![]() Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву ![]() Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Перечислите основные полупроводниковые материалы, используемые для изготовления электронных устройств.Стр 1 из 11Следующая ⇒
Контрольная работа по курсу “Электроника” Вариант 6
Выполнил: Лобанов В.А. Группа 3-70к Шифр 918036
Иваново 2021 Принципиальные отличия полевых транзисторов (МДП и МОП) от биполярных. Методы управления движением носителей заряда в полевых транзисторах. Полевые транзисторы в отличие от биполярных обладают меньшими собственными шумами на низких частотах. Поэтому их активно применяют в звукоусилительной технике. Так, например, современные микросхемы усилителей мощности низкой частоты для автомобильных CD/MP3-проигрывателей имеют в составе MOSFET-транзисторы. На приборной панели автомобильного ресивера можно встретить надпись “Power MOSFET” или похожую. Так производитель хвастается, давая понять, что он заботится не только о мощности, но и о качестве звука. Полевой транзистор, в сравнении с транзисторами биполярного типа, обладает более высоким входным сопротивлением, которое может достигать 10 в 9-й степени Ом и более. Эта особенность позволяет рассматривать данные приборы как управляемые потенциалом или по-другому - напряжением. На сегодня это лучший вариант создания схем с достаточно низким потреблением электроэнергии в режиме статического покоя. Данное условие особенно актуально для статических схем памяти имеющих большое количество запоминающих ячеек. Если говорить о ключевом режиме работы транзисторов, то в данном случае биполярные показывают лучшую производительность, так как падение напряжений на полевых вариантах очень значительно, что снижает общую эффективность работы всей схемы. Несмотря на это, в результате развития технологий изготовления полевых транзисторов удалось избавиться от этой проблемы. Современные полевые транзисторы обладают малым сопротивлением канала и прекрасно работают на высоких частотах. Полевой транзистор с управляющим p-nпереходом представляет собой транзистор, затвор которого отделен от каналаp-nпереходом. Канал может иметь электропроводность какn-типа, так иp-типа. Напряжение источника питанияUсиприкладывается к промежутку сток — исток таким образом, чтобы поток основных носителей (в каналеn-типа — электроны) двигался от истока к стоку. К промежутку затвор — исток прикладывается напряжениеUзи, запирающее управляющийp-n-переход транзистора. При изменении обратного напряжения наp-nпереходе изменяется площадь поперечного сечения канала и его сопротивление, а значит, и величина тока, протекающего через канал. В цепи затвора протекает малый обратный ток, в связи с этим необходима малая мощность от источника сигнала в цепи затвора для управления током стока.
Управление толщиной канала осуществляется напряжением Uзи, т.е. электрическим полем, возникающем в запирающем слое, без осуществления инжекции носителей. Поэтому такие транзисторы называются полевыми. При прямом включении управляющего p-nперехода возникает относительно большой прямой ток затвора и сопротивление участка затвор — исток резко уменьшается, поэтому нецелесообразно применять на практике такое включение. При увеличении обратного напряжения на затворе запирающий слой p-nперехода расширяется, уменьшая сечение канала. При некотором напряжении на затворе может произойти перекрытие. Напряжение между затвором и истоком, при котором канал перекрывается, а его сопротивление стремится к бесконечности и ток стока достигает заданного низкого значения, называют напряжением отсечки Uзи отс. При приложенииUзи отстранзистор должен закрываться полностью, но из-за наличия малых токов утечкиUзи отсопределяется при заданном малом значенииIс. В справочнике на каждый транзистор указывается ток стока, при котором измереноUзи отс.
Что вы знаете о триггерах? Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время. Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.
