Атомы, энергетические уровни и зоны
В зонной теории твердое кристаллическое тело рассматривается как строго периодическая структура, в которой ионы создают электрическое поле. Задача состоит в описании поведения электронов в этом поле. Точное решение уравнения Шредингера для такой системы множества частиц невозможно. Существуют два, казалось бы, диаметрально противоположных метода решения задачи, которые, однако, приводят практически к одинаковым результатам.
2,Высокочастотные диоды входят в группу полупроводниковых диодов, которые прездназначены для обработки ВЧ сигналов. Существуют 2 разновидности высокочастотных диодов: 1 – детекторные ВЧ диоды, которые выделяют НЧ сигнал из модулированного. 2 – смесительные ВЧ диоды, которые предназначены для перемножения двух ВЧ сигналов.
3, Pin -диоды — разновидность диода, в котором между областями электронной (n) и дырочной (p) проводимости находится собственный (нелегированный, англ. intrinsic) полупроводник (i-область) Широкая нелегированная i-область делает pin-диод плохим выпрямителем (обычное применение для диода), но, с другой стороны, это позволяет использовать его в аттенюаторах (ослабителях сигнала), быстрых переключателях, фотодетекторах, а также в высоковольтной электронике.
Способы изготовления p - n перехода
Использование: технология получения р-n-переходов. Сущность изобретения: в способе изготовления р-n-перехода, легированного элементами или стабильными изотопами с аномально высоким сечением поглощения тепловых нейтронов (литий, бор и другие), диффузионную загонку легирующей примеси осуществляют путем помещения сборки "пластина основного материала + источник диффузии" в облучательный канал атомного реактора импульсного или непрерывного действия, в результате чего происходит локальный разогрев до высоких температур источника и поверхностного слоя пластины. Промежуточные операции -подготовку диффузионной пары, нанесение защитного SiO2 - покрова на р-n-переход и т.д. - производят известным способом. Техническим результатом изобретения является локализация высокотемпературного нагрева на стыке твердого диффузанта и пластины, исключение необходимости термостатирования больших объемов и защиты от вредных компонентов нагретой среды всей пластины с р-n-переходом.
5, C ВЧ диоды
СВЧ диод обладает малой электрической стойкостью, поэтому при обращении с ним стоит соблюдать особую осторожность. Каждый диод должен находиться на хранении в закрытом металлическом патроне. Необходимо следить за тем, чтобы статическое электричество с тела или приборов не разряжалось через диод.
П рямое включение p-n перехода это
При прямом включении p-n-перехода внешнее напряжение создает в переходе поле, которое противоположно по направлению внутреннему диффузионному полю, рисунок 2. Напряженность результирующего поля падает, что сопровождается сужением запирающего слоя. В результате этого большое количество основных носителей зарядов получает возможность диффузионно переходить в соседнюю область (ток дрейфа при этом не изменяется, поскольку он зависит от количества неосновных носителей, появляющихся на границах перехода), т.е. через переход будет протекать результирующий ток, определяемый в основном диффузионной составляющей. Диффузионный ток зависит от высоты потенциального барьера и по мере его снижения увеличивается экспоненциально.
Полупроводник p-типа
Полупроводник p-типа, кроме примесной основы, характеризуется дырочной природой проводимости. Примеси, которые добавляют в этом случае, называются акцепторными.
«p-тип» происходит от слова «positive», обозначающего положительный заряд основных носителей.
Тиристоры
Тиристор является силовым электронным не полностью управляемым ключом. Поэтому иногда в технической литературе его называют однооперационным тиристором, который может сигналом управления переводиться только в проводящее состояние, т. е. включаться. Для его выключения (при работе на постоянном токе) необходимо принимать специальные меры, обеспечивающие спадание прямого тока до нуля.
Тиристорный ключ может проводить ток только в одном направлении, а в закрытом состоянии способен выдержать как прямое, так и обратное напряжение.
Биполярные транзисторы.
Виды пробоев
1.2.3. Пробой p-n-перехода
Пробоем называют резкое изменение режима работы p-n-перехода, находящегося под большим обратным напряжением. ВАХ для больших значений обратных напряжений показана на рис. 1.5
Рис. 1.5
Началу пробоя соответствует точка А. После этой точки дифференциальное сопротивление перехода стремится к нулю.
Различают три вида пробоя p-n-перехода:
- Туннельный пробой (А-Б),
- Лавинный пробой (Б-В),
- Тепловой пробой (за т.В).
Туннельный пробой возникает при малой ширине p-n-перехода (например, при низкоомной базе), когда при большом обратном напряжении электроны проникают за барьер без преодоления самого барьера. В результате туннельного пробоя ток через переход резко возрастает и обратная ветвь ВАХ идет перпендикулярно оси напряжений вниз.
Лавинный пробой возникает в том случае, если при движении до очередного соударения с нейтральным атомом кристалла электрон или дырка приобретают энергию, достаточную для ионизации этого атома, при этом рождаются новые пары электрон-дырка, происходит лавинообразное размножение носителей зарядов; здесь основную роль играют неосновные носители, они приобретают большую скорость. Лавинный пробой имеет место в переходах с большими удельными сопротивлениями базы («высокоомная база»), т.е. в p-n-переходе с широким переходом.
