Електроніка та мікропроцесорна техніка

а -- коливальний контур; б -- розряджання конденсатора; в -- графік затухаючих коливань.

Проте напруженість магнітного поля стає максимальною.

Тепер вже струм (після точки 1 на графіку) поступово зменшується. Як тільки струм почне зменшуватись, магнітні силові лінії перетинають витки котушки й наводять е. р. с. самоіндукції протилежного напрямку, причому е. р. с. вже перешкоджає не зростанню, а зменшенню струму. Під дією енергії магнітного поля струм продовжує проходити в тому самому напрямку і зменшуватись, конденсатор перезаряджається, напруга на ньому, напрямлена проти е. р. с. котушки, підвищується. У деякий момент (точка 2 на рис. 1-28, в) струм у контурі дорівнюватиме нулю, а напруга на конденсаторі досягне максимального значення. Отже, розглядуваний контур прийде в початковий стан, і далі процес розвиватиметься, як вже було описано (тільки напрямок струму тепер буде протилежний) і т. д.

Таким чином, у розглядуваному контурі утворюються гармонічні електромагнітні коливання.

Важливо зазначити, що цей процес не є скінченним, оскільки частина енергії все-таки втрачається. Коливання поступово, як кажуть, затухають, про що свідчить і характер кривої на рис. 1-28, в. Енергія втрачається в активному опорі проводів, розсіюється магнітним полем котушки, витрачається в діелектрику конденсатора. Зрештою після ряду коливань процес припиняється. Подібні коливання називають ще вільними, через те що контур не зазнає ззовні ніяких дій (крім первинного заряду конденсатора).

Коли розглядати процеси в коливальному контурі з енергетичного погляду, то маємо справу з обміном енергією між конденсатором і котушкою. Енергія електричного поля конденсатора, яку можна вважати потенціальною (оскільки вона зумовлена нерухомими електричними зарядами), переходить в енергію магнітного поля котушки -- кінетичну (через те що вона пов'язана з зарядами, що рухаються), і навпаки. В результаті кожного такого обміну частина енергії втрачається безповоротно, і процес зрештою припиняється.

Час, протягом якого здійснюється повний цикл обміну енергією (точка 3 на рис 1-28, в), називається періодом коливань. Якщо нехтувати активним опором r, то період коливання можна визначити за формулою

Число коливань за секунду називають частотою і знаходять за формулою

У радіотехнічних розрахунках зручніше користуватися круговою частотою, яка визначається як

Вимушені коливання в коливальному контурі

Коли коливальний контур піддати зовнішнім діям, наприклад, як це часто робиться на практиці, підімкнути до нього джерело змінної е. р. с. -- генератор, то коливання її такому контурі вже не будуть вільними. Генератор як би нав'язує контуру спою частоту електричних коливань, і тому такі коливання називають вимушеними.

На рис. І-29,а зображено так званий послідовний коливальний контур, елементи якого з'єднані між собою послідовно.

Рис. 1-29. Послідовний коливальний контур (а) і графік залежності реактивних опорів від частоти (б).

Частоту генератора або значення L і С, можна зробити однаковими індуктивний і ємнісний опори. Тоді загальний опір контура виявиться найменшим z = r, а струм у контурі, природно, досягне максимального значення. Напруги на котушці і на конденсаторі дорівнюють одна одній, напрямлені протилежно і, отже, компенсують одна одну. Отже, струм визначається тільки активним опором і внутрішнім опором генератора. Цей режим дістав назву резонансу напруг.

Опір котушки і конденсатора при резонансі напруг називають хвильовим, тобто

У послідовному контурі струм через індуктивність і ємність загальний, напруга. на індуктивності випереджає його по фазі па 90°, а на ємності відстає так само на 90° (таким чином, зсув між ними 180°). Ця напруга в режимі резонансу визначається за формулою

Відношення с/r називають добротністю (якістю) контура і позначають буквою Q. Тоді можна записати, що при резонансі

Отже, резонанс напруги настає тоді, коли частота вимушених коливань (частота генератора) стає однаковою з частотою вільних коливань контура. Тому частоту вільних коливань контура називають резонансною частотою. Кожний коливальний контур має свою резонансну частоту, яка залежить від його параметрів L і С.

