Курс лекций по электронике. Курс лекций Курс лекций 1 Введение 4 Полупроводниковые диоды 7. Лекции по электронике

Введение - Курс лекций по электронике

Введение

Электроника – это область науки и техники, которая занимается изучением физических основ функционирования, исследованием, разработкой и применением приборов, принцип действия которых основан на протекании электрического тока в вакууме, газе, в твердом теле. Такими приборами являются: электронные приборы (ток в вакууме), ионные приборы (ток в газе), полупроводниковые приборы. В настоящее время наиболее распространены полупроводниковые приборы.

Часть электроники, которая занимается вопросами применения различных приборов, называется промышленной электроникой. Она разделяется на два направления:

Информационная электроника – занимается вопросами управления различными процессами. К устройствам информационной электроники относятся: аналоговые усилители и преобразователи сигналов, генераторы сигналов, оптоэлектронные устройства, логические элементы, цифровые устройства, микропроцессорные системы. Они предназначены для измерения, обработки, передачи, хранения и отображения информации.
Энергетическая (силовая) электроника – занимается преобразованием параметров электроэнергии. К устройствам энергетической электроники относятся: выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, регуляторы напряжения.

В качестве примера на рис.1а показана структура электропривода с АД, где устройство управления УУ и система датчиков Д относятся к устройствам информационной электроники, а полупроводниковый преобразователь электроэнергии ПП - к устройствам энергетической электроники.

Начало развития электроники можно отнести к началу 20 века, когда в 1904 г. англичанин Д.Флеминг создал первую электронную лампу (диод). В 1906 г. американец Л.Форест, введя в диод управляющий электрод, получил триод, способный усиливать и генерировать электрические колебания. В России первую электронную лампу создал в 1914 г. Н.Д.Папалекси.

В 30-х годах началось активное изучение полупроводниковых материалов с целью их использования в электронике. Большой вклад в решение этой проблемы внесли теоретические работы советских физиков, возглавляемых академиком А.Ф.Иоффе.

В 1948 г. американскими учеными был изобретен первый полупроводниковый усилительный прибор – биполярный транзистор. Аналогичные приборы несколько позже разработали советские ученые А.В.Красилов и С.Г. Мадоян.

Обладая существенными преимуществами по сравнению с электронными лампами, транзисторы обусловили бурное развитие полупроводниковой электроники. Применение транзисторов в сочетании с печатным монтажом позволило получить малогабаритные электронные устройства с относительно малым потреблением электроэнергии.

В 1957 г. фирмой General Electric был создан тиристор.

В 1958 г. появился первый полевой транзистор.

Дальнейший скачок в развитии электроники стал возможен с появлением интегральных микроэлектроных схем. Первая интегральная микросхема была анонсирована в 1959 г. американцем Килби. Интегральная микросхема (ИС) – это электронное устройство, элементы которого изготовляются в едином технологическом цикле, т.е. одновременно, на едином основании - подложке. Промышленный выпуск ИС был начат в начале 60-х годов. Первая цифровая интегральная микросхема ТТЛ-логики появилась в 1961 г., первый интегральный операционный усилитель A709 был разработан в 1964 г. двадцатичетырехлетним американским ученым Р. Видларом (спустя два года после окончания университета, где он получил степень бакалавра). Все это способствовало бурному прогрессу в развитии информационной электроники и микроминиатюризации электронных устройств. Эти тенденции получили еще большее развитие с появлением больших (БИС – 1969 г.), а затем и сверхбольших (СБИС – 1975 г.) интегральных микросхем, которые позволили разработать и внедрить во все сферы деятельности человека микроЭВМ. Основным элементом в таких ЭВМ стал микропроцессор – СБИС, содержащая десятки и сотни тысяч элементов на одном кристалле. Первый четырехразрядный микропроцессор был изготовлен фирмой Intel в 1971 г., а на следующий год - восьмиразрядный.

В настоящее время интегральные микросхемы и дискретные полупроводниковые приборы стали основной элементной базой современных устройств промышленной электроники. Совместно с ними применяются резисторы, конденсаторы, дроссели.

1. Полупроводниковые диоды

1.1. Принцип работы диода

Основой современных полупроводниковых приборов является кремний или германий. Чтобы полупроводниковый элемент был пригоден для создания электронного устройства, в него необходимо добавить примесь. Существует два типа полупроводников c примесями: n–типа и p–типа. Для получения полупроводника n–типа в него добавляют донорную примесь (например, мышьяк, сурьма), которая обеспечивает появление в межатомном пространстве свободных электронов, а в кристаллической решетке появляется такое же количество неподвижных положительных ионов донора. Для получения полупроводника р–типа в него добавляют акцепторную примесь (например, индий, галлий), которая обеспечивает появление в межатомном пространстве свободных дырок, а в кристаллической решетке появляется такое же количество неподвижных отрицательных ионов акцептора. Дырка – это место в кристаллической решетке полупроводника, где недостает электрона. Положительный ион – это атом, потерявший электрон, а отрицательный ион – это атом, получивший электрон. В твердых телах атомы неподвижны, т.к. закреплены в узлах кристаллической решетки.

В полупроводниках n–типа ток переносят отрицательно заряженные частицы – электроны, а в полупроводниках p–типа – положительно заряженные частицы – дырки. Перемещение дырок – это перемещение мест с отсутствующими электронами в результате движения электронов.

Основой полупроводникового диода является двухслойная структура, созданная на основе кристалла полупроводника, имеющего две области. В одну область кристалла вводится донорная примесь (n- область), а в другую – акцепторная (p- область). Структура полупроводникового диода имеет вид, показанный на рис.1.

Граница раздела двух областей с различной проводимостью называется. p-n переходом. Из-за встречной диффузии через p-n переход дырок (из р- в n- область) и электронов (из n- в р- область) в тонком слое вблизи p-n перехода происходит рекомбинация (взаимная компенсация) дырок и электронов (дырки заполняются электронами). В результате между р- и n- областями образуется так называемый обедненный слой, который имеет очень мало свободных носителей заряда. Как только электроны покидают n- область, в ней начинает действовать суммарный заряд лишних положительных ионов, который будет тянуть свободные электроны обратно и препятствовать их движению в сторону р-n перехода. Точно также, когда дырки покидают p- область, в ней начинает действовать суммарный заряд лишних отрицательных ионов, который будет тянуть свободные дырки обратно и препятствовать их движению в сторону р-n перехода. Заряды неподвижных ионов примесей оказываются не скомпенсированы и создадут по обе стороны p-n перехода область объемного заряда – рис.1. Этот объемный заряд образует потенциальный барьер. Энергия носителей зарядов оказывается недостаточной, чтобы преодолеть этот барьер, поэтому их диффузия прекращается.

Если к полупроводниковому диоду приложить внешнее напряжение так, чтобы его положительный потенциал присоединен к p-слою, то дырки и электроны будут как бы отталкиваются источником внешнего напряжения в сторону р-n перехода. Потенциальный барьер уменьшается, переход зарядов через границу и их взаимная компенсация возрастают, следовательно, через диод будет протекать ток. Источник будет поставлять в n-слой новые электроны, а в p-слое создавать новые дырки.

При противоположном знаке напряжения электроны притягиваются к положительному потенциалу источника, а дырки  к отрицательному, потенциальный барьер в области p-n перехода увеличивается, переход зарядов через границу и, следовательно, ток через диод может прекратиться.