Тепловой пробой характеризуется сильным увеличением тока в области p-n-перехода в результате недостаточного теплоотвода.Если туннельный и лавинный пробои, называемые электрическими, обратимы, то после теплового пробоя свойства перехода меняются вплоть до разрушения перехода.
Напряжения и токи в p-n-переходах зависят от параметров перехода и его температуры.
Туннельные диоды
Туннельные диоды обладают усилительными свойствами и могут работать в схемах как активные элементы. Они находят широкое применение в сверхбыстродействующих ЭВМ в качестве быстродействующих импульсных переключающих устройств и в генераторах высокочастотных колебаний. На туннельных диодах создают схемы мультивибраторов, триггеров, которые служат основой для построения логических схем, запоминающих устройств, регистров и т.д. Высокая скорость переключения объясняется тем, что туннельные диоды обычно работают на участке вольтамперной характеристики с отрицательным дифференциальным сопротивлением, где механизм переноса зарядов связан с их туннельным смещением (через p-n-переход), скорость которого огромна.
Полупроводниковые диоды.
Полупроводнико́вый дио́д — полупроводниковый прибор, в широком смысле — электронный прибор, изготовленный из полупроводникового материала, имеющий два электрических вывода (электрода). В более узком смысле — полупроводниковый прибор, во внутренней структуре которого сформирован один p-n-переход.
Для контроля направления электрического тока необходимо применять разные радио и электро детали. В частности, современная электроника использует с такой целью полупроводниковый диод, его применение обеспечивает ровный ток.
Маркировка полупроводникового диода представляет собой аббревиатуру от основных параметров устройства. Например, КД196В – кремниевый диод с напряжением пробоя до 0,3 В, напряжением 9,6, модель третьей разработки.
Варикапы
Варикапы - это полупроводниковые диоды, в которых использовано свойство p-n-перехода изменять барьерную емкость при изменении обратного напряжения. Таким образом, варикап можно рассматривать как конденсатор с электрически управляемой емкостью.
Основными параметрами этих приборов являются емкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении, коэффициент перекрытия по емкости - отношение емкости варикапа при двух заданных значениях обратных напряжений, а также добротность - отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте сигнала к сопротивлению потерь при заданном значении емкости или обратного напряжения.
Оптроны
Оптронами называют такие оптоэлектронные приборы, в которых имеются источник и приемник излучения (светоизлучатель и фотоприемник) с тем или иным видом оптической и электрической связи между ними, конструктивно связанные друг с другом.
Фотодиоды
Фотодиоды - это полупроводниковые фотоэлектрические приборы с одним p - n-переходом и двумя контактами, принцип действия которых основан на использовании внутреннего фотоэффекта. В качестве полупроводниковых материалов используют германий, кремний, селем, арсенид индия, сульфид кадмия и другие. Фотодиод может работать в режиме фотогенератора и в режиме фотопреобразователя. В первом случае, под действием света на зажимах фотодиода создается фото-ЭДС. Такие фотодиоды называют полупроводниковыми фотоэлементами. Во втором случае, в цепь фотодиода включают источник питания, создающий обратное смещение р- n - перехода.
Фототранзисторы
Фототранзи́стор — оптоэлектронный полупроводниковый прибор, вариант биполярного транзистора. Отличается от обычного биполярного транзистора тем, что полупроводниковый базовый слой прибора доступен для воздействия внешнего оптического облучения, за счёт этого ток через прибор зависит от интенсивности этого облучения.
Фототиристоры
Фототири́стор — оптоэлектронный полупроводниковый прибор, имеющий структуру, схожую со структурой обычного тиристора, но отличающийся от последнего тем, что включается не напряжением, а светом, падающим на тиристорную структуру. Этот прибор применяется в управляемых светом выпрямителях и наиболее эффективен в управлении сильными токами при высоких напряжениях. Скорость отклика на свет — менее 1 мкс. Фототиристоры обычно изготавливают из кремния, и спектральная характеристика у них такая же, как и у других кремниевых фоточувствительных элементов.
Разновидностью фототиристора является оптотиристор, в котором источник света — светодиод из арсенида галлия — интегрирован в одном светонепроницаемом корпусе с кремниевой тиристорной структурой.
Фоторезисторы
Фоторезисторы - полупроводниковые приборы, которые имеют два контакта и электрическое сопротивление которых изменяется в зависимости от интенсивности и спектрального состава падающего излучения.
При подключении фоторезистора к источнику питания в электрической цепи проходит небольшой ток IT, называемый темновым. При освещении фоторезистора ток в цепи возрастает за счет фототока, обусловленного внутренним фотоэффектом. Вольтамперная характеристика, т. е. зависимость фототока от приложенного напряжения при постоянном световом потоке Ф, практически линейна. Параметры фоторезисторов, как и других полупроводниковых приборов, существенно зависят от температуры.
Светодиоды
Светодиоды – этоприборы, излучающие свет, изготовленные с применением полупроводниковых материалов. Благодаря механизму полупроводимости и сопутствующей ему рекомбинации в месте контакта двух полупроводников с разными типами проводимости светодиоды превращают электрический ток, по ним протекающий, в свет, без дополнительных преобразований.
