelei de alimentare cu energie electrică;
Studiul metodelor de măsurare și observare a semnalelor electrice;
Studiul principiilor de funcționare a dispozitivelor semiconductoare de bază și circuite de bază electronice create pe baza lor;
Studierea bazei elementului calculatoare moderneși alte dispozitive electronice;
Studierea principiilor de organizare a amplificatoarelor liniare de semnale electrice, inclusiv amplificatoarele operaționale, și studierea domeniilor de posibilă aplicare a acestora;
Studierea principiilor de construire a surselor de alimentare pentru dispozitivele electronice moderne.
Informații generale
Circuit electric este o colecție de elemente interconectate, componente sau dispozitive concepute pentru a trece prin ele curent electric, procesele în care pot fi descrise folosind conceptele de forță electromotoare (emf), curent electric și tensiune electrică.
curent electric (i sau I) – mișcarea direcțională a purtătorilor de sarcină electrică (care sunt adesea electroni). Există trei tipuri de curent: curent de conducere, curent de deplasare, curent de transfer. Curentul de conducere este cauzat de mișcarea direcționată și ordonată a purtătorilor de sarcină libere (de exemplu, electroni) sub influența unui câmp electric din interiorul conductorului. Un curent de deplasare sau curent de polarizare este observat într-un dielectric și este cauzat de o deplasare unul față de celălalt sub influența unui câmp electric de sarcini asociate de semn opus. Sub influența unui câmp electric extern constant, se observă un curent de deplasare pe termen scurt. Dar cu un câmp alternativ, curentul de deplasare trebuie luat în considerare. Curentul de transfer sau curentul de convecție este cauzat de transferul sarcinilor electrice în spațiul liber de către particule sau corpuri încărcate sub influența unui câmp electric.
O caracteristică cantitativă a curentului electric este puterea curentului - cantitatea de electricitate q care curge prin secțiunea transversală a conductorului pe unitate de timp:
eu= q/t.
Dacă sarcinile se mișcă neuniform în conductor, puterea curentului în schimbare poate fi găsită folosind formula:
i = dq / dt.
Cantitatea de electricitate din sistemul SI este măsurată în coulombs (C), iar curentul este măsurat în amperi (A).
Un amper este forța unui curent constant care, trecând prin doi conductori drepti paraleli de lungime infinită și secțiune circulară neglijabilă, situati la o distanță de 1 m unul de celălalt în vid, ar produce între acești conductori o forță egală cu 1 N/m.
Un coulomb este definit ca cantitatea de electricitate care curge printr-o secțiune transversală a unui conductor în 1 s la un curent constant de 1 A.
Pentru a caracteriza mișcarea electricității într-un punct dat de pe suprafață, se utilizează densitatea de curent δ, care este determinată de formula:
δ = I/S,
unde S este aria secțiunii transversale a conductorului.
Tensiune electrică (u sau U) – diferența de potențial electric dintre punctele selectate sau cantitatea de lucru pe care o va face un câmp electric pentru a transfera o singură sarcină pozitivă dintr-un punct în altul.
Potențialul electric este numeric egal cu munca câmpului în transferul unei unități de sarcină pozitivă dintr-un punct dat din spațiu la unul infinit îndepărtat, al cărui potențial este considerat zero. Deoarece într-un circuit electric se presupune că potențialul unuia dintre puncte este zero, tensiunile electrice sunt de obicei de interes, nu potențiale.
1B=1J/1Coulomb
Sursa EMF – o sursă de tensiune în circuitul electric, a cărei valoare depinde puțin de sarcina selectată în limite rezonabile; o sursă de energie electrică care utilizează forțe neelectrice de la terți pentru a genera tensiune externă. Exemplu: o celulă galvanică care transformă energia chimică în energie electrică și un generator care transformă energia mecanică în energie electrică.
Schema electrica – o metodă de reprezentare a unui circuit electric pe un plan folosind simboluri grafice convenționale ̆ componente sau elemente ale circuitului electric. O schemă este adesea înțeleasă ca implementare fizică circuit electric.
Componentă, element – minimal, complet funcțional și structural componentă circuite sau circuite. Componentele includ surse de alimentare, motoare electrice, rezistențe, condensatoare și inductori.
La analiza circuitelor electrice, de regulă, se evaluează valoarea curenților, tensiunilor și puterilor. În acest caz, nu este necesar să se ia în considerare dispozitivul specific al diferitelor sarcini. Este important să le cunoaștem doar rezistența - R, inductanța - L sau capacitatea - C. Astfel de elemente de circuit se numesc receptori de energie electrică.
Dependența curentului care curge printr-un receptor de energie electrică de tensiunea la acest receptor este de obicei numită caracteristică curent-tensiune (caracteristică volt-ampere).
Se numesc receptori de energie electrică ale căror caracteristici curent-tensiune sunt linii drepte liniar.
Se numesc circuite electrice care includ doar elemente liniare circuite electrice liniare.
Se numesc circuite electrice care includ cel puțin un element neliniar circuite electrice neliniare.
Semnal – un proces fizic care transportă informații sau prezintă interes.
Semnal electric – un semnal sub formă de tensiune sau curent electric. Distinge analogic și digital semnale (discrete).
Semnal analog poate lua orice valoare arbitrară a tensiunii sau curentului într-un interval permis dat de la valoarea minima la maxim.
Senzor – un convertor al unui proces fizic de interes și care transportă informații într-un semnal electric. Un exemplu de senzor este un termocuplu (un aliaj din două materiale diferite), care generează o tensiune de ieșire proporțională cu temperatura. Exemplu: Senzor Hall, care transformă mărimea inducției magnetice a câmpului magnetic extern în fem, adică într-un semnal analogic; termistor, transformând temperatura mediului în rezistență; extensometru, efectuând transformarea presiune mecanicăîn rezistenţă.
Semnal digital – prezentarea informațiilor digitale sub formă de niveluri de tensiune clar distinse. Pentru a reprezenta informații binare în care sunt posibile doar două valori: 0 sau 1, este suficient să folosiți două niveluri de tensiune clar distinse. Există mai multe moduri de a reprezenta un semnal binar: potențial, impuls și potențial de impuls.
La potenţial metoda de reprezentare, stările logice 0 și 1 sunt reprezentate de două niveluri de tensiune diferite. De exemplu, pentru elementele logice tranzistor-tranzistor (TTL):
O unitate logică este reprezentată de o tensiune U 1 ≥ 2,4V;
Zerul logic este reprezentat de tensiunea U 0 ≤ 0,4V.
La pulsÎn reprezentarea informațiilor binare, una logică corespunde prezenței unui impuls sau a unei serii de impulsuri la ieșirea unui element, iar un zero - absența impulsurilor.
Puls – un semnal electric caracterizat printr-o schimbare rapidă a nivelului de tensiune sau curent și care tinde în mod obișnuit să stabilească una dintre cele două limite posibile de tensiune sau curent.
La potențial-impuls La prezentarea informațiilor se folosesc simultan ambele metode propuse mai sus.
Element logic - cea mai mică parte completă din punct de vedere funcțional și structural a unui computer care îndeplinește orice funcție logică. Printre principalele funcții logice, acestea includ de obicei disjuncție, conjuncție și negație.
Disjuncția este o funcție (y) de variabile binare (X1, X2, ..) care este egală cu unu atunci când cel puțin o variabilă de intrare este egală cu unu. O funcție pentru două variabile se scrie după cum urmează:
y=X1vX2.
Disjuncția este implementat folosind un disjunctor sau un element de tip NIOR, unde N este numărul de intrări la disjunctor. Cu două intrări, avem de-a face cu elementul 2OR, al cărui simbol este sugerat în figură:
Conjuncție– o astfel de funcție (y) a variabilelor binare (X1, X2, ..), care este egală cu unu când toate variabilele de intrare sunt egale cu unu. O funcție pentru două variabile se scrie după cum urmează:
y=X1&X2 sau y=X1*X2.
Conjuncție este implementat folosind un conjunctor sau un element de tip NI, unde N este numărul de intrări la conjunctor. Cu două intrări, avem de-a face cu elementul 2I, al cărui simbol este sugerat în figură:
Negare– o astfel de funcție (y) a variabilei binare X, care este egală cu unu dacă variabila de intrare este egală cu zero și invers.
Negare este implementat folosind un invertor sau un element NOT, al cărui simbol este sugerat în figură:
Simbolul de negație din simbol este un cerc pe linia de semnal.
Circuit magnetic sunt un ansamblu de dispozitive care conțin corpuri feromagnetice și care formează un circuit închis în care, în prezența unei forțe magnetomotoare, se formează un flux magnetic și de-a lungul căruia sunt închise liniile de inducție magnetică.
Forța magnetomotoare (mf) – caracteristicile capacităţii surselor camp magnetic(curenții electrici) creează fluxuri magnetice.
Curs 2. Circuite electrice DC
Legile de bază ale circuitelor de curent continuu
Conceptele topologice de bază ale teoriei circuitelor electrice sunt ramură, nod, circuit, rețea cu două terminale, rețea cu patru terminale, diagramă de circuit, arbore de diagramă de circuit. Să ne uităm la unele dintre ele.
Ramura numită secțiune a unui circuit electric cu același curent. Poate consta din unul sau mai multe elemente conectate în serie.
Nod numită joncțiunea a două elemente. Joncțiunea a trei sau mai multe ramuri se numește nod complex. Un nod complex este indicat pe diagramă printr-un punct. Nodurile complexe cu potențiale egale sunt combinate într-un singur nod potențial.
Contur numită cale închisă care trece prin mai multe ramuri și noduri ale unui circuit electric.