Полупроводниковый диод – это своеобразный конденсатор: области n и p можно рассматривать как обкладки конденсатора, а p-n переход – как изолятор между обкладками. Различают диффузионную (при прямом приложенном напряжении) и барьерную (при обратном напряжении) емкости диода. Емкость полупроводникового диода – это бесплатное приложение к его основному свойству – к односторонней проводимости. Во многих случаях это свойство является вредным, т.к. ухудшает работу диода на высоких частотах, в импульсных режимах и обуславливает его инерционность.

Изображение диода на электрической схеме показано на рис. 2. Вывод p-слоя называется анодом (А). Вывод n-слоя называется катодом (К).

Включение диода в простейшую электрическую цепь показано на рис. 3, 4. На рис.3 диод является проводником, поэтому в цепи должен быть элемент, ограничивающий ток. Таким элементом является резистор Rн. Ток через него равен: I=(U  Uпр)/Rн.Uпр0, поэтому I=U/Rн; URн=IRн=U.

При обратном включении диода через него протекает незначительный обратный ток. Для диодов на малые токи обратный ток может составлять десятки нА, у больших диодов  десятки mА. Схема при обратном включении диода представлена на рис. 4. Для нее U=URн+Uобр, URн=IобрRн0, т.к. Iобр 0, поэтому U=Uобр.

Часто диод включен в схему, где приложенное напряжение является переменным. Виды этих напряжений:

1. Синусоидальное, показано на рис. 5.

2. Прямоугольное, показано на рис.6

3. Треугольное.

4. Экспоненциальное.

topuch.ru

Основы электротехники и электроники: Курс лекций

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Электромеханический факультет

Кафедра теоретических основ электротехники

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ

Курс лекций для студентов специальности

«Экономика и управление на предприятии электромашиностроения»

Лектор – к. т. н. Бланк Алексей Валерьевич

Новосибирск

2006

СОДЕРЖАНИЕ

Электрическая цепь и ее элементы ................................................ 3
Источники ЭДС и источники тока ................................................. 6
Последовательное и параллельное соединение элементов цепи 8
Основные законы электрических цепей ...................................... 10
Система уравнений по законам Кирхгофа для расчета токов цепи .................................................................................................. 14
Баланс мощности в электрической цепи .................................... 16
Метод пропорционального пересчета .......................................... 18
Метод контурных токов ................................................................. 19
Метод наложения ............................................................................ 26
Преобразование звезды в треугольник и треугольника в звезду ............................................................................................................ 29
Свертка параллельных ветвей в одну эквивалентную ................ 32
Вынесение ЭДС и источника тока из ветви ................................ 34
Метод узловых потенциалов ......................................................... 37
Теорема о компенсации ................................................................. 43
Метод эквивалентного генератора ............................................... 44
Электрические цепи синусоидального тока ................................ 48
Векторные диаграммы ................................................................... 53
Символический метод .................................................................... 55
Мощность синусоидального режима ........................................... 64
Последовательное соединение элементов RLC ........................... 69
Параллельное соединение элементов RLC .................................. 73
Последовательный резонанс (резонанс напряжений) ................ 76
Параллельный резонанс (резонанс токов) ................................... 80
Цепи с магнитной связью .............................................................. 86
Трехфазные цепи ............................................................................ 90
Нелинейные электрические цепи ................................................. 98
Магнитные цепи ........................................................................... 106
Электрические машины ............................................................... 111
Электронные преобразователи тока и напряжения .................. 117

Список литературы ....................................................................... 129

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Рис. 1.1.

На Рис. 1.1 изображена электрическая цепь – совокупность элементов, предназначенных для распределения и преобразования электрической энергии.

В электрической цепи различают источники и приемники электрической энергии, ветви и узлы.

Источники энергии (источники ЭДС и источники тока, Рис. 1.2.) – это элементы цепи, в которых неэлектрические виды энергии преобразуются в электрическую энергию.

Рис. 1.2.

К приемникам энергии относят резистивные и реактивные элементы.

В резистивных элементах (Рис. 1.3) электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Резисторы

Рис. 1.3.

Реактивные элементы – это катушки индуктивности и конденсаторы (Рис. 1.4). В индуктивностях происходит накопление энергии в магнитном поле. В конденсаторах происходит накопление энергии в электрическом поле.

Рис. 1.4.

Для описания распределения энергии в электрической цепи используются такие силовые характеристики как электрический потенциал, напряжение и ток.

Электрический потенциал (обозначается буквой , имеет размерность В, Вольт) – это функция, определяющая распределение энергии между элементами электрической цепи (Рис. 1.5).

Потенциал можно определить лишь с точностью до произвольной постоянной величины. Поэтому перед расчетом цепи необходимо задать потенциал некоторой точки цепи (обычно потенциал произвольной точки приравнивают нулю).

Если между двумя точками ветви отсутствуют источники и потребители, потенциалы этих двух точек равны.

Рис. 1.5.

Напряжение (обозначается буквой U, имеет размерность В)– это разность потенциалов между двумя точками электрической цепи (Рис. 1.6). Напряжение обозначается стрелкой, направленной от большего потенциала к меньшему. Первый индекс всегда соответствует большему потенциалу, второй – меньшему.

Напряжение – величина векторная. Если поменять направление стрелки или порядок чередования индексов, изменится знак напряжения.

Рис. 1.6.

Ток (обозначается буквой I, имеет размерность А, Ампер) обозначается стрелкой на ветви (Рис. 1.7). Ток, как и напряжение, направлен от большего потенциала к меньшему.

В отличие от тока и напряжения, ЭДС направлена от меньшего потенциала к большему.

Рис. 1.7.

Ток связан с ветвями и узлами цепи следующим образом.

Ветвь – это участок цепи, по которому течет один и тот же ток.

Узел – это соединение не менее чем трех ветвей.

Необходимо заметить, что до расчета электрической цепи истинное распределение потенциала, направление токов и напряжений неизвестно. Поэтому перед началом расчета направление токов и напряжений задают произвольно. Если рассчитанное значение тока или напряжения окажется отрицательным, это будет означать, что истинное его направление противоположно заданному до расчета.

Ток в ветви связан с напряжением однозначной зависимостью, которую называют вольт-амперной характеристикой (Рис. 1.8). Вольт-амперная характеристика может иметь произвольную форму (Рис. 1.8 а), и в частности, может быть линейной (Рис. 1.8 б).

Рис. 1.8

Если вольт-амперная характеристика элемента линейна, элемент называется линейным. Цепь, состоящая только из линейных элементов, называется линейной электрической цепью.

Для линейных элементов справедливо соотношение (называемое также законом Ома для пассивного участка цепи):

(1.1)

где R – коэффициент пропорциональности между током и напряжением, называемый сопротивлением элемента (имеет размерность Ом).

Сопротивление можно также определить как тангенс угла наклона вольт-амперной характеристики к оси тока.

vunivere.ru

Лекции по электронике5 - Курс лекций 1 семестр Под редакцией Савостина П. И. Москва 2002 Оглавление Оглавление 2 Основы электроники 5

Под редакцией Савостина П. И.