При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно биполярные и полевые транзисторы), в прошлом — электромагнитные реле, электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Используются, в основном, в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, ОЗУ. Триггеры подразделяются на две большие группы — динамические и статические. Названы они так по способу представления выходной информации. Динамический триггер представляет собой управляемый генератор, одно из состояний которого (единичное) характеризуется наличием на выходе непрерывной последовательности импульсов определённой частоты, а другое (нулевое) — отсутствием выходных импульсов. Смена состояний производится внешними импульсами. К статическим триггерам относят устройства, каждое состояние которых характеризуется неизменными уровнями выходного напряжения (выходными потенциалами): высоким — близким к напряжению питания и низким — около нуля. Статические триггеры по способу представления выходной информации часто называют потенциальными. Статические (потенциальные) триггеры, в свою очередь, подразделяются на две неравные по практическому значению группы — симметричные и несимметричные триггеры. Оба класса реализуются на двухкаскадном двухинверторном усилителе с положительной обратной связью, а названием своим они обязаны способам организации внутренних электрических связей между элементами схемы. Симметричные триггеры отличает симметрия схемы и по структуре, и по параметрам элементов обоих плеч. Для несимметричных триггеров характерна неидентичность параметров элементов отдельных каскадов, а также и связей между ними. Симметричные статические триггеры составляют основную массу триггеров, используемых в современной радиоэлектронной аппаратуре. Схемы симметричных триггеров в простейшей реализации (2х2ИЛИНЕ). Основной и наиболее общий классификационный признак — функциональный — позволяет систематизировать статические симметричные триггеры по способу организации логических связей между входами и выходами триггера в определённые дискретные моменты времени до и после появления входных сигналов. По этой классификации триггеры характеризуются числом логических входов и их функциональным назначением. Вторая классификационная схема, независимая от функциональной, характеризует триггеры по способу ввода информации и оценивает их по времени обновления выходной информации относительно момента смены информации на входах (рис. 6). Каждая из систем классификации характеризует триггеры по разным показателям и поэтому дополняет одна другую. К примеру, триггеры RS-типа могут быть в синхронном и асинхронном исполнении.
Асинхронный триггер изменяет своё состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала(ов), с некоторой задержкой равной сумме задержек на элементах, составляющих данный триггер. Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации С (от англ. clock). Этот вход также обозначают термином «такт». Такие информационные сигналы называют синхронными. Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим и с динамическим управлением по входу синхронизации С. Триггеры со статическим управлением воспринимают информационные сигналы при подаче на вход С логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход). Триггеры с динамическим управлением воспринимают информационные сигналы при изменении (перепаде) сигнала на входе С от 0 к 1 (прямой динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход). Также встречается название «триггер управляемый фронтом». Одноступенчатые триггеры (latch, защёлки) состоят из одной ступени представляющей собой элемент памяти и схему управления, бывают, как правило, со статическим управлением. Одноступенчатые триггеры с динамическим управлением применяются в первой ступени двухступенчатых триггеров с динамическим управлением. Одноступенчатый триггер на УГО обозначают одной буквой - Т. Двухступенчатые триггеры (flip-flop, шлёпающие) делятся на триггеры со статическим управлением и триггеры с динамическим управлением. При одном уровне сигнала на входе С информация, в соответствии с логикой работы триггера, записывается в первую ступень (вторая ступень заблокирована для записи). При другом уровне этого сигнала происходит копирование состояния первой ступени во вторую (первая ступень заблокирована для записи), выходной сигнал появляется в этот момент времени с задержкой равной задержке срабатывания ступени. Обычно двухступенчатые триггеры применяются в схемах, где логические функции входов триггера зависят от его выходов, во избежание временны́х гонок. Двухступенчатый триггер на УГО обозначают двумя буквами - ТТ. Триггеры со сложной логикой бывают также одно- и двухступенчатые. В этих триггерах наряду с синхронными сигналами присутствуют и асинхронные. Такой триггер изображён на рис. 1, верхний (S) и нижний (R) входные сигналы являются асинхронными.
Аналогово-цифровые схемы цифро-аналоговые (ЦАП) и аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Цифровые вычислительные синтезаторы (ЦВС). Трансиверы (например, преобразователь интерфейса Ethernet). Модуляторы и демодуляторы. Радиомодемы Декодеры телетекста, УКВ-радио-текста Трансиверы Fast Ethernet и оптических линий Dial-Up модемы Приёмники цифрового ТВ Сенсор оптической мыши Преобразователи напряжения питания и другие устройства на переключаемых конденсаторах Цифровые аттенюаторы. Схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с последовательным интерфейсом. Коммутаторы. ЗАДАЧА №1 Задание: Даны усилители на полевом транзисторе (рис. 1).
Определить следующие величины:
Примечание. Емкостью монтажа пренебречь. Величина нагрузки, тип и параметры полевого транзистора выбираются из таблицы.