Un circuit este numit independent dacă include cel puțin o ramură care nu aparține circuitelor învecinate.
Rețea cu două terminale numită parte a unui circuit electric cu două terminale dedicate - poli. O rețea cu două terminale este desemnată printr-un dreptunghi cu indicii „A” sau „P”. Indicele „A” este utilizat pentru a desemna o rețea activă cu două terminale, care conține surse de E.M.F. Indicele „P” este folosit pentru a desemna o rețea pasivă cu două terminale.
Calculul și analiza circuitelor electrice se realizează folosind legea lui Ohm, prima și a doua lege a lui Kirchhoff. Pe baza acestor legi, se stabilește o relație între valorile curenților, tensiunilor, EMF ale întregului circuit electric și secțiunile sale individuale și parametrii elementelor care alcătuiesc acest circuit.
Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit
Relația dintre curentul I, tensiunea UR și rezistența R a secțiunii ab a circuitului electric (Fig. 1) este exprimată prin legea lui Ohm
În acest caz, U R = RI se numește tensiune sau cădere de tensiune pe rezistorul R, iar I se numește curent în rezistorul R.
Când se calculează circuitele electrice, uneori este mai convenabil să se folosească nu rezistența R, ci valoarea inversă a rezistenței, de exemplu. conductivitate electrică:
În acest caz, legea lui Ohm pentru o secțiune a circuitului va fi scrisă ca:
Legea lui Ohm pentru un circuit complet
Această lege determină relația dintre fem E a unei surse de putere cu rezistență internă r 0 (Fig. 1), curentul I al circuitului electric și rezistența echivalentă totală R E = r 0 + R a întregului circuit:
I = E/R e = E/(r 0 +R)
Un circuit electric complex, de regulă, conține mai multe ramuri, care pot include propriile surse de energie, iar modul său de funcționare nu poate fi descris doar de legea lui Ohm. În acest caz utilizați legile lui Kirchhoff , care sunt o consecință a legii conservării energiei.
Prima lege a lui Kirchhoff
Suma algebrică a curenților care converg la orice nod este egală cu zero.
Când se scriu ecuații conform primei legi a lui Kirchhoff, curenții direcționați către un nod sunt luați cu semnul „plus”, iar curenții direcționați din nod sunt luați cu semnul „minus”.
I1-I2+I3-I4+I5=0
Numărul de ecuații care pot fi formate pe baza prima lege, egal cu numărul de noduri din lanț și numai (U – 1) ecuațiile sunt independente unul de altul. U– numărul de noduri de circuit.
A doua lege a lui Kirchhoff
Suma algebrică a căderilor de tensiune zone separate a unei bucle închise, selectată în mod arbitrar într-un circuit ramificat complex, este egală cu suma algebrică a emf din această buclă.
Când scrieți ecuații conform celei de-a doua legi a lui Kirchhoff, trebuie să:
1) setați direcțiile pozitive condiționate ale EMF, curenți și tensiuni;
2) selectați direcția de parcurgere a conturului pentru care este scrisă ecuația;
3) notați ecuația, iar termenii incluși în ecuație sunt luați cu semnul „plus” dacă direcțiile lor pozitive condiționate coincid cu ocolirea circuitului și cu semnul „minus” dacă sunt opuse.
E1 – E2 + E3 = I1R1 – I2R2 + I3R3 – I4R4
Numărul de ecuații independente conform celei de-a doua legi a lui Kirchhoff este:
Metode de analiză a circuitelor electrice liniare DC
Dispozitivele și sistemele electrice reale au circuite complexe. Specialiștii se confruntă cu sarcina de a-și calcula parametrii. Procesul de calcul al parametrilor în teoria ingineriei electrice este de obicei numit „analiza circuitului”. Circuitele electrice de orice complexitate respectă legile lui Ohm și Kirchhoff. Cu toate acestea, aplicarea singură a acestor legi duce adesea la decizii inutil de complexe. Prin urmare, au fost dezvoltate o serie de metode de analiză care sunt adaptate la topologia circuitelor electrice și simplifică procesul de calcul al parametrilor acestora.
Analiza circuitelor electrice folosind legile lui Kirchhoff
La analiza circuitelor electrice, valoarea curenților din ramurile acestora, căderea de tensiune pe elemente sau consumul de energie sunt determinate de o valoare dată E.M.F, precum și de valorile rezistenței, conductivității sau alți parametri valori date curent sau tensiune.
Esența analizei circuitelor electrice folosind legile lui Kirchhoff este de a compila un sistem de ecuații liniare independente.
Conform primei legi Kirchhoff, ecuațiile (U - 1) sunt compilate, conform celei de-a doua legi B - (U-1) ecuații.
Analiza circuitelor electrice prin metoda transformărilor echivalente
Când circuitul electric include o singură sursă de E.M.F., curentul acestuia este determinat de rezistența totală a receptorilor pasivi de energie electrică. Această rezistență se numește echivalent - Req. Evident, dacă se cunoaște Req, atunci circuitul poate fi reprezentat ca două elemente conectate în serie - o sursă de E.M.F. și Req, iar determinarea curentului sursei se reduce la aplicarea legii lui Ohm. Procesul de trecere de la un circuit electric cu o topologie arbitrară la un circuit cu Req se numește transformare echivalentă. Această transformare stă la baza metodei de analiză luată în considerare.
Tehnicile de conversie a unui circuit electric sunt determinate de metodele de conectare a elementelor pasive. Există diferite metode de conectare: serial, paralel, circuit mixt, triunghi și stea. Să luăm în considerare esența transformărilor echivalente pentru fiecare dintre metodele numite.
Circuit electric cu conectare în serie a elementelor
O conexiune în serie este o conexiune a elementelor de circuit în care apare același curent I în toate elementele incluse în circuit (Fig. 2).
Bazat pe a doua lege a lui Kirchhoff tensiune totală U din întregul circuit este egal cu suma tensiunilor din secțiuni individuale:
U = U 1 + U 2 + U 3 sau IR eq = IR 1 + IR 2 + IR 3,
de unde urmează
R eq = R1 + R2 + R3.
Astfel, la conectarea elementelor circuitului în serie, rezistența totală echivalentă a circuitului este egală cu suma aritmetică a rezistențelor. zone individuale. În consecință, un circuit cu orice număr de rezistențe conectate în serie poate fi înlocuit cu un circuit simplu cu o rezistență echivalentă R eq (Fig. 3.). După aceasta, calculul circuitului se reduce la determinarea curentului I al întregului circuit conform legii lui Ohm
și folosind formulele de mai sus, se calculează căderea de tensiune U 1 , U 2 , U 3 în secțiunile corespunzătoare ale circuitului electric (Fig. 2.).
Dezavantajul conexiunii secvenţiale a elementelor este că, dacă cel puţin un element eşuează, funcţionarea tuturor celorlalte elemente ale circuitului se opreşte.
Circuit electric cu conexiune paralelă a elementelor
O conexiune paralelă este o conexiune în care toți consumatorii de energie electrică incluși în circuit sunt sub aceeași tensiune (Fig. 4).
În acest caz, ele sunt conectate la două noduri de lanț a și b și pe baza primei legi a lui Kirchhoff putem scrie că curent total I al întregului circuit este egal cu suma algebrică a curenților ramurilor individuale:
I = I 1 + I 2 + I 3, adică.
de unde rezultă că
Din această relație rezultă că conductivitatea echivalentă a circuitului este egală cu suma aritmetică a conductivităților ramurilor individuale:
g eq = g 1 + g 2 + g 3.
Pe măsură ce numărul consumatorilor conectați în paralel crește, conductivitatea circuitului g eq crește și invers, rezistență totală R eq scade.
Tensiuni într-un circuit electric cu rezistențe conectate în paralel (Fig. 4)
U = IR eq = I 1 R 1 = I 2 R 2 = I 3 R 3.
Rezultă că
acestea. Curentul din circuit este distribuit între ramuri paralele în proporție inversă cu rezistența acestora.
Conform unui circuit conectat în paralel, consumatorii de orice putere, proiectați pentru aceeași tensiune, funcționează în modul nominal. Mai mult, pornirea sau oprirea unuia sau mai multor consumatori nu afectează funcționarea celorlalți. Prin urmare, acest circuit este circuitul principal pentru conectarea consumatorilor la o sursă de energie electrică.
Circuit electric cu compus mixt elemente
O conexiune mixtă este o conexiune în care circuitul conține grupuri de rezistențe conectate în paralel și în serie.
Pentru circuitul prezentat în fig. 5, calculul rezistenței echivalente începe de la sfârșitul circuitului. Pentru a simplifica calculele, presupunem că toate rezistențele din acest circuit sunt aceleași: R 1 =R 2 =R 3 =R 4 =R 5 =R. Rezistențele R4 și R5 sunt conectate în paralel, atunci rezistența secțiunii circuitului cd este egală cu:
În acest caz, circuitul original (Fig. 5) poate fi reprezentat după cum urmează (Fig. 6):
În diagramă (Fig. 6), rezistența R 3 și R cd sunt conectate în serie, iar apoi rezistența secțiunii circuitului ad este egală cu:
Apoi diagrama (Fig. 6) poate fi prezentată într-o versiune prescurtată (Fig. 7):
În diagramă (Fig. 7), rezistența R 2 și R ad sunt conectate în paralel, apoi rezistența secțiunii circuitului ab este egală cu
Circuitul (Fig. 7) poate fi reprezentat într-o variantă simplificată (Fig. 8), unde rezistențele R 1 și R ab sunt conectate în serie.