Оглавление: 2

Основы электроники 5

Электрические сигналы можно разбить на 2 группы: 5

Усилители электрических сигналов 5

Структура и эквивалентная схема УЭ 6

Основные характеристики и параметры усилителей 7

Многокаскадные усилители 7

Задача 8

АЧХ усилителей и их ФЧХ 9

ФЧХ 10

Амплитудная характеристика 11

Нелинейные искажения 12

Это искажения формы входного сигнала. 12

Обратные связи в усилителях и их влияние на характеристики 13

Структуры усилителей с ОС 14

Виды ОС 15

Последовательная ОС 15

По току 15

Влияние ОС на коэффициент усиления 15

ООС уменьшает усиление усилителя 16

Влияние ООС на стабильность коэффициента усиления 16

Задача 16

Усилители электрических сигналов на биполярных и полевых транзисторах 18

БТ 18

ПТ 18

Схемы усилителей ОЭ на БТ 21

Усилители ОЭ с фиксированным током базы с ООС 23

Усилитель ОЭ с фиксированным напряжением базы 25

Усилитель ОЭ с эммитерной стабилизацией 25

Выбор ёмкостей 26

Усилители с общей базой 26

Схема ОБ с одним источником питания 27

Использование базового делителя Rб1 и Rб2 позволяет обойтись одним источником питания. 27

Усилитель с ОК 28

Сравнительная характеристика усилителей на БТ 29

Эквивалентные линейные модели БТ, используемые при расчетах усилителей. 29

Взаимосвязь моделей 30

ОБ 30

Эквивалентная схема усилителя ОЭ в области СЧ 31

Как правило 1/ h32 Rкн  КI  h31 =  усилитель ОЭ усиливает по току 31

В общем случае входное и выходное сопротивления усилителя зависят как от самого усилителя для Rвх = h21 для Rвых = 1/h32, так и от нагрузки для Rвх = Rкн, для Rвых = Rг. 31

Усилитель ОЭ в области нижних частот. Влияние разделительных емкостей 32

Усилитель ОЭ на ВЧ 35

Усилительные параметры схем ОБ и ОК 38

Усилитель ОК 39

Усилитель ОЭ с Rэ 40

Коэффициент усиления ОЭ определяется отношением Rк к Rэ (при анализе и расчетах). 41

Усилители на ПТ 41

Усилитель с общим истоком 41

Эквивалентная схема усилителя ОИ 42

У самих ПТ очень большое Rвх, поэтому и усилители на ПТ характеризуются большими Rвх. 43

Эквивалентная схема в области ВЧ 43

Усилитель с общим затвором 44

Усилитель с общим стоком (истоковый повторитель) 45

Усилители на составных транзисторах 47

Примеры построения составных транзисторов ПТ и БТ 48

Усилитель на составном ПТ, БТ транзисторе 49

Усилители с динамической нагрузкой 49

Источники тока 51

Токовое зеркало с масштабированием токов 52

Если R1 > R2, то I0 > I1. 52

Если R1

Однако введение R1 все же не до конца устраняет влияние эффекта Эрме, т. е. изменение толщины базы при изменении Uкэ, что приводит к изменению  = f(Uкэ). Это означает, что выходное сопротивление такого источника все же не очень высокое. 52

Часто бывает необходимо, чтобы 52

Многовыводные источники тока 54

Масштабирование токов с помощью транзисторов 55

Источники тока на ПТ 56

В рассматриваемой схеме ток, который задается транзистором, это 56

Многокаскадные усилители 57

ОЭ – ОЭ * 57

Примеры реализации 57

Каскадный усилитель 59

ОЭ – ОБ 59

Усилитель двойка 60

Усилители постоянного тока (УПТ) 61

Основные проблемы при построении УПТ 61

Дрейф многокаскадного усилителя 62

Структура и принцип работы усилителей МДМ 63

Диаграмма сигналов в основных точках усилителя 65

Дифференциальные усилители (ДУ) 66

ДУ на БТ 67

Его свойства 67

Усилительные параметры ДУ в режиме малого сигнала 68

ДУ четвертого поколения 72

ДУ на ПТ 73

Операционные усилители (ОУ) 73

Не инвертирующий усилитель на ОУ 78

ДУ на ОУ (разностный) 80

Или 80

Сумматор на ОУ 81

Схема интегрирования на ОУ 82

Схема дифференцирования на ОУ 83

Логарифматор на ОУ 84

Схема потенцирования на ОУ (антилогарифмирования) 85

Схемы умножения 86

Схемы выделения модуля сигнала ОУ 89

Однополупериодная схема 89

Двухполупериодная схема 90

Схема на 2-х ОУ с заземленной нагрузкой 90

Схема выпрямления (двухполупериодного) на одном ОУ 91

Преобразователь модуля напряжения в ток 91

Двухполупериодный выпрямитель с заземленной нагрузкой 92

Фазочувствительные выпрямители. (Схемы управления знаком входного сигнала) 93

Двухполупериодный выпрямитель с «идеальным» диодом 94

Усилители ограничители 95

Для ограничения Uвых используются нелинейные элементы, имеющие нелинейные ВАХ порогового типа. Например, стабилитроны. 95

Частотно зависимые схемы усиления на ОУ. Фильтры 97

Фильтры электрических сигналов. Исходные положения. 97

Фильтры 1-го порядка 99

Полосовой фильтр (усилитель переменного тока) 103

Фильтры 2-го порядка на ОУ 103

Фильтры высоких порядков (n > 2) 106

Фильтры на гираторах 107

Универсальные фильтры на ОУ 108

Структура универсального фильтра 2-го порядка на 3-х ОУ 108

Фазовые фильтры на ОУ 109

Генераторы сигналов на ОУ 111

Обобщенная структура генератора синусоидальных сигналов 111

Частотно-избирательные цепи, используемые в генераторах 112

RC частотно-избирательные цепи 114

Квазирезонансные RC цепи: 114

Практические схемы генераторов синусоидальных сигналов 117

Генераторы импульсных сигналов 119

Мультивибратор на ОУ 120

Симметричный мультивибратор 122

Несимметричный мультивибратор (автоколебательный) 122

Заторможенный мультивибратор (МВ) или одно вибратор (ждущий МВ). 123

Компараторы 125

Триггер Шмидта 127

historich.ru

Конспект лекций по курсу "компьютерная электроника"

Министерство образования и науки украины

Донецкий Национальный Технический Университет

Модуль 1

Донецк - 2013 г.

Учебное издание

Конспект лекций по курсу " компьютерная электроника"

Модуль 1

для студентов специальностей:

7.091501 "Компьютерные системы и сети"

7.091502 - "Системное программирование"

Составитель: Краснокутский Владимир Алексеевич

У т в е р ж д е н о

на заседании кафедры ЭВМ

протокол № от

Донецк - 2013

УДК 681.3-681.375

Конспект лекций по курсу "Компьютерная электроника". Краснокутский В.А. - Донецк: ДонНту, 2010 г.- 50 с.

Конспект лекций по курсу "компьютерная электроника" рекомендуется для студентов специальностей 7.091501 "Компьютерные системы и сети", и 7.091502 - "Системное программирование". Материал лекций посвящен изучению основ микроэлектроники и является базовым для дисциплины "Аналоговая схемотехника". В лекциях рассмотрены методические и схемотехнические основы построения дискретной элементной базы электроники. Для изучение материалов лекций целесообразно использовать один из пакетов программ моделирования электронных схем, например, MicroCAP.

Составитель: Краснокутский В.А.

Ответственный

за выпуск: Лапко В.В.

Рецензент: Гусев Б.С.