Решение: Для схемы с общим истоком: Коэффициент усиления по напряжению Входное сопротивление на низких частотах создает только Rз, что видно из эквивалентной схемы. Следовательно, RВХ = RЗ = 1 МОм. Выходное сопротивление схемы определяется параллельным соединением Rн и rс. Учитывая, что RН < < rС, имеем. Входная ёмкость Для схемы с общим cтоком: Коэффициент усиления Входное сопротивление Rвх = Rз = 1 МОм Выходное сопротивление Входная ёмкость ЗАДАЧА №2 Задание: В усилителях на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером и общей базой (рис. 2) определить следующие величины:
Выбор рабочей точки не производить. Параметры транзистора, измеренные в схеме с общей базой, сопротивление в цепи коллектора, сопротивление генератора сигнала выбираются из таблицы Вариант |
Тип транзистора |
Параметры транзистора | Rк, кОм | RГ, Ом | ||||||||||||||||||||||||||||||||
h11б, Ом | h 12б | h 21б | h 22б, 1/Ом | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
6 | МП40 | 23 | -0,95 | 1,8 | 130 |
Решение:
Для схемы с общим эмиттером:
Найдем определитель системы уравнений четырёхполюсника для транзистора, включённого по схеме с общей базой:
Найдём h-параметры для схемы с общим эмиттером:
Коэффициент усиления по току
Коэффициент усиления по напряжению
Входное сопротивление усилителя
Выходное сопротивление усилителя на зажимах транзистора при и отключенной нагрузке (
)
Для схемы с общей базой:
Коэффициент усиления по току
Коэффициент усиления по напряжению
|
Входное сопротивление усилителя
Выходное сопротивление усилителя на зажимах транзистора при и отключенной нагрузке (
)
ЗАДАЧА №3
Задание:
Определить коэффициент усиления без обратной связи , коэффициент обратной связи
для схемы рис. 3 при
и при относительных коэффициентах усиления без обратной связи
и с обратной связью
.
Рис. 3. Усилитель с обратной связью |
Значения ,
и
выбираются из таблицы.
Вариант | ![]() | ![]() | ![]() |
6 | 600 | 0,7% | 75% |
Решение:
Отсюда
ЗАДАЧА №4
Задание:
Рассчитать источник питания с параметрическим стабилизатором, схема которого приведена на рис. 4. Исходные данные для расчета взять из таблицы
Вариант | U1(В) | U1min (В) | U1max (В) | Iн(мА) | Uвых (В) |
6 | 380 | 350 | 410 | 45 | ±12 |
Рис. 4. Схема электрическая принципиальная источника питания |
Решение:
Определяем коэффициент трансформации трансформатора
Минимальные напряжения на вторичных полуобмотках трасформатора
Минимальные эффективные напряжения на конденсаторах фильтра
Принимаем Uст = Uвых = 10 В. Балластные сопротивления
Ближайшее значение из ряда E24 с учётом допуска 5% – 47 Ом.
R1 = R2 = 47 Ом.
Максимальное напряжение на вторичных полуобмотках трансформатора
Максимальное напряжение на конденсаторах фильтра
Максимальная мощность, рассеиваемая на резисторах
Следуя правилу выбирать резистор мощностью в полтора-два раза больше расчётной, выбираем резистор мощностью 2 Вт. Таким образом подойдёт, например, резистор МЛТ–2–47 Ом ± 5%
Максимальная мощность, рассеиваемая на стабилитронах
Поскольку минимальный ток, потребляемый нагрузкой , то
Этим параметрам (12 В, 2 Вт) удовлетворяют, например, стабилитроны Д815Д
Максимальный ток через балластный резистор R1 (R2)
Допустимая величина тока во вторичной обмотке трансформатора
Допустимая величина обратного напряжения на диоде
Этим требованиям удовлетворяет, в частности, диод АД103А с Uобр = 50В и Iпр = 0,3 А
Емкость фильтра для двухполупериодной схемы выпрямления
ЗАДАЧА №5
Задание:
По заданному логическому выражению построить релейно-контактную и электрическую принципиальную схемы цифрового автомата. Заданные логические выражения взять из таблицы
Вариант | Логическая функция |
6 | ![]() |
Решение:
Построение устройства осуществляют, организуя параллельное и последовательное соединение контактов, принимая, что нормально-замкнутый контакт соответствует инверсии входной переменной, а нормально-разомкнутый – прямому значению переменной. Следуя данному правилу и учитывая, что логическое сложение выполняется при параллельном соединении контактов или цепочек, а логическое умножение – последовательному соединению, получаем искомую схему, приведенную на рис. 5
Рис. 5 |
Для выполнения той же логической функции на логических устройствах построена принципиальная схема, показанная на рис. 6.
Рис. 6 |
Если формулу упростить ,
,
, то получим
Рис. 7 |
Рис. 8 |
ЛИТЕРАТУРА
1. Ефимов, И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Физические и технологические основы, надежность: Учебное пособие – М.: Высшая школа, 1986.-464с.