Apoi, rezistența echivalentă a circuitului original (Fig. 5) va fi egală cu:
|
Orez. Orez. 8 |
Orez. Orez. 9 |
Ca urmare a transformărilor, circuitul original (Fig. 5) este prezentat sub forma unui circuit (Fig. 9) cu o rezistență R eq. Calculul curenților și tensiunilor pentru toate elementele circuitului se poate face conform legilor lui Ohm și Kirchhoff.
Esența metodei de transformare echivalentă:
1. Secțiunile circuitului electric cu elemente conectate în serie și paralel se înlocuiesc cu un element echivalent. Prin transformări secvențiale, circuitul este simplificat la o formă elementară.
2. Folosind legea lui Ohm, se găsește curentul unui circuit simplificat. Valoarea acestuia determină curentul ramului cel mai apropiat de sursa E.M.F. (curent al primei ramuri). Acest lucru facilitează calcularea curenților ramurilor rămase.
Valoare instantanee;
Valoarea amplitudinii;
Faza initiala;
Valoarea efectivă;
Valoarea medie;
Complex de valoare efectivă sau de amplitudine etc.
Valoare instantanee
Valoarea instantanee a cantității A se scrie ca:
a = Am sin (ωt +ψ),
unde Am este amplitudinea (valoarea maximă) a mărimii;
t – valoarea curentă a timpului, s;
ψ – faza inițială.
Scriem valorile instantanee ale curentului i, tensiunii u sau EMF sub forma:
i=Im sin(ωt+ψi),
u=Um sin (ωt+ψu),
e=Em sin (ωt+ψe).
Argumentul sinus (ωt +ψ) este numit fază. Unghiul ψ este egal cu faza la momentul inițial t =0 și de aceea se numește faza initiala.
Frecvența unghiulară ω este legată de perioada T și frecvența f =1/T prin formulele:
.Valoarea efectivă a unui curent sinusoidal este adesea numită rădăcină pătrată medie sau valoare efectivă.
Valorile efective ale curenților și tensiunilor sunt afișate de majoritatea instrumentelor electrice de măsură (ampermetre, voltmetre).
Valorile curente indică curenții și tensiunile nominale din pașapoartele diferitelor aparate și dispozitive electrice.
Sub valoarea medie Curentul sinusoidal este înțeles ca valoarea sa medie pe o jumătate de perioadă:
De asemenea:
Elemente ale circuitelor electrice de curent sinusoidal
Elemente de bază ale circuitelor electrice de curent sinusoidal:
Surse de energie electrică (și surse de curent);
Elemente rezistive (rezistoare, reostate, elemente de incalzire etc.);
Elemente capacitive (condensatoare);
Elemente inductive (inductoare).
Element rezistiv
Conform legii lui Ohm, tensiunea pe elementul rezistiv este: u=i⋅R=R⋅Im sinωt=Um sinωt, unde Um =R⋅Im și curent i=Im sinωt.
Asta implică:
1. Curentul și tensiunea dintr-un element rezistiv sunt în fază (schimbare de fază).
2. Legea lui Ohm este valabilă pentru ambele valorile amplitudinii curentului și tensiunii: Um =R⋅Im, iar pentru valorile efective ale curentului și tensiunii: U=R⋅I.
Să exprimăm puterea instantanee p în termenii valorilor instantanee ale curentului i și tensiunii u:
p=u i =Um Im sinωt sinωt =U I (1−cos2ω).
Element inductiv
Un exemplu clasic de element inductiv este un inductor - un fir înfășurat în jurul unui cadru izolator.
uL = ω⋅L⋅Im cosωt = Um sin(ωt+900),
unde Um = ω⋅L⋅Im = XL⋅Im.
Se numește cantitatea XL =ω⋅L reactanța inductivă , se măsoară în ohmi și depinde de frecvența ω.
Din aceste expresii rezultă o concluzie importantă:
1.Curentul din elementul inductiv este defazat cu tensiunea de(900).
2. Un element inductiv asigură rezistență la un curent sinusoidal (alternant), al cărui modul X L = ω ⋅ L este direct proporțional cu frecvența.
3. Legea lui Ohm este îndeplinită atât pentru valorile de amplitudine ale curentului și tensiunii: Um =XL⋅Im, cât și pentru valorile efective: U=XL⋅I.
Putere instantanee:
p = u⋅i = Um cosωt⋅Im sinωt = U⋅I sin2ωt.
Puterea instantanee pe elementul inductiv are doar o componentă variabilă U⋅I sin2ωt, modificându-se cu frecvența dublă (2ω).
Puterea își schimbă periodic semnul: uneori pozitiv, alteori negativ. Aceasta înseamnă că în anumite perioade trimestriale, când p>0, energia este stocată în elementul inductiv (sub formă de energie de câmp magnetic), iar în alte perioade trimestriale, când p
ÎN aceasta sectiune oferite atenției dumneavoastră Cărți despre electronică și inginerie electrică. Electronica este știința care studiază interacțiunea electronilor cu câmpuri electromagneticeși dezvoltarea unor metode de creare a dispozitivelor electronice, dispozitivelor sau elementelor utilizate în principal pentru transmiterea, prelucrarea și stocarea informațiilor.
Electronica este o ramură în dezvoltare rapidă a științei și tehnologiei. Ea studiază fizica și uz practic diverse dispozitive electronice. Electronica fizică include: procesele electronice și ionice în gaze și conductori. La interfața dintre vid și gaz, corpuri solide și lichide. Electronica tehnică include studiul proiectării dispozitivelor electronice și al aplicării acestora. Domeniul dedicat utilizării dispozitivelor electronice în industrie se numește Electronică Industrială.
Pe site puteți descărca gratuit un număr mare de cărți despre electronică. În cartea „Ingineria circuitelor” mijloace electronice» se are în vedere elementul de bază al dispozitivelor electronice. Principiile de bază ale construcției analogice, impuls și dispozitive digitale. O atenție deosebită este acordată dispozitivelor de stocare și convertoarelor de informații. Sistemele și dispozitivele cu microprocesoare sunt discutate într-o secțiune separată. Pentru studenții instituțiilor de învățământ superior. Descarcă și cărți de la autori: Levinshtein M.E., Simin G.S., Maksina E.L., Kuzmina O., Shchedrin A.I., Leontyev B.K., Shelestov I.P., Piz R., Rodin A., Bessonov V.V., Stolovykh A.M.V., Drigaldkin M.V., Drigaldkin Lebedev A.I., Braga N., Hamakawa Y., Revich Yu.V., Abraitis B.B. ., Altshuller G.B., Elfimov N.N., Shakulin V.G., Baida N.P., Byers T., Balyan R.H., Obrusnik V.P., Bamdas A., A.M. Bas A.A., Bezborodov Yu.M., Bocharov L.N., Bukhman D.R., Krotchenkov A.G., Oblasov P.S., Bystrov Yu.A., Vasilevsky D.P., Vasiliev V.A., Vdovin S.S., Veresov G.P., Veresov G.P., Civgil S.V.S.V.S. Horowitz P., Hill W., Phelps R., Sidorov I N., Skornyakov S.V., Grishin G.G., Moshkov A.A., Olshansky O.V., Ovechkin Yu.A., Vikulin I.M., Voishvillo G.V., Volodin A.A., Galperin M .Ya., Maslenikov Yu.A., Gausi M., Lacker K., Elyashkevich S., Gendin G.S., Golovkov A.V..
Acordați atenție cărții „Instrumente de proiectare și proiectare a circuitelor pentru dispozitive digitale”. Cartea oferă o descriere a circuitelor dispozitivelor digitale. Accentul principal este pe predarea dezvoltării sistemelor software și hardware care conțin un procesor: scrierea modelelor comportamentale și structurale VHDL și Verilog HDL, testarea acestora și testarea funcțională a execuției programului. Descrie instrumentele moderne pentru dezvoltatori. Exemplele oferă o descriere a utilizării acestui set de instrumente.
Site-ul prezintă cărți ale celor mai cunoscuți autori: Lyubitsky V.B., Goldenberg L.M., Matyushkin B.D., Polyak M.N., Gorbaty V.I., Gorodilin V.M., Fedoseeva E.O., Trokhimenko Y., Lyubich F., Rumyantsev M.M.M., Rozashin YuK. .P., Kazarinov Yu.M., Katikov V.M., Ramm G.S., Panfilov N.D., Oksner E.S., Novachenko I.V., Yurovsky A.V., Nefedov A.V., Gordeeva V.I., Moshits G., Horn P., Migulin I., Chapovsky Markatun M.G., Dmitriev V.A., Ilyin V.A., Lyarsky V.F., Muradyan O.B., Joseph K., Andreev V., Baranov V.V., Bekin N.V., Godonov A.Yu ., Golovin O., Aleksenko A.G., Colombet. Iceberg E., Shumilin M.S., Golovin O.V., Sevalnev V.P., Shevtsov E.A., Tsykin G.S., Kharchenko V.M., Hablovski I., Skulimowski V., Williams A., Tetelbaum I.M., Schneider Y.S.R., Gutni Soklov S.R. .V., Mathanov P.N., Filippov E.S., Deryabin V.I., Rybakov A.M., Rothammel K., Dyakov V.I., Palshkov V.V., Zhutyaev S., Zeldin I .V., Rusinov V.V., Lomonosov V.Yunel B.M., Polivano V.Yunel B.. ., Larionov A., Igumnov D.V., Korolev G., Gromov I., Iofe V.K., Lizunkov M.V., Collender B.G., Kuzinets L.M., Sokolov V.S., Kitaev V.E., Bokunyaev A.A., Kolkanov M.F.Lantaro, Kalseyvlin P.L.,. , Kononovich L., Kalabekov B.A., Kononovich L.M., Kovalgin Yu.A., Syritso A., Polyakov V., Korolev G.V., Kostikov V.G., Nikitin I.E., Krasnopolsky A.E., Sokolov V., Troitsky A., Krize S. Kubarkin L.V., Kuzin V., Kuzina O., Kupriyanovich L., Leontiev V.F., Lukoshkin A., Kirensky I ., Monakhov Y., Petrov O., Dostal I., Sudakov Y., Gromov N., Vykhodets A.V., Gitlits M.V., Nikonov A.V., Odnolko V.V., Gavrilenko I., Maltseva L., Martsinkevichus A., Mirsky G.Ya., Volgov V.A., Vambersky M.V., Kazantsev V.I., Shelukhin S.A., Bunimovich L.., Yalenitovici S.. Musaev E., Myachin Yu.A., Odnoralov N., Pavlenko Yu.F., Shpanion P.A., Parol N.V., Bershtein A.S., Paskalev Zh., Polikarpov A., Sergienko E.F. ., Bobrov N.V., Benkovsky E., Lipinsky ., Bastanov V.G., Polyakov V.T., Abramovici M.I., Pavlov B., Shcherbakova Yu.V., Adamenko M., Tyunin N. .A., Kulikov G.V.