СОДЕРЖАНИЕ


1.	ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРОНИКУ		5
	1.1.	Ток, напряжение, анергия и мощность в электрической цепи	5
	1.2.	Элементы электронных схем	6
	1.3.	Динамическое сопротивление	8
	1.4.	Источники тока и напряжения	8
	1.5.	Делитель напряжения	11
	1.6.	Теорема об эквивалентном генераторе	11
	1.7.	Контрольные вопросы	12
2.	СИГНАЛЫ. ПАССИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ		13
	2.1.	Сигналы	13
	2.2.	Частотные характеристики	14
	2.3.	Простейшие электрические фильтры	15
	2.4	Контрольные вопросы	20
3.	ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ		21
	3.1.	Выпрямительные и импульсные диоды	21
	3.2.	Стабилитроны	24
	3.3.	Светодиоды	25
	3.4.	Фотодиоды	25
	3.5.	Оптроны	26
	3.6.	Контрольные вопросы	26
4.	БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР		28
	4.1.	Общие сведения. Схемы включения биполярных транзисторов	28
	4.2.	Характеристики биполярного транзистора	29
	4.3.	Модели биполярных транзисторов	31
	4.4.	Эффект Эрли	35
	4.5.	Зависимость параметров транзистора от температуры	35
	4.6.	Работа схемы с общим эмиттером	35
	4.7.	Контрольные вопросы	38
5.	ПОЛЕВЫЕТРАНЗИСТОРЫ		39
	5.1.	Классификация полевых транзисторов	39
	5.2.	Полевые транзисторы с управляющим p-nпереходом	40
	5.3.	МОП (МДП) транзисторы	42
	5.4.	Контрольные вопросы	44
	СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ		44

studfiles.net

теоретические основы электротехники, промышленная электроника

Содержание курса лекций
Глава 1. Электрические цепи постоянного тока.
1.1. Основные понятия об электрической цепи.
1.2. Ток, напряжение и мощность в электрической цепи.
1.3. Источники в электрических цепях.
1.3.1. Источник напряжения.
1.3.2. Источник тока.
1.4. Сопротивление или резистивный элемент.
1.5. Задача анализа цепи. Законы Кирхгофа.
1.6. Режимы работы электрических цепей.
1.7. Уравнение баланса мощности в электрических цепях.
1.8. Методы расчета электрических цепей.
1.8.1. Метод непосредственного использования законов Кирхгофа.
1.8.2. Метод эквивалентных структурных преобразований.
1.8.3. Метод контурных токов.
1.8.4. Метод узловых напряжений.
1.8.5. Метод наложения.
1.8.6. Метод эквивалентного генератора.
1.9. Нелинейные электрические цепи постоянного тока.
1.9.1. Нелинейные элементы электрических цепей, их вольтамперные характеристики и сопротивления.
1.9.2. Графоаналитический метод расчета нелинейных электрических цепей.
1.10. Мостовые электрические цепи.
Глава 2. Электрические цепи однофазного синусоидального тока.
2.1. Синусоидальный ток и основные характеризующие его величины.
2.2. Среднее и действующее значение синусоидального тока и ЭДС.
2.3. Сложение синусоидальных функций времени. Векторные диаграммы. Основы символического метода расчета.
2.4. Пассивные элементы электрической цепи.
2.5. Резистивный элемент.
2.6. Индуктивный элемент в цепи синусоидального тока.
2.7. Емкостный элемент в цепи синусоидального тока.
2.8. Последовательное соединение элементов r, L, C.
2.9. Параллельное соединение элементов r, L, C.
2.9.1. Мощность в цепи синусоидального тока. Комплексная мощность.
2.10. Законы Кирхгофа и уравнение энергетического баланса в комплексной форме.
2.11. Резонанс в цепях синусоидального тока.
2.11.1. Резонанс напряжений.
2.11.2. Резонанс токов.
2.12. Резонанс напряжений и токов в разветвленных цепях.
Глава 3. Трехфазные системы.
3.1. Общие положения.
3.2. Источники электрической энергии.
3.3. Потребители электрической энергии.
3.4. Соединение треугольником.
3.5. Соединение звездой.
3.6. Мощности в трёхфазной системе.
Глава 4. Периодические несинусоидальные ЭДС, токи и напряжения в электрических цепях.
4.1. Причины возникновения периодических несинусоидальных ЭДС, токов и напряжений.
4.2. Способы представления периодических несинусоидальных величин.
4.3. Основные соотношения для несинусоидальных величин.
4.3.1. Максимальные значения несинусоидальных величин.
4.3.2 Действующие значения несинусоидальных величин.
4.3.3. Средние значения несинусоидальных величин.
4.3.4. Коэффициенты, характеризующие несинусоидальные величины.
4.4. Понятие о расчете активной и полной мощности линейных электрических цепей при несинусоидальных напряжениях и токах.
4.5. Анализ линейных электрических цепей при несинусоидальном напряжении источника питания.
4.6. Влияние резистивного, индуктивного и емкостного элементов цепи на форму кривой тока. Резонансные явления.
Глава 5. Переходные процессы в линейных цепях.
5.1. Введение.
5.2. Включение цепи r, L к источнику постоянного напряжения.
5.3. Короткое замыкание цепи с резистором и индуктивностью.
5.4. Включение цепи r, L к источнику гармонического напряжения.
5.5. Включение в цепь r, C к источнику постоянного напряжения.
5.6. Короткое замыкание в цепи с резистором и емкостью.
5.7. Включение цепи r, C к источнику синусоидального напряжения.
Глава 6. Магнитные цепи при постоянной магнитодвижущей силе (МДС). Трансформаторы.
Глава 7. Электрические измерения и приборы.
Глава 8. Принцип действия, элементы конструкции и характеристики основных типов электрических машин.
8.1. Общие сведения.
8.1.1. Преобразование энергии связано с вращающимися магнитными полями.
8.1.2. Для обеспечения непрерывного преобразования энергии необходимо, чтобы поле хотя бы одной из обмоток периодически изменялось бы в пространстве.
8.1.3. Однонаправленный момент создают только взаимно неподвижные поля.
8.1.4. Процесс электромеханического преобразования энергии в любой электрической машине обратим.
8.2. Принцип действия коллекторных машин постоянного тока.
8.2.1. Простейшая модель МПТ.
8.2.2. Особенности конструкции и работы реальных машин постоянного тока.
8.3. Характеристики МПТ при различных способах возбуждения.
8.3.1. МПТ с независимым возбуждением.
8.3.2. МПТ с последовательным возбуждением.
8.3.3. МПТ со смешанным возбуждением.
8.4. Принцип действия и характеристики асинхронных машин.
8.4.1. Простейшая модель асинхронной машины.
8.4.2. Особенности конструкции реальных асинхронных машин.
8.4.3. Основные соотношения для асинхронного двигателя.
8.4.4. Однофазные асинхронные двигатели.
8.4.5. Единые серии асинхронных машин.
8.5. Принцип действия и характеристики синхронных машин.
8.5.1. Простейшая модель синхронной машины.
8.5.2. Особенности конструкции и характеристики реальных синхронных машин.
8.5.3. Синхронные шаговые двигатели.
8.6. Потери мощности и энергетические характеристики электрических машин.
Глава 9. Функциональные схемы управления электроприводами.
9.1. Схема 1.
9.2. Схема 2.
9.3. Схема автоматического управления асинхронным двигателем в функции скорости.
9.4. Схема автоматического управления динамическим торможением асинхронного двигателя.
9.5. Схема автоматического управления двигателем постоянного тока.
9.5.1. Автоматизация пуска двигателя.
9.5.2. Автоматизация реверса.