27.Полевые транзисторы с каналом p -типа. Устройство принцип работы схема включения
Принцип действия полевых транзисторов с управляющим переходом заключён в изменении площади сечения канала под воздействием поля, возникающего при подаче напряжения между затвором и истоком. Упрощённая структура полевого транзистора с управляющим переходом и каналом p-типа приведена на рис. 5.3.
Компараторы
Компаратор - это сравнивающее устройство. Аналоговый компаратор предназначен для сравнения непрерывно изменяющихся сигналов. Входные аналоговые сигналы компаратора суть Uвх - анализируемый сигнал и Uоп - опорный сигнал сравнения, а выходной Uвых - дискретный или логический сигнал, содержащий 1 бит информации:
| (38) |
Параметры компараторов.
Параметры, характеризующие качество компараторов, можно разделить на три группы: точностные, динамические и эксплуатационные.
Компаратор характеризуется теми же точностными параметрами, что и ОУ.
Основным динамическим параметром компаратора является время переключения tп. Это промежуток времени от начала сравнения до момента, когда выходное напряжение компаратора достигает противоположного логического уровня. Время переключения замеряется при постоянном опорном напряжении, подаваемом на один из входов компаратора и скачке входного напряжения Uвх, подаваемого на другой вход. Это время зависит от величины превышения Uвхнад опорным напряжением
46. Импульсный генератор- электронное устройство для создания последовательностей импульсов или одиночных видеоимпульсов. Наиб, простым по устройству И. г. является блокинг-генератор. Обычно И. г. состоит из задающего источника колебаний и формирователя, создающего импульсы необходимой (обычно близкой к прямоугольной) формы, длительности и амплитуды (мощности). Источником может служить генератор синусоидальных или релаксационных колебаний ( генератор пилообразного напряжения, мультивибратор и т.
Фоторезисторы
Фоторезистор (фотосопротивление, LDR) – это резистор, электрическое сопротивление которого изменяется под влиянием световых лучей, падающих на светочувствительную поверхность и не зависит от приложенного напряжения, как у обычного резистора. Фоторезисторы чаще всего используются для определения наличия или отсутствия света или для измерения интенсивности света. В темноте, их сопротивление очень высокое, иногда доходит до 1 МОм, но когда датчик LDR подвергается воздействию света, его сопротивление резко падает, вплоть до нескольких десятков ом в зависимости от интенсивности света.
Фоторезисторы имеют чувствительность, которая изменяется с длиной волны света. Они используются во многих устройствах, хотя уступают по своей популярности фотодиодам и фототранзисторам. Некоторые страны запретили LDR из-за содержащегося в них свинца или кадмия по соображению экологической безопасности.
Виды фоторезисторов и принцип работы
На основании материалов, используемых при производстве, фоторезисторы могут быть разделены на две группы: с внутренним и внешним фотоэффектом. В производстве фоторезисторов с внутренним фотоэффектом используют нелегированные материалы, такие как кремний или германий.
Фотоны, которые попадают на устройство, заставляют электроны перемещаться из валентной зоны в зону проводимости. В результате этого процесса появляется большое количество свободных электронов в материале, тем самым улучшается электропроводность и, следовательно, уменьшается сопротивление.
Фоторезисторы с внешним фотоэффектом производятся из материалов, с добавлением примеси, называемой легирующая добавка. Легирующая добавка создает новую энергетическую зону поверх существующей валентной зоной, заселенную электронами. Этим электронам требуется меньше энергии, чтобы совершить переход в зону проводимости благодаря меньшей энергетической щели. Результат этого – фоторезистор чувствителен к различным длинам волн света.
Несмотря на все это, оба типа демонстрируют уменьшение сопротивления при освещении. Чем выше интенсивность света, тем больше падает сопротивление. Следовательно, сопротивлением фоторезистора является обратная, нелинейная функция интенсивности света.
Фоторезистор на схемах обозначается следующим образом:
Рис. 12.6
На рис. 12.6 б схема того же усилителя, охваченного положительной обратной связью, как на (рис. 12.6 а), только начертание ее несколько изменено. Именно так обычно чертят схемы автоколебательных, т. е. самовозбуждающихся мультивибраторов.
50. Фототранзистор - это полупроводниковый фотоэлектрический прибор с двумя p - n-переходами. Устройство и принцип действия фототранзистора такие же, как и биполярного транзистора. Часто фототранзистор имеет два вывода от эмиттера и коллектора. Внешняя часть базы является фоточувствительной поверхностью, поэтому эмиттер обычно имеет небольшие размеры. В корпусе имеется окно для пропускания света.
При отсутствии освещения в цепи фототранзистора проходит небольшой темновой ток. При освещении светочувствительной поверхности в ней генерируются пары носителей заряда. Неосновные носители заряда базы (дырки) через коллекторный переход переходят в коллектор, и обратный ток перехода увеличивается на ток, образованный дырками базы (часть фототока, аналогичная фототоку диода). Однако в фототранзисторе в отличие от фотодиода имеется вторая составляющая фототока: уход дырок из базы приводит к образованию в ней нескомпенсированного отрицательного объемного заряда и к снижению потенциального барьера эмиттера, в результате чего увеличивается число дырок, инжектируемых эмиттером в базу, а следовательно, и число дырок, переходящих из базы в коллектор.