Cursul de cursuri de electronică corespunde programelor disciplinelor „Electronică”, „Inginerie electrică și fundamentale ale electronicii”, „Inginerie electronică”, „Alimentarea dispozitivelor electronice”. Autorul a predat cursul propus pentru un număr de ani la Institutul de Stat de Mecanică și Optică de Precizie din Sankt Petersburg ( Universitate tehnica). Cursul constă din 35 de prelegeri și este conceput pentru a studia disciplina pe parcursul unui sau două semestre.
Prelegerile conțin ilustrații atent selectate care pot fi folosite ca ajutoare vizuale, precum și tabele de referință care oferă caracteristicile celor mai avansate componente și dispozitive electronice moderne.
Dispozitive de electrovacuum.
Emisia termoionică. Emisia de electroni este procesul prin care un corp emite electroni în spațiul care îl înconjoară. Pentru a se asigura că electronii părăsesc corpul, ei trebuie să furnizeze energie suplimentară. În acest sens, luăm în considerare următoarele tipuri emisie de electroni: termoionică, electrostatică, fotoelectronică și secundară.
Odată cu emisia termoionică, electronilor le este distribuită energie suplimentară prin încălzirea corpului. Emisia electrostatică are loc datorită intensității ridicate a câmpului electric de la suprafața corpului. Cu emisie de fotoelectroni, suprafața corpului este iluminată. Emisia secundară apare ca urmare a impactului fluxului de electroni de emisie primară pe suprafața corpului. Când electronii primari bombardează suprafața unui corp, electronii secundari sunt scoși din acesta, acest proces se numește emisie secundară.
CONŢINUT
Prefaţă
Secțiunea 1. Elemente de echipamente electronice
Curs 1. Dispozitive electrovacuum
Curs 2. Diode semiconductoare
Curs 3. Tipuri speciale de diode semiconductoare
Curs 4. Tranzistoare bipolare
Curs 5. Tranzistoare unipolare
Cursul 6. Puterea dispozitive semiconductoare
Curs 7. Limita modurilor de operare ale tranzistoarelor
Secțiunea 2. Circuite integrate analogice
Curs 8. Amplificatoare operaţionale
Curs 9. Comparatoare analogice de tensiune
Curs 10. Multiplicatori analogici de tensiune
Cursul 11. Comutatoare semnale analogice
Secțiunea 3. Circuite integrate digitale
Curs 12. Elemente de logica digitala
Cursul 13. Declanșatoare
Cursul 14. Contoare și registre de puls
Curs 15. Convertoare de cod, criptoare și decriptoare
Curs 16. Multiplexoare și demultiplexoare
Curs 17. Dispozitive de stocare digitală
Secțiunea 4. Dispozitive electronice liniare
Curs 18. Amplificatoare electronice
Curs 19. Limitarea sensibilității și a zgomotului amplificatoarelor electronice
Curs 20. Filtre active
Curs 21. Convertizoare de rezistență activă
Curs 22. Diferențierea și integrarea dispozitivelor
Secțiunea 5. Dispozitive electronice neliniare
Curs 23. Generatoare de semnal electric
Curs 24. Modulatoare electrice de semnal
Curs 25. Demodulatoare de semnale electrice
Secțiunea 6. Dispozitive funcționale analog-digitale
Curs 26. Convertoare analog-digitale
Cursul 27. Convertoare digital-analogic
Curs 28. Dispozitive de eșantionare și stocare a semnalului analogic
Secțiunea 7. Surse de alimentare pentru dispozitive electronice
Curs 29. Principii de construire a surselor de alimentare secundare
Curs 30. Redresoare de alimentare
Curs 31. Stabilizatori de tensiune
Curs 32. Comutarea surselor de alimentare
Curs 33. Circuite integrate pentru controlul surselor de alimentare cu comutare
Curs 34. Corectori electronici ai factorului de putere
Cursul 35. Modelare pe calculator dispozitive electronice
Suplimente
Cursul 1d. Bazele fizice electronica semiconductoare
Cursul 2d. Dispozitive cu buclă blocată în fază
Listă simboluri
Lista de abrevieri
Lectură recomandată.
Descărcare gratuită e-book la format convenabil, urmăriți și citiți:
Descarcă cartea Electronică, Curs complet de prelegeri, Pryanishnikov V.A., 2004 - fileskachat.com, descărcare rapidă și gratuită.
Descărcați djvu
Puteți cumpăra această carte mai jos cel mai bun preț la reducere cu livrare în toată Rusia.
Secțiuni: I – abrupt, II – plat, III – zonă de defecțiune termică.
Principala este secțiunea II (întărire). Pe acesta, tranzistorul poate fi reprezentat ca o sursă de curent controlată.
Panta tronsonului plat: la?U CE => ?? 0 => ? încărcare volum => ? lățime strat dublu => ? lățimea efectivă a bazei => ? probabilitate de recombinare => ? eu K.
, 
, 
Pentru a crește I B trebuie să creșteți U BE:
I-secţiunea 
, 
Să reducem U CE la U BE = const, când U CE = U BE = U CE US, cu o scădere suplimentară a U CE, U CB își va schimba semnul - joncțiunea colectorului este sub tensiune continuă.
Difuzia găurilor are loc de la colector la bază, prin urmare curentul I K scade, tranzistorul își pierde proprietățile de amplificare.
Secțiunea I este utilizată în modul de comutare al tranzistorului. Esti KEN? 0,2 h 1 V
Secțiunea III – secțiunea de defecțiune termică. Dacă U CE crește, energia câmpului electric devine suficientă pentru ionizarea prin impact, secțiunea nefuncțională.
Caracteristica de intrare
Familie de curbe I B = f(U BE) cu U FE = const
I B = I K + I E
Caracteristica de intrare este caracteristicile curent-tensiune a două joncțiuni p-n conectate în paralel.
Când U CE = 0 pe EB și BC U DIRECT.
Când U KE > U KEN pe EB – U DIRECT, pe BC – U REVERSE.
Când U BE = 0 I B = I KBO
I B = I K - I E = (1-?) H I E - I KBO din (2)
- rezistența de bază - rezistența dipolului de intrare a tranzistorului
Amplificatoare cu tranzistori
Dispozitive care, prin schimbarea unui semnal de putere redusă, controlează schimbarea de mare putere la sarcină
amplificatoare DC.
amplificatoare AC.
Amplificatorul de curent continuu al unui semnal alternativ nu ar trebui să perceapă o componentă de curent continuu în acest scop, un condensator este plasat la intrare; Influența condensatorului elimină deriva de zero.
Un amplificator AC este mai simplu decât un amplificator DC deoarece... amplificatorul trebuie să perceapă o componentă constantă, așa că nu puteți instala un condensator și nu puteți face față deviației zero în alte moduri care duc la complicarea circuitului amplificatorului.
Etapă de amplificator cu emițător comun
Să construim caracteristica de transfer cascadă.
Modul clasa B
Secțiunea I:
eu B? 0, tranzistorul este închis, I B = I KBO, I K =? H I B = 0, U KE =E K - I K H R K, deoarece I K = 0,
Secțiunea II:
I B are o valoare (din caracteristica de intrare) care nu este egală cu zero. I K = ? W I B? 0 cu o creștere a U BE, I B, I K cresc și U KE scade.
Sectiunea a III-a
Odată cu creșterea U BE; U KE rămâne constantă și este egală cu U KE = (0,2h1) V
Limita de masurare:
Eu KBO? eu K? 
; Esti KEN? (U KE = U OUT) ?E K
Semnele ∆U IN și ∆U OUT sunt diferite, o astfel de cascadă se numește inversare.
Cursul 7
Modul clasa B
Tensiunea de ieșire nu se modifică.
Dezavantaj: pierderea de informații în a doua jumătate de ciclu.
Pentru a obține un semnal pozitiv constant, este necesar să polarizați semnalul de intrare (bias emf).
Modul clasa A
Cu curent alternativ, componenta constantă este îndepărtată de un condensator conectat în serie cu curent continuu, componenta constantă U OUT este îndepărtată prin pornirea EMF din spate la ieșire.
Modul cheie
Un mod cu o amplitudine mare a semnalului de intrare, în care sunt capturate toate cele trei secțiuni ale caracteristicii. Al doilea semnal de pe curbă se formează la nivelul minim.