Источник информации: «Кафедра ФН7» МГТУ им. Баумана

Предисловие
Введение
Раздел 1. Физические основы электротехники
Лекция 1. Уравнения электромагнитного поля и способы описания электромагнитных явлений. Понятие об электрическом токе
Лекция 2. Основные понятия и законы электрической цепи
Раздел 2. Электрические воздействия и сигналы
Лекция 3. Гармонические воздействия и способы их описания
Лекция 4 Периодические негармонические воздействия и способы их описания
Лекция 5. Непериодические воздействия и способы их описания
Раздел 3. Элементы электрических цепей
Лекция 6 Источники напряжения и тока
Лекция 7. Резистивные элементы в электрической цепи
Лекция 8. Индуктивные элементы в электрической цепи
Лекция 9. Емкостные элементы в электрической цепи
Лекция 10 Индуктивно связанные элементы
Лекция 11. Активные элементы в электрической цепи
Лекция 12. Преобразователи сопротивлений и проводимостей пассивных элементов
Раздел 4. Расчет электрических цепей в стационарном режиме
Лекция 13. Расчет цепей синусоидального переменного тока по мгновенным значениям
Лекция 14. Расчет цепей синусоидального переменного тока по комплексным значениям
Лекция 15. Расчет цепей при несинусоидальном периодическом напряжении
Лекция 16. Резонансы в электрических цепях
Лекция 17. Энергия и мощность в электрических цепях
Раздел 5. Расчет электрических цепей в нестационарном режиме
Лекция 18. Расчет переходных процессов по мгновенным значениям
Лекция 19. Расчет переходных процессов по комплексным значениям
Раздел 6. Методы расчета сложных электрических цепей
Лекция 20. Топология электрических цепей и их эквивалентные преобразования
Лекция 21. Расчет электрических цепей по законам Кирхгофа
Лекция 22. Расчет электрических цепей методом узловых напряжений
Лекция 23. Расчет электрических цепей методом контурных токов
Лекция 24 Расчет электрических цепей методом сигнальных графов
Раздел 7. Трехфазные цепи
Лекция 25. Трехфазные цепи при соединении звездой
Лекция 26. Трехфазные цепи при соединении треугольником
Раздел 8. Электрические фильтры
Лекция 27. Пассивные электрические фильтры
Лекция 28. Активные электрические фильтры
Раздел 9. Цели с распределенными параметрами
Лекция 29. Линии передачи с потерями в стационарном режиме
Лекция 30 Линия без потерь в стационарном режиме
Лекция 31. Нестационарные процессы в длинных линиях
Раздел 10. Нелинейные электрические цепи в стационарном режиме
Лекция 32. Электрические цепи с нелинейными резистивными элементами
Лекция 33. Электрические цепи с нелинейными реактивными элементами
Контрольные вопросы ЛИТЕРАТУРА

Купить книгу Теоретические основы электротехники: Курс лекций

СОДЕРЖАНИЕ
ЛЕКЦИЯ № 1. Постоянный ток
1. Электрическая цепь
2. Законы Кирхгофа
3. Работа и мощность электрического тока
ЛЕКЦИЯ № 2. Расчет электрических цепей постоянного тока
1. Эквивалентные схемы источника электрической энергии
2. Применение законов Кирхгофа для расчета электрических цепей
3. Метод преобразования схемы
4. Метод узлового напряжения
5. Метод контурных токов
6. Метод эквивалентного генератора
ЛЕКЦИЯ № 3. Электрическое поле и емкость электротехнических устройств
1. Электрическое поле Диэлектрическая проницаемость и электрическая постоянная
2. Емкость и конденсатор
3. Электрические свойства изоляционных материалов
ЛЕКЦИЯ № 4. Электромагнитные расчеты
1. Основные характеристики магнитного поля тока
2. Закон полного тока
3. Расчет магнитной цепи
4. Электромагнитная индукция
5. Электродвижущая сила, индуктируемая в катушке, и потокосцепление
6. Индуктивность
ЛЕКЦИЯ № 5. Синусоидальный переменный ток
1. Синусоидальный ток
2. Действующие значения переменных токов и напряжений
3. Закон Ома для простейших цепей переменного тока
4. Последовательное соединение индуктивности и активного сопротивления
5. Построение векторных диаграмм
6. Последовательное соединение активных сопротивлений, индуктивностей и емкостей
7. Параллельное соединение приемников переменного тока
8. Смешанное соединение приемников переменного тока
9. Полная и реактивная мощности
10. Явления резонанса в цепях переменного тока
ЛЕКЦИЯ № 6. Трехфазная система
1. Соединение по схеме «звезда»
2. Соединение по схеме «треугольник»
3. Активная, реактивная и полная мощности трехфазной симметричной системы
4. Расчет трехфазной цепи при симметричной нагрузке
5. Расчет трехфазной несимметричной цепи
ЛЕКЦИЯ № 7. Несинусоидальные периодические токи
1. Общие сведения
ЛЕКЦИЯ № 8. Трансформаторы
1. Общие сведения
2. Холостой ход трансформатора
3. Построение векторных диаграмм нагруженного трансформатора
4. Параметры и векторная диаграмма приведенного трансформатора
5. Эквивалентная схема трансформатора и ее векторная диаграмма
6. Короткое замыкание трансформатора
7. Коэффициент полезного действия трансформат и его зависимость от нагрузки
8. Особенности трехфазных трансформаторов
9. Устройство сердечника (магнитопровода) и обмоток
10. Измерительные трансформаторы
ЛЕКЦИЯ № 9. Электрические измерения
1. Меры, измерительные приборы и методы измерений
2. Числовые выражения погрешностей измерения и классы точности
3. Системы электроизмерительных приборов
ЛЕКЦИЯ № 10. Асинхронные бесколлекторные машины
1. Общие сведения
2. Устройство ротора
3. Обмотка статора
4. Векторные диаграммы двигателя
5. Эквивалентная схема двигателя
6. Рабочие характеристики двигателя
7. Пуск в ход двигателей
8. Методы регулирования частоты вращения двигателей
9. Двухфазные и однофазные двигатели
ЛЕКЦИЯ № 11. Машины постоянного тока
1. Общие сведения
2 Устройство машины постоянного тока
3. Выпрямление переменной э. д. с. посредством коллектора и щеток
4. Реакция якоря
5. Коммутация в машинах постоянного тока
6. Генератор независимого возбуждения
7. Самовозбуждение генераторов
8. Режим двигателя
ЛЕКЦИЯ № 12. Синхронные машины
1. Общие сведения
2. Получение синусоидальной э. д. с. в синхронном генераторе
3. Упрощенная векторная диаграмма синхронного генератора
4. Асинхронный пуск синхронного двигателя

Ознакомиться с конспектом лекций по электротехнике можно здесь

Поделитесь с друзьями:

electrichelp.ru

Курс лекций по электронике II часть

Лекция 6

Из уравнения (2) следует, что

(3)

При подстановке (3) в (1) получаем

(4)

- коэффициент передачи тока базы

| пренебрегаемIКБО|

;

Характеристики транзисторов

Выходная (коллекторная характеристика)

IК=f(UКЭ) при IБ = const

Участки: I– крутой,II– пологий,III– участок теплового пробоя.

Основным является II(усилительный) участок. На нём транзистор можно представить как управляемый источник тока.

Наклон пологого участка: при ↑UКЭ=> ↑φ0 => ↑ объёмный заряд => ↑ ширина двойного слоя => ↓ эффективная ширина базы => ↓ вероятность рекомбинации => ↑IК.

Для увеличения IБ надо увеличитьUБЭ:

I-участок,

Пусть мы будем уменьшать UКЭприUБЭ =const, когдаUКЭ =UБЭ =UКЭ НАС, при дальнейшем уменьшенииUКЭ,UКБ сменит знак – коллекторный переход встал под прямое напряжение.

Возникает диффузия дырок из коллектора в базу, следовательно уменьшается ток IК, транзистор теряет усилительные свойства.