Чувствительность фототранзистора, таким образом, значительно выше чувствительности фотодиода. Вольтамперные характеристики фототранзистора с оборванной базой аналогичны выходным характеристикам биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ. Основным параметром прибора является световой поток. Частотные характеристики фототранзисторов хуже, чем для фотодиодов, из-за инерционности эмиттерного перехода за счет его емкости. Параметры фототранзисторов существенно зависят от температуры.
RC генераторы
На частотах до 10 МГц обычно предпочтительней применять RC генераторы, т.к. резисторы и конденсаторы более удобны в применении, чем катушки индуктивности и более дешевы.
Имеются 2 типа RC-генераторов: с фазосдвигающей цепочкой и мостикового типа (мостик Вина)
Генератор мостикового типа
Генераторы мостикового типа (мостик Вина) широко применяются в качестве перестраиваемых генераторов в диапазоне частот от 1 до 107 Гц.
Ре 
активная часть мостика образует цепочку, которая на частоте колебаний имеет фазовый сдвиг равный 0. Поэтому схему генератора строят в сочетании с неинвертирующим усилителем.
Если усилитель имеет фазовый сдвиг 0, бесконечно большое входное сопротивление и выходное сопротивление равное 0, то коэффициент усиления должен быть равен 3, а частота колебаний ω0 = 
Так как частота колебаний генераторов LC-типа обратно пропорциональна 
, то мостиковый генератор обеспечивает более широкий диапазон частот. По этой причине в лабораторных измерительныхприборах применяют генераторы мостикового типа. Путем применения сдвоенных переменных резисторов в этих генераторах легко перекрывается диапазон частот 10:1. 
Схема перестраиваемого генератора мостикового типа с последовательно-параллельной обратной связью.
RS-триггеры
RS-триггер асинхронный
| S | R | Q(t) | Q(t) | Q(t+1) | Q(t+1) |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | не определено | не определено |
| 1 | 1 | 1 | 0 | не определено | не определено |
Рис.14.1.
Асинхронный RS-триггер с инверсными входами
RS-триггер или SR-триггер — триггер, который сохраняет своё предыдущее состояние при нулевых входах и меняет своё выходное состояние при подаче на один из его входов единицы.
При подаче единицы на вход S (от англ. Set — установить) выходное состояние становится равным логической единице. А при подаче единицы на вход R (от англ. Reset — сбросить) выходное состояние становится равным логическому нулю. Состояние, при котором на оба входаR и S одновременно поданы логические единицы, в простейших реализациях является запрещённым (так как вводит схему в режим генерации), в более сложных реализациях RS-триггер переходит в третье состояние QQ=00. Одновременное снятие двух «1» практически невозможно. При снятии одной из «1» RS-триггер переходит в состояние, определяемое оставшейся «1». Таким образом RS-триггер имеет три состояния, из которых два устойчивых (при снятии сигналов управления RS-триггер остаётся в установленном состоянии) и одно неустойчивое (при снятии сигналов управления RS-триггер не остаётся в установленном состоянии, а переходит в одно из двух устойчивых состояний).
RS-триггер используется для создания сигнала с положительным и отрицательным фронтами, отдельно управляемыми посредством стробов, разнесённых во времени. Также RS-триггеры часто используются для исключения так называемого явления дребезга контактов.
RS-триггеры иногда называют RS-фиксаторам.
§ 
§ Рис.14.2
Условное графическое обозначение асинхронного RS-триггера
§ 
Рис.14.3.
Логическая схема асинхронного RS-триггера на элементах 2И–НЕ
§ 
Рис.14.4.
Карта Карно асинхронного RS-триггера
RS-триггер синхронный
| C | S | R | Q(t) | Q(t+1) |
| 0 | x | x | 0 | 0 |
| 1 | 1 | |||
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | не определено |
| 1 | 1 | 1 | 1 | не определено |
Схема синхронного RS-триггера совпадает со схемой одноступенчатого парафазного (двухфазного) D-триггера, но не наоборот, так как в парафазном (двухфазном) D-триггере не используются комбинации S=0, R=0 и S=1, R=1.
Алгоритм функционирования синхронного RS-триггера можно представить формулой
где x — неопределённое состояние.
§ 
Рис.14.5.
Условное графическое обозначение синхронного RS-триггера
§ 
Рис.14.6.
Схема синхронного RS-триггера на элементах 2И-НЕ
§ 
Рис.14.7.
Карта Карно синхронного RS-триггера
RST -триггеры
Комбинированные триггеры типа RST-счетный триггер,имеющий также входы установки и сброса
60. Светодиод - это излучающие полупроводниковые приборы с одним p - n -переходом, преобразующие электрическую энергию в энергию некогерентного светового излучения.
В основе принципа действия светодиодов лежит свойство излучательной рекомбинации - излучение квантов света при рекомбинации пар электрон -дырка. Рекомбинация наблюдается, если p - n -переход включен в прямом направлении. Рекомбинация будет излучательной не всегда. В ряде случаев вся энергия, приложенная к переходу, передается атомам решетки, т. е. имеет место безизлучательная, или тепловая, рекомбинация. Так, в германиевых переходах электрическая энергия выделяется почти полностью в виде тепловой.