У паралельному коливальному контурі (рис. 1-30) так само утворюються вимушені електричні коливання, але реактивний опір контура змінюється інакше, ніж у розглянутому раніше випадку. На низьких частотах індуктивний опір менший від ємнісного і більша частина струму проходить по індуктивній гілці. Загальний реактивний опір контура в цьому випадку має індуктивний характер. При дуже високих частотах ємнісний опір менше від індуктивного, основна частина струму проходить через ємність, загальний реактивний опір контура носить ємнісний характер.

Рис. 1-30. Паралельний коливальний контур.

Як і в послідовному контурі, тут можна, змінюючи значення L, С або частоту генератора, підібрати їх так, щоб ємнісний опір дорівнював індуктивному. В ньому випадку в паралельному контурі настає режим, який дістав назву резонансу струмів.

Контрольні запитання:

1. Що являє собою коливальний контур?

2. Область застосування коливального контуру?

3. Основні параметри коливального контуру?

Інструкційна картка №4 для самостійного опрацювання навчального матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.2 Напівпровідникові діоди

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань; розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

- Призначення стабілітрона;

- Будову та принцип дії;

- Основні параметри стабілітрона;

ІІІ. Студент повинен уміти:

- Викреслювати схеми стабілізації напруги;

- Розшифровувати умовні позначення стабілітронів.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [4, с. 45-49], [6, с. 31-39].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

1. Кремнієві стабілітрони. Будова, принцип дії, галузі використання. Високочастотні діоди.

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

1. Що називається стабілітроном?

2. Основними параметрами стабілітрона?

3. Як графічно позначається стабілітрон на принципіальних електричних схемах?

4. Привести схему стабілізації напруги.

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І. В.

Теоретична частина: Напівпровідникові діоди

План:

1. Кремнієві стабілітрони. Будова, принцип дії, галузі використання. Високочастотні діоди.

Література

1. Кремнієві стабілітрони. Будова, принцип дії, галузі використання. Високочастотні діоди

Стабілітронами називаються площинні кремнієві діоди, у яких в зворотній гілці їх вольт-амперної характеристики (мал. 2.13,6) є ділянка з великою крутизною, в межах цієї ділянки напруга трохи змінює свою величину при зміні протікаючого струму.

Робота стабілітрона в межах даної ділянки вольт-амперної характеристики, що називаэться робочою ділянкою дозволяє використовувати його не тільки в стабілізаторах напруги, але також і в різних електронних схемах, як, наприклад в схемах амплітудного обмеження і для створення опорної (еталонної) напруги.

Умовне позначення стабілітрона приведене на мал. 2.13, а.

Мал. 2.13

Робоча ділянка вольт-амперної характеристики стабілітрона обумовлюється пробоєм його p-n-переходу. Механізм пробою в стабілітронах залежно від їх призначення може бути тунельним, лавинним або змішаним. У стабілітронів з робочою напругою до 3-4 В відбувається тунельний пробій, а з робочою напругою більше 7 В виникає лавинний пробій. У області від 3 до 7 В пробій обумовлюється сумісною дією тунельного і лавинного механізмів.

Для отримання лавинного пробою ширина р-п-переходу повинна бути більше довжини вільного пробігу неосновних носіїв заряду. Ця умова виконується в діодах, виконаних на кремнієвій основі, оскільки рухливість носіїв в кремнії менша, ніж в германії.

Напруга, при якій відбувається лавинний пробій, залежить від питомого опору кремнію. Із зростанням питомого опору напруга лавинного пробою збільшується. Підбором питомого опору можна створити стабілітрони на потрібну величину напруги стабілізації.

Вибір кремнію для виробництва стабілітронів обумовлений тим, що у нього на відміну від германію малий зворотний струм в передпробійній області, крім того, вольт-амперна характеристика має різкий злам в області пробою. Кремнієві діоди витримують більші зворотні напруги, чим германієві.

Основними параметрами стабілітрона є:

1. Напруга стабілізації UCT - падіння напруги на стабілітроні при протіканні заданого струму стабілізації - визначається значенням номінального струму стабілізації. Оскільки робочу ділянку вольт-амперної характеристики має деякий нахил, напруга стабілізації відрізняється від напруги, при якій відбувається пробій p-n-переходу. Тому напруга стабілізації визначається значенням номінального струму стабілізації Iст (точка А на мал. 2.13,6).

2. Номінальний струм стабілізації Iст - значення струму, що протікає через стабілітрон, що визначає напругу стабілізації.

3 Мінімально допустимий струм стабілізації ICTmin - струм, при якому забезпечується надійне виникнення пробою p-n-переходу. Мінімально допустимий струм коливається в межах 1-3 мА.