Iучасток используется в ключевом режиме транзистора.UКЭН≈ 0.2 ÷ 1 В

IIIучасток – участок теплового пробоя. Если увеличитсяUКЭэнергии электрического поля станет достаточно для ударной ионизации, нерабочий участок.

Входная характеристика

Семейство кривых IБ=f(UБЭ) приUКЭ=const

IБ=IК+IЭ

Входная характеристика - ВАХ двух параллельно включенных p-nпереходов.

При UКЭ = 0 на ЭБ и БКUПРЯМОЕ.

При UКЭ >UКЭНна ЭБ –UПРЯМОЕ, на БК –UОБРАТНОЕ.

При UБЭ= 0IБ =IКБО

IБ =IК -IЭ = (1-α)×IЭ -IКБОиз (2)

- сопротивление базы – входное дипольное сопротивление транзистора

Транзисторные усилители

Устройства, которые с помощью изменения сигнала малой мощности управляют изменением большой мощности на нагрузке

Усилители постоянного тока.
Усилители переменного тока.

Усилители чаще всего усиливают напряжение.

Усилитель постоянного тока переменного сигнала не должен воспринимать постоянную составляющую, для этого на входе ставят конденсатор. Влияние конденсатора уничтожает дрейф нуля.

Усилитель переменного тока проще, чем усилитель постоянного тока, т.к. усилитель должен воспринимать постоянную составляющую, поэтому нельзя ставить конденсатор и бороться с дрейфом нуля другими способами, которые приводят к усложнению схемы усилителя.

Усилительный каскад с общим эмиттером

Построим передаточную характеристику каскада.

Режим класса Б

I Участок:

IБ ≈ 0, транзистор закрыт, IБ = IКБО, IК = β × IБ = 0, UКЭ=EК- IК × RК, т.к. IК=0,

UКЭ =EК.

IIУчасток:

IБимеет значение (из входной характеристики) неравное нулю.IК=β×IБ≠ 0 при увеличенииUБЭ, увеличиваютсяIБ,IКи уменьшаетсяUКЭ.

IIIУчасток

При увеличении UБЭ;UКЭостаётся постоянным и равенUКЭН= (0.2÷1) В

Предел измерения:

IКБО ≤IК ≤ ;UКЭН ≤ (UКЭ=UВЫХ)≤EК

Знаки ∆UВХи ∆UВЫХ– разные, такой каскад называется инвертирующим.

Лекция 7

Режим класса В

Напряжение на выходе не меняется.

Недостаток: потеря информации на втором полупериоде.

Чтобы добиться постоянного положительного сигнала, необходимо сместить входной сигнал (ЭДС смещения).

Режим класса А

При переменном токе постоянная составляющая убирается последовательно включённым конденсатором, при постоянном токе – постоянная составляющая UВЫХубирается путём включения противоЭДС на выходе.

Ключевой режим

Режим с большой амплитудой входного сигнала, при этом захватываются все три участка характеристики. На кривой второй сигнал образуется по минимальному уровню.

Форма выходного напряжения исказилась, т.е. произошло ограничение по амплитуде. Чем больше коэффициент усиления по напряжению, тем больше выходной сигнал похож на прямоугольный импульс.

Применяется в импульсной технике, где важна не амплитуда сигнала, а взаимный фазовый сдвиг между UВХиUВЫХ.

Мощность, выделяемая в транзисторах

Разогревает p-nпереход и может привести к тепловому пробою. Для уменьшения мощности надо работать в ключевом режиме.

Режим покоя

Вводится как приём для расчёта и анализа электронных схем. Для создания режима покоя все ЭДС включаются постоянными (EК,EСМ,EКОМП)

EКОМПвключён для устранения постоянной составляющейUВЫХв классе А.

1) Пусть UВХ= 0, т.к. естьEСМ, поэтому транзистор открыт, протекают токиIБП,IКП,IЭП≠ 0,UКЭП≠ 0,EКОМП =UКЭП. При включении источников питания в схеме протекают токи покоя и естьUКЭП, чтобы выходное напряжение не было равно нулю, надо ввестиUКОМП =UКЭП.

Недостаток: зависимость тока и напряжения транзистора от температуры.

При повышении температуры на 10° С ток IКБОповышается в 2 раза. Также при изменении температуры, изменяется ток, обусловленный основными носителями: при изменении температуры на 20-30° СIК повышается на десятки процентов, т.к. заполняются центры рекомбинации (дефекты кристаллической решётки), поэтому их число и вероятность рекомбинации уменьшаются и β увеличивается.

При повышении температуры, когда IБП =const, увеличиваетсяIКП, т.к.

IКП= β×IБП, уменьшаетсяUКЭП, т.к.UКЭП =EК-IКП×RК, поэтомуUВЫХне будет постоянным. Для устранения этого эффекта применяются схемы компенсации с использованием обратной связи.

Обратные связи

Передача выходного сигнала на вход устройства. Если складываются токи – связь параллельная, если напряжения – последовательная. Если знаки складываемых сигналов одинаковы – положительная обратная связь (ПОС), при разных знаках – отрицательная (ООС). ПОС используется для ускорения пункта питания , т.е. для увеличения быстродействия устройства, но более нестабильна. Использование ООС повышает стабильность устройства, вводится путём включения в цепь эмиттера.

Напишем уравнение по второму закону Кирхгофа для входной цепи:

UВХ +EСМ =UБЭ +IЭ×RЭ

UБЭ=UВХ +EСМ -IЭ×RЭ≈UВХ +EСМ -IК×RЭ

IЭ ≈IК, т.к. α = 0.99 ÷ 0.9

Т.е RЭуменьшает ООС по току.

Достоинство: при повышении температуры и IБП=const=> ↑ β => ↑IКП=> ↑IК×RЭ=> ↓UБЭ=> ↓IБ=> ↓IК, таким образомIКи следовательноUКЭостаются постоянными.

Недостаток: уменьшается UВЫХ, за счёт уменьшенияUБЭ, поэтому уменьшается коэффициент усиления КУ,

IЭП×RЭ ≤ 0.1×EК– критерий выбораRЭ. ТакоеRЭобеспечивает достаточную температурную стабилизацию и незначительное понижениеUВЫХ.

Основные параметры каскада с общим эмиттером

RВХ,RВЫХ,KУХ.Х..

Допущения: рассматриваем только переменные составляющие (приращения) i,u. Внутреннее сопротивление источников постоянного ЭДС для переменного тока будет равно нулю.

1) RВНУТ

, ∆i≠ 0, ∆u= 0, т.к.EКпостоянно. Таким образом,RКверхним концом присоединено к земле, т.к.

RВН = 0,UВХ = ∆IБ×rБ + ∆IЭ×RЭ

- динамическое входное сопротивление транзистораrБ=h21ЭКВ.

∆IЭ = ∆IБ + ∆IК = ∆IБ + β×∆IБ = ∆IБ×(1+β)

UВХ = ∆IБ×[rБ + (1+β)×RЭ]

RВХ ≈ 1000 ОМ (что относительно мало, для идеальногоRВХ= ∞)

Лекция 8

2) KUХХ– коэффициент усиления в режиме холостого хода.

RН = ∞;

пренебрегаем rБ,

rБ + (β + 1)×RЭ ≈ (β+ 1)×RЭ; ≈KUXX

При включении напряжения к IКдобавитсяIН, т.о коэффициент усиления уменьшится (KUРАБ<KUХ.Х.) из-за увеличения потерь напряжения наRК.

3) Для вывода RВЫХприменяем теорему об эквивалентном генераторе, ЭДС закорачиваются, нагрузка заменяется омметром.