2. Готра, З.Ю. Технология микропроцессорных устройств: Справочник – М.: Радио и связь, 1991.-528с.
3. Балашов Ю.С., Горлов М.И. Физические основы функционирования интегральных устройств микроэлектроники. Учебное пособие. - Воронеж: ВГТУ, 2002.-160с.
4. Горлов, М.И., Ануфриев Л.И. Обеспечение и повышение надежности полупроводниковых изделий в процессе серийного производства. - М.: Бесптринт, 2003.-202с.
5. Степаненко, И. П. Основы микроэлектроники: Учеб. пособие для вузов 2-е изд., перераб. и доп. — М.Лаборатория Базовых Знаний, 2004. — 488 с: ил. I 2.
6.Марголин, В,И., Жабрев В.А., Тупик В.А. Физические основы микроэлектроники. - М.: Издательский центр "Академия", 2008. - 400 с.
7. Епифанов, Г. И. Физические основы микроэлектроники. М.: «Советское радио», 1971, стр. 376.
Контрольная работа
по курсу
“Электроника”
Вариант 6
Выполнил: Лобанов В.А.
Группа 3-70к
Шифр 918036
Иваново 2021
Перечислите основные полупроводниковые материалы, используемые для изготовления электронных устройств.
Полупроводники, применяемые для изготовления электронных приборов и устройств. В полупроводниковой электронике используют главным образом кристаллические П. м. Большинство из них имеет кристаллическую структуру с тетраэдрической координацией атомов, характерной для структуры Алмаза.
Значительную роль в развитии полупроводниковой техники сыграл Селен: селеновые выпрямители долгое время оставались основными полупроводниковыми приборами, получившими массовое применение.
В начале 70-х гг. 20 в. наиболее распространённые П. м. — Кремний и Германий. Обычно их изготовляют в виде массивных Монокристаллов, легированных различными примесями. Легированные монокристаллы Si с удельным сопротивлением 10-3—104 Ом∙см получают преимущественно методом вытягивания из расплава (по Чохральскому), а легированные монокристаллы Ge с удельным сопротивлением 0,1—45 Ом∙см получают, кроме того, зонной плавкой (См. Зонная плавка). Как правило, примесные атомы V группы периодической системы (Р, As и Sb) сообщают кремнию и германию электронную проводимость, а примесные атомы III группы (В, Al, Ga, In) — дырочную. Si и Ge обычно используют для изготовления полупроводниковых диодов (См. Полупроводниковый диод), Транзисторов, интегральных микросхем и т.д.
Большую группу П. м. составляют химические соединения типа AIII BV (элементов III группы с элементами V группы) — арсениды, фосфиды, антимониды, нитриды (GaAs, InAs, GaP, lnP, InSb, AlN, BN и др.). Их получают различными методами изготовления монокристаллов как из жидкой, так и из газовой фазы. Синтез и выращивание монокристаллов обычно производят в замкнутых сосудах из высокотемпературных химически инертных материалов, обладающих высокой прочностью, поскольку давление насыщенного пара над расплавом таких элементов, как Р и As, сравнительно велико. Примеси элементов II группы придают этим П. м., как правило, дырочную проводимость, а элементов IV группы — электронную. П. м. этой группы используют в основном в полупроводниковых лазерах (См.Полупроводниковый лазер), светоизлучающих диодах (См. Светоизлучающий диод), Ганна диодах, фотоэлектронных умножителях (См.Фотоэлектронный умножитель), в качестве плёночных детекторов излучения в рентгеновской, видимой и инфракрасной областях спектра электромагнитных волн.
П. м. типа из которых наиболее широко применяют соединения ZnO, ZnS, CdS, CdSe, ZnSe, HgSe, CdTe, ZnTe, HgTe, получают преимущественно с помощью химических реакций в газовой фазе или сплавлением компонентов. Удельное сопротивление и тип проводимости этих П. м. определяются не столько легирующими примесями, сколько характерными для них структурными дефектами, связанными с отклонением их состава от стехиометрического (см. Стехиометрия). Использование П. м. этого типа связано главным образом с их оптическими свойствами и фоточувствительностью. Поэтому их применяют в фоторезисторах, фотоэлементах, электроннолучевых приборах и приборах ночного видения, модуляторах оптического излучения (см. Модуляция света) и т.д.
К П. м. относят также некоторые аморфные стеклообразные халькогенидные системы, например сплавы Р, As, Sb, Bi с Ge, S, Se, Te, и оксидные системы, например V2O5 — P2O5 — RxOy, где R — металлы I — IV групп, х — число атомов металла и у — число атомов кислорода в окисле. Их используют главным образом в качестве оптических покрытий в приборостроении.