4. Максимально допустимий струм стабілізації Iстmах - струм, при якому потужність розсіяння на стабілітроні не перевищує максимально допустиму потужність стабілітрона. Максимально допустимий струм залежно від типу стабілітрона лежить в межах від 20 мА до 1,5 А.

5. Диференціальний, або динамічний, опір Rст - величина, що визначається відношенням приросту напруги стабілізації на стабілітроні до того, що викликав його малому приросту струму:

RCT=ДUcт/ДIcт.

Динамічний опір визначає нахил вольт-амперної характеристики стабілітрона. Величина коливається від одиниці до десятків омів.

6. Температурний коефіцієнт напруги стабілізації - величина, що визначається відношенням відносної зміни напруги стабілізації до абсолютної зміни температури навколишнього середовища при постійному струмі стабілізації напруги.

Мал. 2.24

Температурний коефіцієнт напруги стабілізації виражається в %/град і визначається залежністю

Температурний коефіцієнт напруги стабілізації при тунельному пробої негативний. Це пояснюється тим, що напруга тунельного пробою визначається шириною забороненої зони напівпровідника. Чим менше ширина забороненої зони, тим менше напруга тунельного пробою. Із зростанням температури ширина зони зменшується а, отже, зменшується напруга пробою.

При лавинному пробої температурний коефіцієнт напруги стабілізації позитивний, оскільки з підвищенням температури зменшується довжина вільного пробігу носіїв і напруга пробою збільшується.

Температурний коефіцієнт напруги стабілізації коливається в межах 0,05-0,15 %/град. Для зниження TKU створюють температурно-компенсаційні стабілітрони, в яких послідовно з р-n-переходом стабілітрона підключають один або декілька р-n -переходов з протилежним по знаку TKU.

Таким шляхом вдається отримати стабілітрони з TKU, що не перевищують 0,001 %/град.

7. Максимально допустима розсіювана потужність стабілітрона Рстmax - це потужність, при якій забезпечується задана надійність роботи стабілітрона. Максимально допустима потужність стабілітронів, що випускаються промисловістю, коливається від 250 мВт до 50 Вт.

На мал. 2.14 представлена проста схема стабілізації напруги постійного струму. Така схема здійснює стабілізацію напруги як при зміні вхідної напруги, так і при зміні опору навантаження.

Наприклад, якщо вхідна напруга зросте, то збільшується і струм стабілітрона, а звідси зросте струм I0 і падіння напруги на обмежувальному опорі Rorp. Прирости напруги ДUВХ і ДIORorp взаємно компенсуються, а UBX зберігається на заданому рівні.

Величину обмежувального резистора можна обчислити за формулою

На мал. 2.15 приведена і пояснена робота схеми стабілізації напруги змінного струму.

Мал. 2.15

За час позитивних напівперіодів вхідної напруги стабілітрон VD1 відкритий, а стабілітрон VD2 вихідна напруга обмежує по амплітуді на рівні напруги стабілізації. За час негативних напівперіодів вхідної напруги вихідна напруга буде обмежена по амплітуді на рівні напруги стабілізації стабілітрона VD1. Таким чином, вихідну напругу приймає вид змінної напруги трапецеїдальної форми, амплітуда якої визначається напругою стабілізації вживаних стабілітронів і не залежить від амплітуди вхідної напруги. Стабілізацію постійної напруги можна також отримати за допомогою діода, включеного в прямому напрямі. Кремнієві діоди, призначені для цієї мети, називають стабісторами. Для виготовлення стабісторів застосовують кремній з більшою концентрацією домішок. На відміну від стабілітронів стабістори мають малу напругу стабілізації (близько 0,7 В). Для розширення діапазону напруги стабілізації використовують послідовне з'єднання в одному корпусі декілька стабісторів. Параметри стабісторів аналогічні стабілітронам, а їх максимальний струм, потужність і теплові характеристики ті ж що і у випрямних діодів.

Маркування кремнієвих стабілітронів складається з чотирьох елементів.

Перший елемент - буква К або цифра 2.

Другий елемент - буква С.

Третій елемент - число, указує призначення і електричні властивості стабілітрона.

Для стабілітронів малої потужності Рстmах = 0,3 Вт для напруги стабілізації 0,1-9,9 В, 10-99 В і 100-199 ставлять числа відповідно 101 - 199, 210-299 і 300-399, Для стабілітронів середньої потужності (0 Вт < Рст mах < 5 Вт) на ту ж напругу ставлять числа відповідно 401-499, 510-599 і 600-699. Для стабілітронів великої потужності (Рстmах>5 Вт) на ту ж напругу ставлять числа відповідно 01-799, 810-899 і 900-999.