UВЫХ= 0, следовательноIБ= 0;IКиIЭ= 0;RВЫХ=RК≈ 1000 ОМ

Недостатки: по входным и выходным сопротивлениям каскад с общим эмиттером имеет неудовлетворительные параметры (∞/0 в идеальном случае).

Способы построения УПТ (усилителя постоянного тока)

3 источника питания заменяют одним. R1иR2создают ЭДС смещения;R3иR4– ЭДС компенсации.

Недостатки: источник входного сигнала и выходное напряжение не имеют общей точки, т.е. использовать такую схему неудобно. Для исключения этого недостатка надо применить двухполярный источник питания.

R1иR2создаётUКОМП. Т.к. точка 0 уUВХимеет φ1= 0, а т. –ЕКφ2= - ЕК, значит

φ1 > φ2, т.е. в схему неявно вводится (во входную цепь) источник ЭДС.

Усилитель переменного тока

C1иC2отсекают постоянную составляющую вUВХиUВЫХсоответственно.C1одновременно фильтр высоких частот.

Каскад с общим коллектором (эмиттерный повторитель)

Назначение: используется как согласующий каскад между усилительным каскадом с общим эмиттером и маломощным источником напряжения UВХ, а также с высокой нагрузкой.

Если бы ОК не было: RВХОЭотносительно мало, аRВЫХОЭотносительно велико, поэтомуIНбольшой => ↓UВХ(UВХ < еГ) => ↑ напряжение на выходном сопротивлении;UВЫХ <UВЫХХ.Х.RВХОК >RВХОЭ,RВЫХОК <RВЫХОЭ. Т.о. левый ОК повышаетRВХиUВХ, понижает ∆UВХсхемы. Понижается,IВХ => ↓ RГ×IВХ =>

↑ UН.

Недостатки: каскад с ОК не усиливает напряжение, КUXX≈ 1 (0.9÷0.99)UВЫХ=UВХ -UБЭ,UБЭ> 0 ≈ 0.5 ÷ 0.7 В.

Схема называется с ОК, т.к. общей точкой является земля, а EKзаземлён, второе название – эмиттерный повторитель, является неинвертирующим.

Пусть возрастает ∆UВХ; значит возрастает ∆IБ, ∆IЭ, ∆IЭRЭ.

Параметры каскада с ОК

1) RВХ

≈ 104ОМ

2),RН= ∞

UВХ= ∆IБ×[rБ + (β+1)×RЭ ||RН],UВЫХ= ∆IЭ×RЭ= ∆IБ×(1 + β)×RЭ

÷ 0.99

Лекция 9

3) RВЫХкаскада с ОК

т.к. eГ= 0 => ∆IБ= 0, => ∆IЭ= 0;RВЫХ=RЭ.

Задача:

К – замкнут – ОК

К – разомкнут – ОЭ

RК= 2000 ОМ

RЭ= 400 ОМ

ЕК= 10 В

ЕСМ= 0.4 В

β = 100

~UВХM= 1 В

Определить 3 основных параметра для схемы с ОК и ОЭ.

RВХ,RВЫХ,KUXXдля ОЭ и ОК, нарисовать осциллограммыUВХ,UВЫХ1,UВЫХ2.

1. Каскад с ОЭ (К - разомкнут)

RВХ = rБ+ (β + 1)  RЭ = 100 + (100 + 1)  400 = 40.5 кОМ,

RВХ= 40.4 кОМ приrБ= 0

RВЫХ=RK= 2000 ОМ

ЕCMKUXX= 0.45 = 2 В

UВХМKUXX= 15 = 5 В

2. Каскад с ОК

KUXX= 1

RВХ=rБ+ (β + 1)(RЭ||RН) = 100 + (100 + 1)400 = 40.5 кОМ

RВЫХ=RЭ= 400 ОМ

Осциллограммы UВХ,UВЫХ1,UВЫХ2.

Дрейф нуля

Дрейф нуля – характерная черта УПТ. Под дрейфом нуля подразумевается изменение UВЫХпри постоянномUВХ. Причины: нестабильность источника питания, влияние температуры, изменение параметров пункта питания приборов с течением времени (вследствие старения).

1) Нестабильность источника питания.

Пусть EKувеличится => ↑EСМ=> ↑IБ => ↑IК => ↑URK=>UВЫХуменьшится, т.к.KU> 1, значит изменениеUВЫХбудет больше, чем изменениеEK.

2) Изменение температуры.

При повышении температуры, увеличивается β => ↑IК=> ↑URK, и понижаетсяUВЫХ.

UДР.ВЫХ.MAX– максимальныйUВЫХдрейфа нуля.

Должно быть UВХ>>UДР.ВХ.MAX; в противном случае мы на выходе не отличим дрейф нуля от полезного сигнала. Эффективное средство борьбы с дрейфом нуля – применение усилительных каскадов на базе уравновешенных мостов.

Дифференциальный каскад (ДК)

4 плеча образованы RK1,RK2,VT1,VT2. Первая диагональ – питанияEK, -EK. Вторая диагональ – нагрузкиRK1,RH. ДК усиливает разность входных сигналов. Имеет хорошие характеристики при условии одинаковости его элементов, т.е.RK1=RK2,VT1 =VT2, что достигается при выполнении на одном кристалле на базе микросхемы.

Режим покоя

Включаем EK1и –ЕК2;UВХ1=UВХ2= 0,UБЭП1=UБЭП2> 0,UБЭ= -UЭП.

UЭП= [- ЕК1+ (IЭП1+IЭП2)RЭ] ≤ 0

т.е. UБЭ=EСМ= -UЭП, следовательно протекаютIБП1=IБП2;

UКЭП1=UКЭП2=EK1–IКП1RK1–UЭП=EK1–IКП2RК2-UЭП

UВЫХ=UКЭП2–UКЭП1= 0

Пусть увеличилась температура, следовательно ↑ β => ↑IКП1=IКП2 => ↑IЭП1=IЭП2 => ↑UЭП=> ↓UБЭП1,UБЭП2=> ↓IБП1,IБП2=> ↓IКП1,IКП2=> ↓IЭП1,IЭП2, т.еIЭП1+IЭП2=const, т.к.RЭвелико, поэтому стабилизация хорошая. Если черезRЭпротекает постоянный ток, следовательноRЭможно заменить источником тока сRВНУТ= ∞.

Лекция 10

∆UЭ– сигнал обратной связи, стабилизирующий суммуIЭ1+IЭ2=const

Дрейф нуля

Пусть E1возрастает => ↑UКЭ1=UКЭ2,UВЫХ=UКЭ2–UКЭ1= 0

Любые симметричные изменяющиеся сигналы в схеме не приводят к дрейфу нуля.

Приложим переменный 2-ой сигнал.

1) Между базами транзисторов.

Пустьбудет положительным, значит

∆UБЭ1 > 0 => ∆IБ1 > 0 => ∆IК1 > 0 => ∆IЭ1 > 0 => ∆UКЭ1 < 0.

будет отрицательным, значит

∆UБЭ2 = 0 => ∆IБ2 < 0 => ∆IК2 = 0 => ∆IЭ2 < 0 => ∆UКЭ2 > 0.

UВЫХ= ∆UКЭ2- ∆UКЭ1= 2∆UКЭ

Если UВХ1= -UВХ2, следовательно ∆IЭ1= -∆IЭ2

т.к. первый ток возрастает, а второй уменьшается, значит IЭ1+IЭ2=const

Значит ∆UЭ= 0, поэтому:

а) Обратная связь не оказывает влияние на коэффициент усиления дифференциального каскада.