Диод, представляющий собой монокристалл n-типа, в котором создан p - n -переход, помещен в корпус - стеклянную линзу, пропускающую излучаемый свет. От областей n - и p - типа сделаны выводы из некорродирующего металла (золота, серебра).
Светодиоды имеют малые габариты и массу, низкое потребление мощности, высокую стабильность и большой срок службы. Инерционность светодиодов мала, она составляет десятимиллионные и стомиллионные доли секунды. Светодиодам можно придавать различную форму, а также располагать их на одном кристалле в виде черточек.
Светодиоды находят широкое применение в световых табло, в счетно-решающих машинах для ввода-вывода цифровой и буквенной информации, а также в оптоэлектронике.
D-триггеры
D-триггер (D от англ. delay — задержка либо от data- данные) — запоминает состояние входа и выдаёт его на выход. D-триггеры имеют, как минимум, два входа: информационный D и синхронизации С. После прихода активного фронта импульса синхронизации на вход С D-триггер открывается. Сохранение информации в D-триггерах происходит после спада импульса синхронизации С. Так как информация на выходе остаётся неизменной до прихода очередного импульса синхронизации, D-триггер называют также триггером с запоминанием информации или триггером-защёлкой. Рассуждая чисто теоретически, парафазный (двухфазный) D-триггер можно образовать из любых RS- или JK-триггеров, если на их входы одновременно подавать взаимноинверсные сигналы.
D-триггер в основном используется для реализации защёлки. Так, например, для снятия 32 бит информации с параллельной шины, берут 32 D-триггера и объединяют их входы синхронизации для управления записью информации в защёлку, а 32 D входа подсоединяют к шине.
В одноступенчатых D-триггерах во время прозрачности все изменения информации на входе D передаются на выход Q. Там, где это нежелательно, нужно применять двухступенчатые (двухтактные, Master-Slave, MS) D-триггеры.
§ 
Рис.14.8.
Условное графическое обозначение D-триггера со статическим входом синхронизации С
D-триггер двухступенчатый.
В одноступенчатом триггере имеется одна ступень запоминания информации, а в двухступенчатом — две такие ступени. Вначале информация записывается в первую ступень, а затем переписывается во вторую и появляется на выходе. Двухступенчатый триггер обозначают ТТ. Двухступенчатый D – триггер называют триггером с динамическим управлением. Общая схема двухступенчатого триггера
63. Фотодиоды - это полупроводниковые фотоэлектрические приборы с одним p - n-переходом и двумя контактами, принцип действия которых основан на использовании внутреннего фотоэффекта. В качестве полупроводниковых материалов используют германий, кремний, селем, арсенид индия, сульфид кадмия и другие. Фотодиод может работать в режиме фотогенератора и в режиме фотопреобразователя. В первом случае, под действием света на зажимах фотодиода создается фото-ЭДС. Такие фотодиоды называют полупроводниковыми фотоэлементами. Во втором случае, в цепь фотодиода включают источник питания, создающий обратное смещение р- n - перехода.Если фотодиод не освещен, он ведет себя как обычный диод, через него проходит обратный ток, образованный неосновными носителями заряда областей p - n- (в данном случае его можно назвать темновым). Если на фотодиод падает свет, то вследствие внутреннего фотоэффекта в обеих областях фотодиода генерируются пары носителей заряда. Неосновные носители заряда, для которых поле p - n-перехода является ускоряющим, могут легко преодолеть p - n-переход и попасть в смежную область (дырки n-области -в область р, а электроны р-области - в область n) и тем самым внести свой вклад в общий ток неосновных носителей заряда фотодиода. Частотные характеристики фотодиодов зависят от материалов, из которых они выполнены, а также от толщины и площади p-n-перехода. Менее инерционны германиевые и кремниевые диоды. Существенным недостатком фотодиодов является зависимость их параметров от температуры
Обозначение на схемах
Из корпуса усилителя обычно выходят пять выводов, из которых два вывода – входы, один – выход, остальные два – питание.
Принцип действия
Существуют два правила, помогающие понять принцип действия операционного усилителя:
Выход операционного усилителя стремится к нулевой разности напряжений на входах.
Входы усилителя не расходуют ток.
Первый вход обозначен «+», он называется неинвертирующим. Второй вход обозначен знаком «–», считается инвертирующим.
65. T-триггеры.
Т-триггер (от англ. Toggle - переключатель) часто называют счётным триггером, так как он является простейшим счётчиком до 2.
T-триггер синхронный
| T | Q(t) | Q(t+1) |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Рис.14.9.
Условное графическое обозначение (УГО) синхронного T-триггера с динамическим входом синхронизации С на схемах.
Синхронный Т-триггер, при единице на входе Т, по каждому такту на входе С изменяет своё логическое состояние на противоположное, и не изменяет выходное состояние при нуле на входе T. Т-триггер можно построить на JK-триггере, на двухступенчатом (Master-Slave, MS) D-триггере и на двух одноступенчатых D-триггерах и инверторе.
Как можно видеть в таблице истинности JK-триггера, он переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на входы J и K логической 1. Это свойство позволяет создать на базе JK-триггера Т-триггер, объединяя входы J и К.