Forma tensiunii de ieșire este distorsionată, adică a apărut limitarea amplitudinii. Cu cât câștigul de tensiune este mai mare, cu atât semnalul de ieșire este mai asemănător cu o undă pătrată.
Este folosit în tehnologia impulsurilor, unde nu amplitudinea semnalului este importantă, ci schimbarea de fază reciprocă între U IN și U OUT.
Puterea eliberată în tranzistoare
Încălzește joncțiunea p-n și poate duce la defalcare termică. Pentru a reduce puterea, trebuie să lucrați în modul cheie.
Modul de odihnă
Introdusă ca metodă de calcul și analiză circuite electronice. Pentru a crea un mod de repaus, toate EMF-urile sunt activate constant (E K, E SM, E COMP)
E COMP este pornit pentru a elimina componenta DC U OUT din clasa A.
1) Fie U ВХ = 0, deoarece există E CM, deci tranzistorul este deschis, curge I BP, I CP, I EP? 0, U KEP? 0, E COMP = U CEP. Când sursele de alimentare sunt pornite, în circuit curg curenți în repaus și există un U CEC astfel încât tensiunea de iesire nu a fost egal cu zero, trebuie să introduceți U COMP = U CEP.
Dezavantaj: dependența curentului și tensiunii tranzistorului de temperatură.
Când temperatura crește cu 10° C, curentul I al OCB crește de 2 ori. De asemenea, atunci când temperatura se schimbă, curentul cauzat de principalii purtători se modifică: când temperatura se schimbă cu 20-30 ° C, I K crește cu zeci de procente, deoarece centrele de recombinare (defecte ale reţelei cristaline) sunt umplute, deci numărul lor şi probabilitatea recombinării scade şi? crește.
Odată cu creșterea temperaturii, când I BP = const, I CP crește, deoarece
I CP = ? Ch I BP, U CEP scade, deoarece U KEP = E K - I KP H R K, deci U OUT nu va fi constant. Pentru a elimina acest efect, se folosesc scheme de compensare care utilizează feedback.
Feedback-uri
Transferarea semnalului de ieșire la intrarea dispozitivului. Dacă se adună curenții, conexiunea este paralelă, dacă se adaugă tensiunile, conexiunea este în serie. Dacă semnele semnalelor adăugate sunt aceleași - feedback pozitiv (POF), dacă semnele sunt diferite - feedback negativ (NF). PIC este folosit pentru a accelera punctul de alimentare, de exemplu. pentru a crește performanța dispozitivului, dar este mai instabil. Utilizarea OOS mărește stabilitatea dispozitivului este introdusă prin includerea în circuitul emițătorului.
Să scriem ecuația conform celei de-a doua legi a lui Kirchhoff pentru circuitul de intrare:
U VX + E SM = U BE + I E CH R E
U BE = U VX + E SM - I E H R E? U VX + E CM - I K CH R E
Eu E? Eu K, pentru că ? = 0,99 h 0,9
Adică RE reduce OOS-ul din punct de vedere al curentului.
Avantaj: cu creșterea temperaturii și I BP = const => ? ? => ? I KP => ? I K H R E => ? U BE => ? I B => ? I K, deci I K și deci U KE rămân constante.
Dezavantaj: U OUT scade din cauza scăderii U BE, prin urmare câștigul K U scade,
I EP CH R E? 0,1 H E K – criteriu de alegere a R E. Acest RE asigură o stabilizare suficientă a temperaturii și o scădere ușoară a U OUT.
Parametrii de bază ai unei cascade cu un emițător comun
R IN, R OUT, K EX. .
Ipoteze: considerăm doar componentele variabile (increment) i, u. Rezistența internă a surselor emf constantă pentru curent alternativ va fi zero.
, ∆i? 0, ∆u = 0, deoarece E K în mod constant. Astfel, R K este conectat la pământ la capătul său superior, deoarece
R VN = 0, 
U VX = ∆I B H r B + ∆I E H R E
- rezistenţa dinamică de intrare a tranzistorului r B =h 11EKV.
∆I E = ∆I B + ∆I K = ∆I B + ? Ch ∆I B = ∆I B Ch (1+?)
U VX = ∆I B H
R VX? 1000 OM (care este relativ mic pentru un R VX ideal =?)
Cursul 8
2) K U ХХ – câștig în modul inactiv.
neglijează r B,
r B + (? + 1) CH R E? (a + 1) HRE; 
?K UXX
Când tensiunea este pornită, I N va fi adăugat la I K, astfel încât câștigul va scădea (K U RAB
3) Pentru ieșirea ROUT folosim teorema generatorului echivalent, EMF este scurtcircuitat, sarcina este înlocuită cu un ohmmetru.
U OUT = 0, deci I B = 0; I K și I E = 0; R OUT = R K? 1000 ohmi
Dezavantaje: în ceea ce privește rezistențele de intrare și ieșire, o cascadă cu emițător comun are parametri nesatisfăcători (?/0 în cazul ideal).
Metode pentru construirea unui amplificator DC (amplificator DC)
3 surse de alimentare sunt înlocuite cu una. R1 şi R2 creează o fem de deplasare; R 3 și R 4 – compensare EMF.
Dezavantaje: sursa semnalului de intrare și tensiunea de ieșire nu au un punct comun, adică. Este incomod să folosiți o astfel de schemă. Pentru a elimina acest dezavantaj, este necesar să utilizați o sursă de energie bipolară.
R1 şi R2 creează U COMP. Deoarece punctul 0 la U VX are? 1 = 0 și t –E K? 2 = - E K, atunci
1 > ? 2, adică o sursă EMF este introdusă implicit în circuit (în circuitul de intrare).
amplificator AC
C 1 și C 2 întrerup componenta DC în U IN și, respectiv, U OUT. C 1 filtru trece-înalt în același timp.
Cascadă cu colector comun (follower emitter)
Scop: utilizat ca etapă de potrivire între o etapă de amplificare cu un emițător comun și o sursă de tensiune de putere mică U VX, precum și cu o sarcină mare.
Dacă nu ar fi fost OK: R VHOE este relativ mic, iar R VHOE este relativ mare, prin urmare I H este mare => ? U IN (U IN? tensiune la rezistența de ieșire; U OUT R IN, R OUT? R G H I IN =>
Dezavantaje: cascada cu OK nu crește tensiunea, K UXX ? 1 (0.9h0.99) U OUT = U IN - U BE, U BE > 0? 0,5 h 0,7 V.
Schema se numește OK, pentru că punctul comun este împământat și E K este împământat, al doilea nume este urmatorul emițătorului și nu este inversor.
Fie ∆U VX să crească; Aceasta înseamnă că ∆I B, ∆I E, ∆I E R E crește.
Parametrii în cascadă cu OK
? 10 4 ohmi
2) 
, R Н = ?
U IN = ∆I B CH , U OUT = ∆I E CH R E = ∆I B CH (1 + ?) CH R E
Cursul 9
3) R OUT cascadă cu OK
deoarece e G = 0 => ∆I B = 0, => ∆I E = 0; ROUT = R E.
Sarcină:
K – închis – OK
K – deschis – OE
RK = 2000 OM
E CM = 0,4 V
~U VХ M = 1 V
Determinați 3 parametri principali pentru circuit cu OK și OE.
R IN, R OUT, K UXX pentru OE și OK, desenați oscilogramele U IN, U OUT1, U OUT2.
1. Cascada cu OE (K - deschis)
R VX = r B + (? + 1) R E = 100 + (100 + 1) 400 = 40,5 kOhm,
R VX = 40,4 kOhm la r B = 0
R OUT = R K = 2000 ohmi
E CM K UXX = 0,4 5 = 2 V
U VХМ K UXX = 1 5 = 5 V
2. Cascade cu OK
R IN = r B + (? + 1) (R E ||R N) = 100 + (100 + 1) 400 = 40,5 kOhm
ROUT = R E = 400 OM
Oscilograme U IN, U OUT1, U OUT2.
Deriva zero
Deriva zero este o trăsătură caracteristică a UPT. Deriva zero înseamnă o modificare a U OUT la o constantă U IN. Motive: instabilitatea sursei de alimentare, influența temperaturii, modificări ale parametrilor punctului de alimentare a dispozitivelor în timp (datorită îmbătrânirii).
1) Instabilitatea sursei de alimentare.
Să crească E K => ?E CM => ?I B => ?I K => ?U RK => U OUT va scădea, deoarece K U > 1, ceea ce înseamnă că modificarea în U OUT va fi mai mare decât modificarea în E K .
2) Schimbarea temperaturii.
Pe măsură ce temperatura crește, crește? => ?I K => ?U RK, iar U OUT scade.
U ALTĂ IEȘIRE MAX – maxim U OUT deriva zero.
Ar trebui să fie U IN >> U DR.IN. MAX ; în caz contrar, nu vom putea distinge deriva zero de semnalul util la ieșire. Un remediu eficient combaterea derivei zero - utilizarea etajelor de amplificare bazate pe punți echilibrate.
cascadă diferențială (DC)
4 braţe sunt formate din RK1, RK2, VT1, VT2. Prima diagonală este sursa E K, -E K. A doua diagonală este încărcările R K 1, RH. DC amplifică diferența de semnale de intrare. Are caracteristici bune cu condiția ca elementele sale să fie identice, adică RK1 = RK2, VT1 = VT2, care se realizează atunci când este executat pe un singur cip bazat pe un microcircuit.