Четвертий елемент позначення - буква, що вказує на різновид стабілітрона.

Контрольні запитання:

1. Що називається стабілітроном?

2. Основними параметрами стабілітрона?

3. Як графічно позначається стабілітрон на принципіальних електричних схемах?

4. Привести схему стабілізації напруги.

Інструкційна картка №5 для самостійного опрацювання навчального матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.2 Напівпровідникові діоди

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань; розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

- Способи з'єднання діодів;

- Призначення варикапа

- Основні параметри варикапа.

ІІІ. Студент повинен уміти:

- Будувати схеми з'єднання діодів;

- Використовувати при побудові схем варикапи.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [2, с. 145-148].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

1. Схеми з'єднання діодів

2. Варикапи.

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

1. Які використовуються способи з'єднання діодів при розробці схем випрямлячів?

2. Що таке варикап?

3. Будова та призначення варикапа?

4. Які основні параметри варикапа?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Напівпровідникові діоди

План:

1. Схеми з'єднання діодів

2. Варикапи.

Література

1. Схеми з'єднання діодів

Мал. 9.3. Паралельне (а) і послідовне (б) з'єднання випрямних діодів.

При розробці схем випрямлячів може виникнути необхідність отримати випрямлений струм, що перевищує граничне допустиме значення для одного діода. В цьому випадку застосовують паралельне включення однотипних діодів (мал. 9.3, а).

Для вирівнювання струмів, що протікають через діоди, послідовно з діодами включаються омічні додаткові резистори близько декілька Ом. Це дозволяє штучно зрівняти прямі опори діодів, які для різних зразків приладів можуть бути істотно різними.

У високовольтних ланцюгах часто використовують послідовне з'єднання діодів (мал. 9.3, б). При такому з'єднанні напруга розподіляється між всіма діодами. Для забезпечення надійної роботи діодів паралельно кожному з них слід включити резистор (близько 100 кОм) для вирівнювання зворотних опорів, В цьому випадку напруга на всіх діодах буде рівною.

2. Варикапи

Варикапами називають напівпровідникові діоди, у яких використовується бар'єрна ємність замкнутого р-п-прехода, що залежить від величини прикладеної до діода зворотної напруги. Конструкція варикапа показана на рис, 9.12. У кристал кремнію 5 з однієї його сторони вплавляють у вакуумі алюмінієвий стовпчик 4 для отримання р - п -перехода, а з іншого боку - сплав золото - сурма для отримання омічного контакту 6. Ця структура вплавляється у вакуумі в коваровий позолочений кристалотримач 7. До алюмінієвого стовпчика прикріплений внутрішній вивод 5. З'єднання кристалотримача з балоном 3 і виводом 1 здійснюється сплавом у водні.

Рис 9.14 Дія зволротньої напруги на р - п-перехід:

а - подвійний шар зарядів в р - п-переході; б - зміна потенціалу ц уздовж переходу; в - зміна щільності об'ємного заряду р.

Для використання властивостей варикапа до нього необхідно підвести зворотну напругу (мал. 9,13)

Як відомо, за відсутності зовнішньої напруги між областями р і п існує контактна різниця потенціалів (потенційний бар'єр) і внутрішнє електричне поле. Якщо до діода прикласти зворотну напругу (рис, 9.14, а), то висота потенційного бар'єру між областями р і п зросте на величину прикладеної напруги (мал. 9,14, б), зросте і напруженість електричного поля в р - n-переході.

Рис, 9.12. Конструкція варикапа.

Мал. 9.13. Схема включення варикапа.

Зовнішня зворотна напруга відштовхує електрони глибше всередину області п, а дірки - всередину області р. В результаті відбувається розширення області р - n-переходу і тим більше, чим вище напруга (мал. 9.14, б і в).

Таким чином, зміна зворотної напруги, прикладеної до р, - n-переходу, приводить до зміни бар'єрній ємності між областями р і п.

Ширина р - п-переходу залежить від величини прикладеної до нього напруги, отже, бар'єрна ємність залежить від напруги: при зростанні замикаючої напруги ширина р - n-переходу збільшується, а його бар'єрна ємність зменшується .

Страницы: 1, 2, 3