Тема 1 Напівпровідникові елементи

Український державний університет залізничного транспорту

Кафедра спеціалізованих комп’ютерних систем

ЕЛЕКТРОНІКА ТА МІКРОСХЕМОТЕХНІКА

Частина 1 «Аналогова електроніка»

Електронна версія лекцій

Харків 2015

ЗМІСТ

Вступ

Тема 1 Напівпровідникові елементи

1.1 Електропровідність напівпровідників(властивості напівпровідників и можливість їх технічного використання

1.2 Елементи електронних схем

 

Тема 2 Біполярні і польові транзистори та їх схеми, тиристори

2.1 Біполярні транзистори. Пристрій и фізичні процеси в біполярному транзисторі

2.2 Польові транзистори

2.3 Тиристори

Тема 3 Випрямлячі та стабілізатори

3.1 Випрямлячі. Класифікація, параметри, схеми

3.2 Стабілізатори. Класифікація, параметри, схеми

Тема 4 Аналогові підсилювачі

4.1. Параметри, характеристики, показники і класифікація аналогових підсилювачів

4.2 Підсилювачі змінного струму

4.3 Підсилювачі постійного струму

Тема 5. Операційні підсилювачі

5.1 Класифікація і характеристики операційних підсилювачів

5.2 Види операційних підсилювачів

Тема 6 Аналогові ключі

6.1 Ключові схеми на транзисторах

6.2 Ключові перемножителі

Список літератури

 

 

Вступ

 

 

Електроніка - це галузь науки і техніки, яка займається вивченням фізичних основ функціонування, дослідженням, розробкою і застосуванням приладів, принцип дії яких грунтований на протіканні електричного струму у вакуумі, газі, в твердому тілі. Такими приладами є: електронні прилади (струм у вакуумі), іонні прилади (струм в газі), напівпровідникові прилади. Нині найбільш поширені напівпровідникові прилади.

Частина електроніки, яка займається питаннями застосування різних приладів, називається промисловою електронікою. Вона розділяється на два напрями:

1 Інформаційна електроніка - займається питаннями управління різними процесами. До облаштувань інформаційної електроніки відносяться: аналогові підсилювачі і перетворювачі сигналів, генератори сигналів, оптоелектронні пристрої, логічні елементи, цифрові пристрої, мікропроцесорні системи. Вони призначені для виміру, обробки, передачі, зберігання і відображення інформації.

2 Енергетична (силова) електроніка - займається перетворенням параметрів електроенергії. До облаштувань енергетичної електроніки відносяться: випрямлячі, інвертори, перетворювачі частоти, регулятори напруги.

Електроніка є універсальним і виключно ефективним засобом при рішенні найрізноманітніших проблем в області збору і перетворення інформації, автоматичного і автоматизованого управління, вироблення і перетворення енергії.

 

Тема 1 Напівпровідникові елементи

 

План вивчення теми:

1.1 Електропровідність напівпровідників (властивості напівпровідників і можливості їх технічного використання)

1.2 Елементів електронних схем

 

 

1.1 Електропровідність напівпровідників ( властивості напівпровідників і можливості їх технічного використання)

 

До напівпровідників відносяться тверді тіла (матеріали) які при кімнатній температурі мають питомий опір r =10^-3... 10¹⁰ Ом× см (з питомою електропровідністю від 10³ до 10 ^-10 1\Ом см), які залежать від температури. На відміну від провідників в п\п вільні носії струму з'являються тільки за умови повідомлення кристала енергії ззовні. Чистий напівпровідник має дуже маленьку власну провідність, яка виникає в результаті порушення валентних зв'язків, за рахунок теплової енергії.

Дія напівпровідникових приладів грунтована на явищах електропровідності в твердих тілах. Згідно квантової теорії будови речовини електрон в атомі може мати тільки цілком певні (дискретні) значення енергії і орбітальної швидкості, тобто електрон може рухатися навколо ядра тільки по певних орбітах, кожною з яких відповідає строго певна енергія (енергетичний рівень). Сукупність енергетичних рівнів утворює енергетичний спектр електрона в атомі.

Розглянемо зонну діаграму напівпровідників. Усі істотні процеси в напівпровідникових приладах можна вивчити, розглядаючи тільки дві верхні дозволені енергетичні зони, оскільки саме вони обумовлюють провідність коли можливий перехід електрона на сусідній, більш високий енергетичний рівень, а це означає, що в провідності можуть брати участь тільки електрони тих зон, в яких є вільні рівні енергії. Такі вільні рівні завжди є в самій верхній дозволеній зоні. Тому верхню дозволену зону твердого тіла називають зоною провідності, дивись рисунок 1.1.

Передостання дозволена зона називається валентною. При температурі абсолютного нуля (К) вона виявляється повністю заповненою, і, отже, електрони цієї зони не можуть брати участь в провідності. Між цими дозволеними зонами розташована заборонена зона.

 

 

Рисунок 1.1 - Зонна діаграма напівпровідника

 

Взаємне положення двох верхніх дозволених зон (провідності і валентній) твердого тіла при До лежить в основі класифікації металів, напівпровідників і діелектриків. У металів зона провідності і валентна зона перекриваються, тобто заборонена зона між ними відсутня, тому навіть при нульовій температурі в зоні провідності знаходиться значна кількість електронів, що і пояснює наявність електропровідності у металів при температурі абсолютного нуля. У напівпровідників і діелектриків при нульовій температурі верхня дозволена зона порожня і провідність відсутня. Відмінність між напівпровідниками і діелектриками в основному кількісне і полягає в значно більшій ширині забороненої зони у діелектриків.

У напівпровіднику при температурі, відмінній від абсолютного нуля, деякі електрони з верхньої частини валентної зони можуть перейти в зону провідності, здолавши заборонену зону. В результаті, як зона провідності, так оскільки у верхній дозволеній зоні тепер є вільні електрони, а у валентній зоні - незаповнені енергетичні рівні, інакше що називаються дірками. Процес утворення вільного електрона і дірки називається генерацією пар електрон-дірка. Середній час, впродовж якого електрон знаходиться у збудженому стані, називається часом життя електрона.