Modul de odihnă
Porniți E K 1 și –E K2; U VX1 = U VX2 = 0, U BEP1 = U BEP2 > 0, U BE = - U EP.
U EP = [- E K1 + (I EP1 + I EP2) R E ] ? 0
acestea. U BE = E SM = - U EP, deci I BP1 = I BP2 debit;
U KEP1 = U KEP2 = E K 1 – I KP1 R K 1 – U EP = E K 1 – I KP2 R K2 - U EP
U OUT = U KEP2 – U KEP1 = 0
Lasă temperatura să crească, așadar? ? => ?I CP1 = I CP2 => ?I EP1 = I EP2 => ?U EP => ?U BEP1, U BEP2 => ?I BP1, I BP2 => ?I CP1, I CP2 => ? I EP1, I EP2, adică I EP1 + I EP2 = const, deoarece RE este mare, deci stabilizarea este bună. Dacă un curent continuu trece prin RE, prin urmare RE poate fi înlocuit cu o sursă de curent cu R VNUT = ?.
Cursul 10
∆U E – semnal de feedback care stabilizează suma I E1 + I E2 = const
Deriva zero
Fie E 1 să crească => ?U KE1 = U KE2, U OUT = U KE2 – U KE1 = 0
Orice schimbare simetrică a semnalelor din circuit nu duce la deriva zero.
Să aplicăm un al doilea semnal alternativ.
1) Între bazele tranzistoarelor.
Lăsa 
va fi pozitiv, ceea ce înseamnă
∆U BE1 > 0 => ∆I B1 > 0 => ∆I K1 > 0 => ∆I E1 > 0 => ∆U KE1 
va fi negativ, ceea ce înseamnă
∆U BE2 = 0 => ∆I B2 ∆I K2 = 0 => ∆I E2 ∆U KE2 > 0.
U OUT = ∆U CE2 - ∆U CE1 = 2 ∆U CE
Dacă U ВХ1 = -U ВХ2, deci ∆I E1 = -∆I E2
deoarece primul curent crește, iar al doilea scade, ceea ce înseamnă I E1 + I E2 = const
Aceasta înseamnă ∆U E = 0, prin urmare:
A) Feedback-ul nu afectează câștigul etapei diferențiale.
B) Într-o cascadă diferențială este depășită contradicția dintre necesitatea de a stabiliza modul datorită feedback-ului și influența RE asupra câștigului în cascadă.
2) Acum aplicăm semnalul de intrare la baza primului tranzistor, în timp ce scurtcircuităm a doua intrare. U ВХ1 = e > 0; U ВХ2 = 0.
Aceasta înseamnă ∆U BE1 > 0 => ∆I B1 > 0 => ∆I K1 > 0 => ∆I E1 > 0 => ∆U KE1
Cu o creştere a I B1, => ?I E1, deoarece I E1 + I E2 = const; I E2 scade si
∆I E2 = -∆I E1.
, ∆I B2 = -∆I B1, ∆I K 2 = -∆I K 1, ∆U KE2 = -∆U KE1,
U OUT = ∆U KE2 - ∆U KE1 > 0
Concluzie: intrarea 1 este neinversoare, deoarece ∆U IN >0 și ∆U OUT >0 Aceasta înseamnă că din transformări similare, intrarea 2 este inversoare. Când un semnal de intrare este aplicat unui tranzistor, curenții și tensiunile din ambele tranzistoare se vor schimba.
Cascada diferențială amplifică diferența de tensiuni de intrare când U IN1 = U IN2, deci U OUT = (U IN1 – U IN2) K U = 0 Amplificatorul funcționează în modul comun. Datorită unor disemănări ale parametrilor: U OUT = k C U IN, unde k C este raportul de transmisie a semnalului în modul comun. Cu cât k C este mai mic, cu atât amplificator de calitate mai buna.
Dezavantaje: lipsa unui punct comun între semnalele de intrare și de ieșire. Pentru a elimina acest lucru, se adoptă un circuit în cascadă diferenţială asimetrică (DC).
Punctul comun este pământul.
Principalii parametri ai centrului de recreere
U OUT = 2 H ∆U CE, deoarece I E1 + I E2 = const, ceea ce înseamnă sursa de curent R E =?
, prin urmare 
;
1)
2) Impedanța de intrare în cascadă
; R BX = 2 H r B,
AGENȚIA FEDERALĂ DE EDUCAȚIE A RF
FGOU SPO PROKOPYEVSKY
TEHNICA INDUSTRIALA SI ECONOMICA
NOTE DE CURS
PRIN DISCIPLINĂ
"ECHIPAMENT ELECTRONIC"
SPECIALITATI
„AUTOMATIZAREA PROCESELOR ȘI A PRODUCȚIEI TEHNOLOGICE”
Alcătuit de: Vasiliev D.Yu.
PROKOPIEVSK 2011
Curs 2. Materiale semiconductoare. Procese fizice. Activați p-n tranziție. Parametrii de bază ai diodelor. 9
Prelegere 3 moduri lucrare p-n tranziție. Parametrii de bază ai diodelor. 12
Cursul 4 Tipuri de diode: diode zener, stabilizator, dioda Schottky, varicap, dioda tunel, dioda inversa. 15
Cursul 5 Sistemul de clasificare și notare 17
Curs 6 Tranzistori bipolari. Notaţie. 20
Cursul 7 Opțiuni pentru pornirea tranzistoarelor bipolare. Principalele caracteristici. 22
Cursul 8 Tranzistori cu efect de câmp. Dispozitiv, tipuri, denumiri. 24
Cursul 9 Tranzistor cu efect de câmp Cu manager p-n tranziție, moduri de funcționare, caracteristici curent-tensiune. 29
Curs 10 Tipuri de tranzistoare MOS. Scheme de comutare. Aplicație. 32
Cursul 11 Tiristori. Tipuri. Dispozitiv. 40
Cursul 12 Caracteristicile tiristoarelor 45
Cursul 13 Dispozitive optoelectronice. Caracteristici generale. Dioda emitatoare. 47
Curs 14 Fotorezistor, fotodioda. 49
Cursul 15 Dispozitive de afișare a informațiilor: PPI, VLI, GRI 50
Cursul 16 Indicatori cu cristale lichide. Principiul de funcționare. 51
Curs 17 Test. Tipuri LCD. 52
semestrul 4. 54
Cursul 18 Proiectarea redresorului 54
Cursul 19 Relații de bază de proiectare. Modalități de reducere a factorului de ondulare 55
Cursul 20 Invertoare 56
Cursul 21 Filtre capacitive de netezire pentru redresoare 57
Cursul 22 Filtre de netezire inductivă pentru redresoare 58
Cursul 23 Stabilizatori parametrici de tensiune și curent. Compensarea și stabilizatoare de puls tensiune și curent 59
Cursul 24 Tipuri de semnale și caracteristicile lor 60
Curs 25 Dispozitive amplificatoare. Clasificarea amplificatoarelor. 61
Cursul 26 Caracteristicile de bază ale amplificatoarelor (Amplitudine, răspuns în frecvență, răspuns la fază, tranziție) 62
Cursul 27 Feedback în amplificatoare. Clasificare părere. 63
Cursul 28 Amplificatoare tranzistoare bipolare. Amplificatoare de putere 64
Curs 29 Amplificatoare operaționale. 65
Prelegere 30 de filtre. 66
Cursul 31 Generatoare. Tipuri de generatoare. 67
Curs 32 Generatoare de impulsuri. Multivibrator. Un singur vibrator. Generator de blocare. 68
Curs 33 Test. Circuite integrate. 69
Cursul 34 Implementarea programului de bază funcții logice 70
Cursul 35 Clasificarea și parametrii principali ai circuitelor integrate digitale 71
Lecție de probă. 72
Cursul 1 Lecția introductivă. Mărimi fizice.
Scop educativ:
Asimilarea de către elevi a cunoștințelor pe tema lecției.
Scop de dezvoltare:
Dezvoltarea gândirii analitice, de sinteză și abstractă, abilități de aplicare a cunoștințelor în practică.
Dezvoltarea abilităților academice, inițiativă, încredere în sine.
Dezvoltarea abilităților de a acționa independent.
Scopul este educativ
Străduiește-te să cultivi un sentiment de ordine.
Contribuiți la insuflarea unui sentiment de mândrie în profesia aleasă.
Abilitatea de a gestiona emoțiile și de a trata reciproc cu grijă.
Tip de lecție: Lecție despre învățarea de material nou și consolidarea inițială
Timp de organizare:
Verificarea stării audienței, a aspectului studenților,
disponibilitate insigne, rechizite educaționale: pixuri, caiete.
Prezența elevilor la clasă.
Sondaj sau testare.
Emisiune de material nou:
Caracteristică disciplina academicași legătura sa cu alte discipline ale curriculumului, rolul său în dezvoltarea științei, ingineriei și tehnologiei.
Obiectivele cursului studiat și locul acestuia în sistemul general de formare a specialiștilor de nivel mediu;
rolul disciplinei în dezvoltarea științei, tehnologiei și ingineriei
Scurtă prezentare generală și direcții principale de dezvoltare și aplicare a electronicii industriale.
Fiabilitatea dispozitivelor electronice.
Căi și implicații ale microminiaturizării dispozitivelor și dispozitivelor electronice.
Conceptul de compatibilitate electromagnetică a dispozitivelor electronice
Consolidare.
Teme pentru acasă.
Rezumatul lecției (Reflecție). Verificarea progresului lucrării. Notare.
Ce este electronica? - Aceasta este transmisia, recepția, procesarea și stocarea informațiilor folosind sarcini electrice. Aceasta este știință, tehnologie, industrie.