В двухступенчатом (Master-Slave, MS) D-триггере инверсный выход Q соединяется со входом D, а на вход С подаются счётные импульсы. В результате триггер при каждом счётном импульсе запоминает значение Q, то есть будет переключаться в противоположное состояние.
66. Фоторезисторы - полупроводниковые приборы, которые имеют два контакта и электрическое сопротивление которых изменяется в зависимости от интенсивности и спектрального состава падающего излучения.При подключении фоторезистора к источнику питания в электрической цепи проходит небольшой ток IT, называемый темновым. При освещении фоторезистора ток в цепи возрастает за счет фототока, обусловленного внутренним фотоэффектом. Вольтамперная характеристика, т. е. зависимость фототока от приложенного напряжения при постоянном световом потоке Ф, практически линейна. Параметры фоторезисторов, как и других полупроводниковых приборов, существенно зависят от температуры.Фоторезисторы инерционны, что обусловлено конечным временем генерации и рекомбинации носителей заряда при изменении освещенности, вследствие чего фототок не успевает следовать за изменением освещенности. Это является их недостатком. Фоторезисторы широко применяют в различных схемах автоматики, контроля и измерения.
.
67. JK-триггер
Рис.14.10.
JK-триггер с дополнительными асинхронными инверсными входами S и R
| J | K | Q(t) | Q(t+1) |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
JK-триггер работает так же как RS-триггер, с одним лишь исключением: при подаче логической единицы на оба входа J и K состояние выхода триггера изменяется на противоположное. Вход J (от англ. Jump — прыжок) аналогичен входу S у RS-триггера. Вход K (от англ. Kill — убить) аналогичен входу R у RS-триггера. При подаче единицы на вход J и нуля на вход K выходное состояние триггера становится равным логической единице. А при подаче единицы на вход K и нуля на вход J выходное состояние триггера становится равным логическому нулю. JK-триггер в отличие от RS-триггера не имеет запрещённых состояний на основных входах, однако это никак не помогает при нарушении правил разработки логических схем. На практике применяются только синхронные JK-триггеры, то есть состояния основных входов J и K учитываются только в момент тактирования, например по положительному фронту импульса на входе синхронизации.
На базе JK-триггера возможно построить D-триггер или Т-триггер. Как можно видеть в таблице истинности JK-триггера, он переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на входы J и K логической 1. Это свойство позволяет создать на базе JK-триггера Т-триггер, объединив входы J и К.
68. .Оптрон — электронный прибор, состоящий из излучателя света (обычно — светодиод, в ранних изделиях — миниатюрная лампа накаливания) и фотоприёмника (биполярных и полевых фототранзисторов, фотодиодов, фототиристоров, фоторезисторов), связанных оптическим каналом и, как правило, объединённых в общем корпусе. Принцип работы оптрона заключается в преобразовании электрического сигнала в свет, его передаче по оптическому каналу и последующем преобразовании обратно в электрический сигнал.
По степени интеграции
· оптопары (или элементарные оптроны) — состоящие из двух и более элементов (в т. ч. собранные в одном корпусе)
· оптоэлектронные интегральные схемы, содержащие одну или несколько оптопар (с дополнительными компонентами, например, усилителями, или без них).
По типу оптического канала
· с открытым оптическим каналом
· с закрытым оптическим каналом
По типу фотоприёмника
· с фоторезистором (резисторные оптопары)
· с фотодиодом
· с биполярным (обычным или составным) фототранзистором
· с фотогальваническим генератором (солнечной батарейкой); такие оптроны обычно снабжаются обычным полевым транзистором, затвором которого управляет фотогальванический генератор.
· с фототиристором или фотосимистором.
По типу источников света
· с миниатюрной лампой накаливания
· с неоновой лампой
· со светодиодом
Классификация ЭВМ
классификация ЭВМ:
– ЭВМ по принципу действия;
– ЭВМ по этапам создания;
– ЭВМ по назначению;
– ЭВМ по размерам и функциональным возможностям
Классификация ЭВМ по принципу действия. Электронная вычислительная машина, компьютер — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.
По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса:
· аналоговые (АВМ),
· цифровые (ЦВМ)
· гибридные (ГВМ).
Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) – вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.
Аналоговые вычислительные машины (АВМ) – вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).
Гибридные вычислительные машины (ГВМ) – вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ.
Классификация ЭВМ по этапам создания. По этапам создания и используемой элементной базе ЭВМ условно делятся на поколения:
1-е поколение, 50-е гг.: ЭВМ на электронно-вакуумных лампах;
2-е поколение, 60-е гг.: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах);
3-е поколение, 70-е гг.: ЭВМ на полупроводниковых интегральных микросхемах с малой и средней степенью интеграции (сотни, тысячи транзисторов в одном корпусе);
4-е поколение, 80-е гг.: ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах-микропроцессорах (десятки тысяч — миллионы транзисторов в одном кристалле);
5-е поколение, 90-е гг.: ЭВМ с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы;
6-е и последующие поколения: оптоэлектронных ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой — с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.
Классификация ЭВМ по назначению. По назначению ЭВМ можно разделить на три группы:
– универсальные (общего назначения),
– проблемно-ориентированные
– специализированные.
Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям . По размерам и функциональным возможностям ЭВМ можно разделить на:
· сверхбольшие (суперЭВМ),
· большие (Mainframe),
· малые,
· сверхмалые (микроЭВМ).
Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементарная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой степенью интеграции.
Производительность больших ЭВМ оказалась недостаточной для решения задач: прогнозирования метеообстановки, управления сложными оборонными комплексами, моделирования экологических систем и др. Это явилось предпосылкой для разработки и создания суперЭВМ, самых мощных вычислительных систем, интенсивно развивающихся и в настоящее время.
Появление в 70-х гг. малых ЭВМ обусловлено, с одной стороны, прогрессом в области электронной элементной базы, а с другой – избыточностью ресурсов больших ЭВМ для ряда приложений. Малые ЭВМ используются чаще всего для управления технологическими процессами. Они более компактны и значительно дешевле больших ЭВМ.
Изобретение в 1969 г. микропроцессора (МП) привело к появлению в 70-х гг. еще одного класса ЭВМ – микроЭВМ. Именно наличие МП служило первоначально определяющим признаком микроЭВМ. Сейчас микропроцессоры используются во всех без исключения классах ЭВМ.
70. Повторитель напряжения на основе ОУ.
Схема повторителя (рис. 10.4) легко может быть получена из схемы неинвертирующего усилителя при R 1→ 
, R 2→ 0. Здесь предполагается, что операционный усилитель работает в режиме усиления (u диф 
0). Используя второй закон Кирхгофа, получаем u вых = u вх.
Рис. 10.4.
Сумматор напряжения (инвертирующий сумматор).
Рассмотрим схему сумматора, приведенную на рис. 10.5.
Рис. 10.5.
Предположим, что операционн 
ый усилитель работает в режиме усиления, тогда u диф 
0. Учитывая, что i –= i += 0, получим 
. При u диф 0 получим uRj = u вх j, j = 1,…,n; uR ос = u вых. На основании этих выражений после несложных преобразований получаем
. (26)
Для уменьшения влияния входных токов ОУ в цепь неинвертирующего входа включают резистор с сопротивлением
R э = R 1 // R 2 //… // Rn // R ос .
три элементарных правила, определяющие работу операционного усилителя:
Правило №1 — операционный усилитель оказывает воздействие своим выходом на вход через 
ООС (отрицательная обратная связь), в результате чего напряжения на обоих входах, как на инвертирующем (-), так и на неинвертирующем (+) выравнивается.
Правило №2 — входы усилителя не потребляют ток
Правило №3 — напряжения на входах и выходе должны быть в диапазоне между положительным и отрицательным напряжением питания ОУ.
71. Типовая структура микропроцессорных устройств.Применение МП позволило создать новый класс вычислительной техники - микропроцессорные системы, обобщенная логическая структура которых приведена на рисунке .Центральное место в этой структуре занимает микропроцессор, который выполняет арифметические и логические операции над данными, осуществляет программное управление процессом обработки информации, организует взаимодействие всех устройств, входящих в систему. Работа МП происходит под воздействием сигналов схемы синхронизации и начальной установки, часто выполняемой в виде отдельного кристалла.
Показанный на рисунке МП может представлять собой или однокристальный МП с фиксированной системой команд или многокристальный МП с микропрограммным управлением.Представленная на рисунке структура отражает магистрально-модульный принцип организации микропроцессорных устройств и систем. Отдельные блоки являются функционально законченными модулями со своими встроенными схемами управления, выполненными в виде одного или нескольких кристаллов БИС или СБИС. Межмодульные связи и обмен информацией между модулями осуществляются посредством коллективных шин (магистралей), к которым имеют доступ все основные модули системы. В каждый данный момент времени возможен обмен информацией только между двумя модулями системы.Магистральный принцип построения сопряжения модулей (интерфейс ЭВМ) предполагает наличие информационно-логической совместимости модулей, которая реализуется путем использования единых способов представления информации, алгоритма управления обменом, форматов команд и способа синхронизации.Для большинства микропроцессоров характерна трехшинная структура, содержащая шину адреса (ША), двунаправленную шину данных (ШД) и шину управления (ШУ)
В состав этих МПС, как правило, входят:
- шинный контролер для сопряжения устройств с системной шиной по параллельному интерфейсу;
- адаптер последовательного интерфейса для построения многопроцессорных систем или сопряжения источников и приемников сигналов, не увеличивающих нагрузку на системный интерфейс;
- специализированный процессор арифметической обработки сигналов (сопроцессор);
- ПЗУ команд и констант;
- ОЗУ операндов.
Для обеспечения работы МПС к их системному интерфейсу можно подключать устройства специализированной обработки арифметических алгоритмов, таких как быстрое преобразование Фурье, и устройства обработки аналоговых сигналов.
В состав таких устройств обработки аналоговых сигналов входят:
-аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи, обеспечивающие непосредственное сопряжение цифрового устройства обработки с аналоговыми сигналами датчиков и приемников;
- система памяти ПЗУ и ОЗУ;
- буферы данных, используемые для временного хранения (буферизации) данных при передаче между устройствами;
- МП, предназначенный для цифровой обработки аналоговых сигналов.