Объясните процесс образования полупроводников р- и n-типов.
Характерной особенностью р—n-перехода является его односторонняя проводимость: он пропускает ток практически только в одном направлении (от полупроводника р-типа к полупроводнику п-типа).
Для получения р—n-перехода кристалл полупроводника (Ge, Si) с примесью р-типа (Ga, In) нагревается до температуры порядка 1000 К. При этой температуре пар примеси п-типа (As, Р), направляемый на поверхность кристалла, диффундирует в нее. При этом на поверхности кристалла образуется область, представляющая из себя полупроводник п-типа. Снаружи этот полупроводник покрывается защитной окисной пленкой. В едином монокристалле возникают два контактирующих друг с другом полупроводника р- и п-типа.
При образовании такого контакта свободные электроны из n-области благодаря тепловому движению начинают диффундировать в р-область (где их мало). Аналогично дырки из р-области (где их много) диффундируют в п-область.
При обмене частицами р-область приобретает отрицательный заряд, создаваемый нескомпенсированными отрицательными ионами акцептора (Ga"). Эти ионы образуются как в результате рекомбинации свободных электронов из n-области с дырками, так и за счет ухода дырок в n-область (рис.1, а).
В то же время п-область приобретает положительный заряд, образованный нескомпенсированными отрицательными ионами донора.
Эти ионы образуются как в результате ухода свободных электронов в р-область, так и в результате рекомбинации дырок из р-области с электронами.
Таким образом, в р—п-переходе образуется двойной электрический слой. Напряженность поля этого запирающего слоя направлена от n- к р-полупроводнику (от плюса к минусу), препятствуя дальнейшему разделению зарядов (рис. 1, б).
Запирающий слой — двойной слой разноименных электрических зарядов, создающий электрическое поле на р—п-переходе, препятствующее свободному разделению зарядов.
Разность потенциалов на запирающем слое у германия оказывается порядка U3 = 0,3 В. В некотором смысле запирающий слой аналогичен заряженному конденсатору.
Приложение к р-n переходу напряжения противоположной полярности — прямое включение: плюс — к р-полупро- воднику и минус — к полупроводнику га-типа, ослабляет запирающее поле. При этом на контакте вновь возникает движение зарядов электронов из n- в р-область, а дырок — из р- в га-область. При прямом включении р—n-перехода в цепь к источникам напряжения электрический ток протекает в прямом направлении: из р- в n-область. Чем больше приложенное напряжение, тем больше сила тока. Сила тока через р—n-переход резко возрастает, когда приложенная разность потенциалов превосходит напряжение на запирающем слое, т. е. при U > U3.
Обратное включение р—n-перехода, когда плюс внешнего источника напряжения подсоединяется к га-полупроводнику, а минус — к р-полупроводнику, увеличивает запирающее напряжение. Увеличение запирающего напряжения блокирует движение основных носителей тока (заряженных частиц, имеющих максимальную концентрацию) — электронов изга-области и дырок из р-области. Поэтому незначительный ток в р—n-переходе может протекать лишь вследствие движения неосновных носителей (заряженных частиц, концентрация которых значительно меньше концентрации основных носителей) — свободных электронов из р-области и дырок из га-области. Небольшая концентрация неосновных носителей приводит к тому, что при обратном включении ток через р—n-переход оказывается пренебрежимо малым.
Зависимость силы тока через р-n переход от напряжения, приложенного к нему, или вольт-амперная характеристика р-п-перехода приведена на рисунке 2.
Полупроводниковый диод. Выпрямление переменного тока. Для преобразования переменного тока в постоянный в электронных схемах используется полупроводниковый диод.
Полупроводниковый диод — элемент электрической системы, содержащий р—п-переход и два вывода для включения в электрическую цепь.
На электрических схемах полупроводниковый диод изображается символом, в котором направление стрелки соответствует направлению прямого тока через диод (от р- к n-по лупровод нику).
Способность р—n-перехода пропускать ток практически только в одном направлении используется для преобразования (с помощью диода) переменного тока, изменяющего свое направление, в постоянный (точнее пульсирующий) ток одного направления. Постоянное напряжение используется в электродвигателях и электронных схемах.
| Поделиться: |
Читайте также:
Последнее изменение этой страницы: 2021-07-18; просмотров: 83; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!
infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.221.136.167 (0.166 с.)