Cât despre informații, întotdeauna când a existat umanitate, toate acestea au fost acolo. Gândirea umană Vorbitor, pachete de amintiri, incendii de semnal, telegraf cu semafor etc. - este recepția, transmiterea, prelucrarea și stocarea informațiilor. Și asta a fost nu mai puțin de 5000 de ani. Dar abia recent, la sfârșitul secolului al XVIII-lea, s-au inventat telefonul și telegraful - dispozitive pentru transmiterea și recepția de informații cu ajutorul semnalelor electrice. Acesta este începutul electronicii, așa cum se numește acum.
Apoi electronica se dezvoltă destul de repede. În 1895, Popov a inventat și construit un model de radio funcțional - dispozitiv electronic pentru transmiterea de informații fără fir - detector de fulgere. Hertz a efectuat experimente privind propagarea undelor radio, Marconi a dezvoltat și aplicat aceste experimente pentru a construi un radio cu alegerea unei stații radio transmisoare în funcție de lungimea de undă a radiației.
Dar la început nu exista un element bun de amplificare pentru dispozitivele electrice. Prin urmare, dezvoltarea reală a electronicii a început în 1904, când a fost inventat tubul radio - dioda, iar în 1907 - trioda. Ele arată ca în fig. În stânga este un tub radio - o diodă, care constă dintr-un cilindru etanș, iar în interiorul cilindrului există un vid și mai multe structuri metalice cu electrozi scoși. Unul dintre ele este un filament; prin el trece un curent electric, care îl încălzește la o temperatură de 700-2300 o C. Acest filament încălzește catodul, căruia i se aplică o tensiune negativă, iar catodul emite electroni. Anodului i se aplică o tensiune pozitivă, diferența de potențial este destul de mare (100-300 V) și, prin urmare, electronii emiși de catod vor zbura către anod și, prin urmare, curentul va curge în lampă. Când semnul tensiunii se schimbă, electronii nu vor zbura din anodul rece și nu va exista curent. Prin urmare, dioda poate acționa ca un redresor de tensiune alternativă.
În dreapta fig. este prezentat un tub radio - o triodă. Are totul la fel ca o diodă, dar există un electrod suplimentar - o grilă de control. De obicei, un potențial negativ este aplicat rețelei și respinge electronii emiși de catod. Prin urmare, cu cât potențialul rețelei este mai negativ, cu atât vor curge mai puțini electroni de la catod la anod. Astfel, potențialul rețelei servește la controlul curentului din tubul radio. De obicei, grila din lampă este situată mult mai aproape de catod decât de anod, astfel încât potențialele scăzute ale rețelei pot controla curenții mari ale lămpii. Dacă tensiunea este aplicată anodului printr-o rezistență mare, atunci potențialele de pe anod se vor schimba mai mult decât pe rețea. Acesta este un amplificator electronic bun de tensiune.
Tuburile radio au parcurs un drum foarte lung în dezvoltare. Au apărut tetrode și pentode mai avansate - lămpi cu patru și cinci electrozi cu factori de câștig mari. Au început să facă tuburi radio mai complexe: cu mai mult de cinci electrozi. Dintre acestea, cele mai utilizate sunt tuburile radio duale: diode duale, triode, diode-triode etc. Au apărut lămpi pline cu gaz - gastrons. Conțin gaz, deși este sub presiune ușoară. De obicei este ionizat, apar ioni - atomi fără electron, adică. având o sarcină pozitivă.
Fluxul de curent în astfel de lămpi este mai complex: poate fi fie electronic, fie ionic. Dimensiunile tuburilor radio erau foarte diferite: de la lămpi în miniatură până la cele uriașe la fel de înalte ca o persoană.
Invenția triodei a deschis mari oportunități pentru dezvoltarea electronicii. Până în al Doilea Război Mondial, numărul mondial de tuburi radio produse a crescut la multe milioane de unități pe an. Au fost inventate și create multe dispozitive de primire și transmitere a informațiilor. Telefon și telegraf, receptoare radio și transmițătoare radio. În loc de gramofoane, au apărut aparatele de discuri și au apărut casetofonele. Televizoarele au început să fie dezvoltate.
Dar toate acestea sunt doar o parte a sarcinilor electronice - primirea, transmiterea și stocarea informațiilor. Unde este procesarea informațiilor, cea mai importantă, complexă și interesantă parte a acesteia? Evident, se poate face doar dispozitiv de calcul.
Până la începutul celui de-al Doilea Război Mondial, au apărut deja aparatele electronice de adăugare - procesoare digitale de informații. Dar dezvoltarea reală a acestui domeniu al electronicii a început odată cu apariția electronicii calculatoare(CALCULATOR). A început în 1948 - primul computer care folosește tuburi radio a fost realizat în SUA - ENIAC. Iată câțiva dintre parametrii săi:
După cum se poate vedea din acest tabel, aceasta este o structură grandioasă. Și i-a avut pe toți trasaturi caracteristice calculator modern: memorie care conținea date și un program de prelucrare a acestora, un dispozitiv aritmetic-logic, comunicare cu dispozitive externe. Dar, desigur, a avut și multe neajunsuri. În comparație cu stadiul tehnicii, acest computer este mai puțin complex decât un simplu calculator, mai ales dacă poate fi programat. Dar în ceea ce privește greutatea (30 de tone față de 50 g), în ceea ce privește spațiul ocupat și în ceea ce privește disiparea puterii, calculatoarele moderne îi sunt semnificativ superioare. Este deosebit de important ca viteza lor să nu fie mai mică de 1 MHz, adică. de o sută de ori mai mult decât primul computer.
Dar mult mai semnificativă este durata de viață a primului computer. A fost determinată în principal de durata de viață a tubului radio. Și este determinat de rata de eșec
= 10 -5 h -1
Acestea. Din 100.000 de tuburi radio, unul se va eșua în decurs de 1 oră. Sau, cu alte cuvinte, durata de viață a unui tub radio este egală cu
T = 1/ = 10 5 h
Dar când, în loc de 5-20 de tuburi radio, trebuie să funcționeze simultan 18.000 de tuburi radio, situația se schimbă dramatic. Toate tuburile radio durează 12 ani, dar eșuează oricând aleatoriu. Și defecțiunea chiar și a unui singur tub radio duce la defecțiunea întregului dispozitiv. În acest caz, pentru întregul dispozitiv puteți scrie:
total = N * = 18.000 * 10 -5 = 0,18 h -1
Și durata de viață a întregului dispozitiv este
T total = 5 ore
Acestea. Durata de viață a ENIAC este de doar 5 ore! În medie, la fiecare 5 ore un tub radio s-a defectat. Găsirea unuia care nu funcționează din 18.000 de tuburi radio nu este atât de ușor. Și după ce este găsit, este necesar să îl înlocuiți și să testați computerul pentru funcționare. Toate acestea au durat încă vreo 5 ore.
Dar trebuie să facem computere mai complexe. Dacă o complicăm astfel încât să conțină de 10 ori mai multe tuburi radio, durata de viață va scădea de 10 ori, adică. va fi egal cu 0,5 ore Iar reparațiile vor dura și mai mult. Acesta este un dezastru al cifrelor.
Toată dezvoltarea ulterioară a electronicii este asociată cu lupta împotriva catastrofei cantităților. Pentru a face acest lucru, a fost necesar să se reducă rata de eșec a tubului radio. Dar un tub radio este un dispozitiv complex. În primul rând, există un vid profund în interiorul acestuia, dacă acesta se pierde, curentul anodic al tubului radio va scădea din cauza ciocnirilor electronilor cu atomii de aer și cu ionii rezultați din aceste ciocniri. Grila lămpii este o spirală de sârmă care este înfășurată în jurul catodului. Este slab și nu poate rezista la suprasarcini sau vibrații. Filamentul este încălzit la o temperatură ridicată, așa că emite nu numai electroni, ci și destul de mulți atomi, de exemplu. Firul se evaporă tot timpul. Nu a fost posibil să se elimine toate aceste deficiențe și să se mărească durata de viață.
Și apoi, în 1948, a fost inventat tranzistorul. Arăta ca în fig.
Este mult mai bun decât un tub radio: mai mic, mai ușor, fără filament. Dimensiunile sale nu depășesc un milimetru. Aceasta este o singură bucată de semiconductor, un cristal foarte durabil, nu mai scăzut ca rezistență decât oțelul sau fonta. Prin urmare, tranzistorul are o rată de eșec mai mică, aproximativ = 10 -7 h -1.
Tranzistoarele au cucerit foarte repede piața. Deja în 1949, primul computer cu tranzistori, similar cu ENIAC, a fost realizat în SUA - adică. la un an de la inventarea tranzistorului. Pentru a ilustra acest lucru, iată un citat din revistă:
„Știință și viață”, 1986, nr. 2, p. 90:
„... dacă numărăm de la primele mașini, atunci astăzi volumul memoriei interne a computerului a crescut de sute de ori, iar viteza a crescut de sute de mii de ori, consumul de energie a scăzut de mii de ori, iar costul a scăzut Experții estimează că, dacă progresul ar fi progresat într-un asemenea ritm, industria auto, atunci o mașină din clasa Volga s-ar mișca aproape cu viteza luminii, ar consuma câteva grame de benzină la o sută de kilometri și ar costa câteva ruble.
Dar asta a fost acum 15 ani!
Să aruncăm o privire mai atentă la cum a fost inventat tranzistorul? Rezultă că a fost inventat studiind influența a două joncțiuni pn (diode semiconductoare) una asupra celeilalte, situate la o distanță foarte mică. (Acest lucru este prezentat în figură.)