В рассматриваемых структурах МПС реализуются три способа организации (обслуживания) передачи информации:
1) программно-управляемая передача, инициируемая процессором;
2) программно-управляющая передача, инициируемая запросом прерывания от периферийного устройства;
3) прямой доступ к памяти (ПДП).
Микропроцессоры
Микропроцессор — это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления работой всех остальных блоков и выполнения арифметических и логических операций над информацией.
Микропроцессор выполняет следующие основные функции:
1. чтение и дешифрацию команд из основной памяти;
2. чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;
3. прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;
4. обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств;
5. выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.
В состав микропроцессора входят следующие устройства.
1. Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.
2. Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера. Выполняет следующие основные функции:
o формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;
o формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;
o получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов.
3. Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия компьютера, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.
4. Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами компьютера. Включает в себя:
o внутренний интерфейс микропроцессора;
o буферные запоминающие регистры;
o схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной. (Порт ввода-вывода — это аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору , другое устройство.)
Все микропроцессоры можно разделить на группы:
1. микропроцессоры типа CISC с полным набором системы команд;
2. микропроцессоры типа RISC с усеченным набором системы команд;
3. микропроцессоры типа VLIW со сверхбольшим командным словом;
4. микропроцессоры типа MISC с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и др.
Важнейшими характеристиками микропроцессора являются:
1. тактовая частота. Характеризует быстродействие компьютера. Режим работы процессора задается микросхемой, называемой генератором тактовых импульсов. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций выполняет микропроцессор за одну секунду. Тактовая частота измеряется в МГц;
2. разрядность процессора — это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция. Чем больше разрядность процессора, тем больше информации он может обрабатывать в единицу времени и тем больше, при прочих равных условиях, производительность компьютера;
Усилители мощности на ОУ
74. Усилители постоянного тока.
Усилитель называют усилителем постоянного тока (УПТ), если он может усиливать постоянные и медленно изменяющиеся сигналы. Такой усилитель можно использовать и для усиления переменных сигналов. К таким усилителям можно отнести и операционные усилители.
Для того, чтобы постоянные или медленно изменяющиеся сигналы могли быть переданы с входа усилителя на его выход, должны использоваться только гальванические связи между отдельными частями усилителя или эти сигналы должны быть преобразованы в переменные. Полученные переменные сигналы могут быть усилены с помощью усилителей переменного тока, в которых гальванические связи разорваны с помощью конденсаторов или трансформаторов. После усиления переменные сигналы должны быть преобразованы в постоянные или медленно изменяющиеся.
Характерным свойством УПТ является дрейф нуля. Под дрейфом нуля понимают самопроизвольное изменение выходного напряжения при неизменном нулевом входном под действием влияния внешней среды (изменений температуры, питающего напряжения, старения электронных элементов).
Основными методами снижения дрейфа являются жесткая стабилизация источников питания усилителей, использование отрицательных обратных связей, применение балансных компенсационных схем УПТ, использование элементов с нелинейной зависимостью параметров от температуры.
Для устранения отмеченных недостатков УПТ строят в виде параллельно-балансных каскадов, представляющих собой сбалансированный мост, который можно назвать дифференциальным усилителем.
Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах.
Схема дифференциального усилителя представлена на рис. 10.8.
Рис. 10.8.
Основная идея, реализованная в дифференциальном каскаде, состоит в использовании в одном целом двух совершенно одинаковых половин. Это приводит к тому, что выходное напряжение u вых.диф очень слабо зависит от входного синфазного напряжения и практически определяется только u вх.диф.
Дифференциальное входное напряжение определяется выражением
. (30) Коэффициент усиления по напряжению для дифференциального сигнала Кдиф описывается выражением
. (31)
Как известно, при увеличении начального тока в цепи эмиттера величина r э уменьшается, а при уменьшении увеличивается. Поэтому при увеличении тока i 0 коэффициент Кдиф увеличивается. Это позволяет изменять коэффициент усиления, изменяя начальный режим работы усилителя.
Атомы, энергетические уровни и зоны
В зонной теории твердое кристаллическое тело рассматривается как строго периодическая структура, в которой ионы создают электрическое поле. Задача состоит в описании поведения электронов в этом поле. Точное решение уравнения Шредингера для такой системы множества частиц невозможно. Существуют два, казалось бы, диаметрально противоположных метода решения задачи, которые, однако, приводят практически к одинаковым результатам.
2,Высокочастотные диоды входят в группу полупроводниковых диодов, которые прездназначены для обработки ВЧ сигналов. Существуют 2 разновидности высокочастотных диодов: 1 – детекторные ВЧ диоды, которые выделяют НЧ сигнал из модулированного. 2 – смесительные ВЧ диоды, которые предназначены для перемножения двух ВЧ сигналов.
3, Pin -диоды — разновидность диода, в котором между областями электронной (n) и дырочной (p) проводимости находится собственный (нелегированный, англ. intrinsic) полупроводник (i-область) Широкая нелегированная i-область делает pin-диод плохим выпрямителем (обычное применение для диода), но, с другой стороны, это позволяет использовать его в аттенюаторах (ослабителях сигнала), быстрых переключателях, фотодетекторах, а также в высоковольтной электронике.
Дата: 2019-07-24, просмотров: 254.