Două ace metalice foarte ascuțite au fost plasate pe suprafața de germaniu (semiconductor) la mică distanță
unul de altul și apoi cauterizat (un curent puternic a fost trecut prin
Un timp scurt). În acest caz, semiconductorul a fost încălzit, metalul dizolvat parțial în semiconductor și, de asemenea, difuzat în el. Metalul a fost selectat în așa fel încât atomii săi au creat un semiconductor electronic ( P-tip). Astfel, s-au obţinut două tranziţii pn. Și din moment ce erau foarte apropiați, au interacționat și s-a obținut un tranzistor.
Primii tranzistori au fost fabricați astfel, iar această tehnologie a fost numită tehnologie punct. Neajunsurile sale sunt evidente. Cert este că, conform teoriei tranzistoarelor, distanța dintre joncțiunile p-n ar trebui să fie mult mai mică decât lungimea difuziei (vom spune despre ce este aceasta în prelegerile următoare), dar este foarte mică, variind de la câteva până la zeci. de micrometri (de obicei se spune microni) . Este imposibil să plasezi două ace atât de aproape - un micron este mult mai mic decât grosimea unui păr uman (aproximativ 50 de microni).
Se poate presupune că distanța dintre ace este comparabilă cu grosimea unui păr uman și este aproximativ egală cu 0,1 mm sau 100 microni. Apoi, trebuie să treceți o scânteie de descărcare electrică prin ace, astfel încât să aibă loc topirea, dizolvarea și difuzia metalului. Procesul este dificil de reprodus. Prin urmare, mulți tranzistori fabricați folosind această tehnologie s-au dovedit a fi defecte: fie joncțiunile pn s-au îmbinat, fie distanța dintre ele a fost prea mare. Și câștigul tranzistorului în sine a fost, în general, o variabilă aleatorie.
A fost necesară îmbunătățirea tehnologiei de fabricație a tranzistorilor. Primul pas în această direcție a fost
obținut atunci când tehnologia punctului a fost înlocuită cu tehnologia aliajelor (vezi figura). Aici este prezentat designul de bază utilizat în această metodă: două plăci de grafit cu gropi mici de aluminiu înconjoară ambele părți ale unei plăci de germaniu conducătoare de electroni (de tip n). Acest design este plasat într-un cuptor cu temperatură ridicată (600-800 o C). Aluminiul se topește și se difuzează în germaniu. Când difuzia a atins o adâncime suficient de mare, procesul este oprit. Aluminiul este un acceptor, de ex. acolo unde a avut loc difuzia, germaniul a devenit un semiconductor cu conductivitate electrică în găuri (tip p). Arata cam asa:
Acum trebuie doar să tăiați placa rezultată în bucăți care conțin trei tipuri diferite conductivitate electrică (tranzistoare), puneți-o în carcasă și lipiți cristalul pe picioare - tranzistorul este gata.
Tranzistoarele din aliaj sunt mult mai bune decât tranzistoarele punctiforme: mai mult proces controlat difuzie, pur și simplu menține o temperatură constantă în cuptor și reglează timpul de difuzie. Tehnologia punctului a fost înlocuită cu tehnologia aliajelor.
Cu toate acestea, tehnologia aliajelor are anumite dezavantaje, principalele fiind că difuzia se realizează din diferite părți. Grosimea plăcii nu poate fi mai mică de 0,5...1 mm, deoarece altfel va deveni flexibilă, se va ondula, iar placa nu poate fi considerată plată. Aceasta înseamnă că grosimea la care trebuie efectuată difuzia este de cel puțin 250 de microni, grosimea bazei este de 1...5 microni și trebuie făcută cu precizie (cu o precizie nu mai mică de 1 micron). Ca urmare, este necesar să se facă difuzie la o adâncime de 250 de microni cu o precizie de nu mai puțin de 1 micron. Acest lucru este greu de realizat.
Treptat, în timpul dezvoltării tehnologiei de fabricare a tranzistorilor, am ajuns la tehnologia de difuzie, care se bazează pe fotolitografie.
Să descriem pe scurt fotolitografia. Sarcina sa este de a crea o mască pentru difuzie pe suprafața siliciului (este cea mai potrivită pentru fotolitografie), care va fi apoi produsă local. Aceasta masca trebuie sa reziste la temperaturi foarte ridicate (1200...1300 0 C). În acest scop este potrivit oxidului de siliciu, care se obține foarte simplu prin oxidarea siliciului în sine la temperaturi mariîn vapori de apă și oxigen. Grosimea sa este de ordinul a 1 micron, dar acest lucru este suficient pentru a preveni difuzarea atomilor de impurități în semiconductor. Dar în locurile potrivite, în dioxidul de siliciu se fac găuri (ferestre), care vor determina unde va avea loc difuzia locală.
Pentru fabricarea ferestrelor, se utilizează de obicei fotorezist - este practic o fotoemulsie, care are proprietăți speciale:
1. Trebuie să reziste la gravarea cu acid fluorhidric (emulsia fotografică obișnuită nu poate rezista), ceea ce este necesar la gravarea ferestrelor în dioxid de siliciu.
2. Are rezoluție înaltă (mai mult de 1000 de linii pe mm, sau mai puțin de 1 micron).
3. Are o vâscozitate scăzută, astfel încât să se poată răspândi într-un strat de 1 micron grosime (altfel Rezoluție înaltă nu primesc).
4. Este sensibil la iradierea luminii în regiunea ultravioletă (lungimea de undă a luminii este de 0,3 microni).
Doar o substanță specială poate avea atât de multe proprietăți speciale. Acesta este plastic care este distrus sub influența luminii sau, dimpotrivă, format sub influența luminii. Au fost găsite multe astfel de substanțe. Acestea sunt fotorezistente.
Deci, în procesul de fotolitografie, putem crea un strat subțire de dioxid de siliciu (pe siliciu, un semiconductor), apoi aplicăm un strat foarte subțire de fotorezist, apoi printr-o fotomască (o placă fotografică specială pe care sunt multe pre- locuri întunecate și luminoase calculate și fabricate) iluminați-l cu lumină ultravioletă, apoi dezvoltați, adică îndepărtați zonele iluminate (sau invers, neluminate), apoi puteți elimina dioxidul de siliciu prin ferestre din fotorezist (gravare în acid fluorhidric) și îndepărtați fotorezistul în sine, deoarece reziduurile sale pot interfera cu procesul de difuzie la temperatură înaltă.
Acum puteți difuza dintr-o parte:
Aceasta înseamnă că este mai ușor să facem un strat de bază subțire controlat cu precizie: facem difuzie la o adâncime de aproximativ 5...6 µm, apoi o a doua difuzie la 3..4 µm. Baza va avea aproximativ 2 microni. Adâncimea de difuzie și grosimea bazei sunt proporționale, ceea ce înseamnă că pot fi realizate cu precizie (iar grosimea totală a plăcii poate fi orice, de exemplu 1 mm). Wafer-ul (cum este numit în mod obișnuit „cip” în electronică) poate fi tăiat în tranzistori individuali, fiecare tranzistor poate fi testat și tranzistorii buni pot fi plasați într-o carcasă.
Energie -cantitate fizica, care este o singură măsură a diferitelor forme de mișcare a materiei și o măsură a tranziției mișcării materiei de la o formă la alta.
Electron(din greaca veche - chihlimbar) - o particulă elementară stabilă, încărcată negativ, una dintre principalele unități structurale ale materiei.
Electricitate - mișcarea ordonată a particulelor încărcate electric liber, de exemplu, sub influența unui câmp electric.
Curentul poate fi alternativ sau constant
Curent alternativ, AC (îng. curent alternativ - curent alternativ) este un curent electric care se schimbă periodic în mărime și direcție.
Constant actual, DC (în engleză curent continuu - curent continuu) - curent electric, ale cărui parametri, proprietăți și direcție nu se modifică (în diverse sensuri) în timp, adică a cărui magnitudine este constantă în timp.
Tensiunea este diferența de potențial dintre două puncte.
Rezistență electrică- o mărime fizică scalară care caracterizează proprietățile unui conductor de a împiedica trecerea curentului electric.
Energie electrică- o mărime fizică care caracterizează viteza de transmitere sau conversie a energiei electrice.
Inductanța (sau coeficientul de autoinducție) este coeficientul de proporționalitate dintre curentul electric care circulă în orice circuit închis și fluxul magnetic creat de acest curent prin suprafața căreia acest circuit este marginea.
F - flux magnetic, eu- curent în circuit, L- inductanță.
Capacitate electrică - caracteristică a unui conductor, care arată capacitatea unui conductor de a acumula o sarcină electrică.
Condensator(din Lat. condensare - „compact”, „gros”) - o rețea cu două terminale cu o anumită valoare capacitate și conductivitate ohmică scăzută; un dispozitiv pentru acumularea sarcinii și energiei unui câmp electric.
Dioda(din greaca veche δις - doi și -od înseamnă cale) - un dispozitiv electronic cu doi electrozi, are o conductivitate diferită în funcție de direcția curentului electric. Electrodul diodă conectat la polul pozitiv al sursei de curent atunci când dioda este deschisă (adică are rezistență scăzută) se numește anod, conectat la polul negativ - catod.
tranzistor(ing. tranzistor) - o componentă radio-electronică din material semiconductor, de obicei cu trei terminale, permițând semnalelor de intrare să controleze curentul într-un circuit electric. Folosit de obicei pentru a amplifica, genera și converti semnale electrice. Pe scheme de circuite notat cu „VT” sau „Q”.