б) В дифференциальном каскаде преодолеваются противоречие между необходимостью стабилизации режима за счёт обратной связи и влияниемRЭна коэффициент усиления каскада.

2)Теперь приложим входной сигнал к базе первого транзистора, закоротив при этом второй вход. UВХ1=e> 0;UВХ2= 0.

Значит ∆UБЭ1> 0 =>∆IБ1> 0 => ∆IК1> 0 => ∆IЭ1> 0 => ∆UКЭ1< 0;

При росте IБ1, => ↑IЭ1, т.к.IЭ1+IЭ2=const;IЭ2уменьшается и

∆IЭ2= -∆IЭ1.

, ∆IБ2= -∆IБ1, ∆IK2= -∆IK1, ∆UКЭ2= -∆UКЭ1,

UВЫХ= ∆UКЭ2- ∆UКЭ1> 0

Вывод: вход 1 неинвертирующий, т.к ∆UВХ>0 и ∆UВЫХ>0.Значит из аналогичных преобразований вход 2 является инвертирующий. При приложении входного сигнала к одному транзистору будут изменяться токи и напряжения в обоих транзисторах.

Дифференциальный каскад усиливает разность входных напряжений тогда, когда UВХ1=UВХ2, следовательноUВЫХ= (UВХ1–UВХ2)KU= 0 Усилитель работает в режиме синфазных сигналов. За счёт некоторой неодинаковости параметров:UВЫХ=kСUВХ, гдеkС– коэффициент передачи синфазного сигнала. Чем меньшеkС, тем качественнее усилитель.

Недостатки: отсутствие общей точки между входным и выходным сигналом. Для устранения принимается схема несимметричного дифференциального каскада (ДК).

Общая точка – земля.

Основные параметры ДК

UВЫХ= 2×∆UКЭ, т.к.IЭ1+IЭ2=const, значит источник токаRЭ= ∞

, следовательно;

2) Входное сопротивление каскада

;RВХ= 2×rБ,

3) Выходное сопротивление каскада

Закоротили UВХ, и все ЭДС, на нагрузке подключаем омметр.∆IБ=0; ∆IК=0; ∆IЭ=0;RВЫХ= 2×RК

Операционные усилители

Усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления и высоким RВХ.

ЭП – эмиттерный повторитель.

Благодаря использованию симметричных ДК имеем слабый дрейф нуля. Несимметричный ДК даёт общую точку между UВХиUВЫХ. Каскад с ОК даёт уменьшениеRВЫХ. Из-за использования ДК напряжение питания ОУ двухполярно. Обозначение: ДА3.2 или А3.2, где 3 – номер в схеме, 2 – номер ОУ в корпусе, если их в корпусе несколько.

UВЫХ=KU×(UВХ1-UВХ2)

Говорят, что ОУ имеет дифференциальный вход, т.е. усиливает разность входных сигналов.

Основные параметры ОУ

1) KUXX≈ 50000

2) RВХ= 300 кОМ (биполярный транзистор)

= 10 МОМ (полевые транзисторы)

3) RНАГ.MIN≈ 3 кОМ (основная масса)

мА,

В мощных ОУ IВЫХ≈ 300 мА

4) Напряжение смещения нуля UСМ= 5 мВ

5) Напряжение питания EП=15 В (есть12,6;6,3;5 ÷ 15)

Лекция 11

UВЫХ.ОУ.MAX= (0.9 ÷ 0.95)×EП= (0.9 ÷ 0.95)×15 = 13.5 ÷ 14.25 В

Приблизительно можно считать, что выходное напряжение равно напряжению питания. ОУ усиливает (UВХ–UВХ2) =EДИФ(дифференциальный ЭДС)

KU.ОУ ≈ 50000 (в среднем)

Пусть UВХ2= 0 (т.е заземлено), следовательноUВХ1.MAX=EДИФ.MAX== 300 мкВ ≈ 0 В

Свойства идеального ОУ

Потенциал прямого входа = потенциал инвертирующего выхода φПРЯМ.ВХ= φИНВ.ВХилиUВХ–UВХ2= 0
RВЫХ.ОУ = ∞ ( ≈ 300 кОМ ), поэтомуIВХ= 0
KU= 50000, поэтому можно считатьKU= ∞

В практических расчётов можно реальный ОУ считать как идеальный. Несмотря на это ОУ как усилитель используется очень редко.

Нарисуем передаточную характеристику UВЫХ(UВХ).

UВЫХ= 0 приUВХ=UCM

Недостатки:

1)Линейный усилительный диапазон ОУ очень мал.

2)Зависимость КUот температуры.

3)Неодинаковость KUот корпуса к корпусу.

Поэтому ОУ применяется в качестве схемы с обратными связями.

Неинвертирующий усилитель на базе ОУ

Отрицательная обратная связь (ООС)

UВЫХ= (UВХ-UOC)×KU=UВХ–UOC=;

При KU→ ∞,UВХ–UOC= 0,UВХ=UOC;

;

Коэффициент передачи (П) схемы с обратной связями

;

П схемы с ОС не зависит от KU, исключается зависимость от температуры и разбросKU.

Инвертирующий усилитель на базе ОУ

U2= 0 т.к заземлено.

А = 1 нА ≈ 0

U1 = 300 мкВ

i1 + i2 = iВХ = 0, значит i1 = -i2

;

studfiles.net

Курс лекций по дисциплине: «цифровая электроника »

для студентов специальности,“ Промышленная электроника ”

Минск бгуир 2010 Введение

Интегральная микросхема (интегральная схема - ИС) - микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования электрических сигналов, которое представляет собой совокупность электрических соединенных компонентов (транзисторов, диодов, резисторов и др.), изготавливаемых в едином технологическом цикле на общей диэлектрической или полупроводниковой основе (подложке).

Основной функцией интегральных микросхем является обработка (преобразование) информации, заданной в виде электрического сигнала: напряжения или тока. Электрические сигналы могут представлять информацию в непрерывной (аналоговой) или дискретной (цифровой) форме. Микросхемы, выполняющие обработку этой информации, называются аналоговыми или цифровыми соответственно.

Современные интегральные микросхемы являются сложными электронными устройствами, поэтому используются различные уровни их схемотехнического представления. Наиболее детальный уровень представления - электрическая схема в виде соединения отдельных компонентов. Следующий, более общий уровень - структурная схема, представляющая собой соединение отдельных логических элементов и триггеров (для цифровых схем) или аналоговых каскадов (для аналоговых схем). Эти элементы и каскады выполняют элементарные логические или аналоговые операции, с помощью которых можно реализовать любую цифровую, аналого-цифровую или аналоговую функцию. Они имеют относительно простую, электрическую схему, которая обычно содержит не более десяти - двадцати компонентов. Еще более высокий уровень используется для представления сложно-функциональных БИС и СБИС: микропроцессоров, микро-ЭВМ, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей и др. Их структура представляется в виде соединения функциональных узлов и блоков. Такое представление называется функциональной схемой. Структура входящих в ее состав функциональных узлов и блоков может состоять из десятков и сотен простейших логических элементов и аналоговых каскадов.

На стыке микроэлектроники и цифровой техники развивается самостоятельная область науки и техники - цифровая электроника, предметом которой являются принципы и методы схемотехнического проектирования цифровых интегральных микросхем, которое включает разработку их структуры (функционально-логическое проектирование) и электрической схемы (схемное проектирование). Непрерывное повышение степени интеграции проектируемых микросхем, обеспечивающее реализацию на одном кристалле целых цифровых систем, требует от специалиста знания принципов работ базовых логических элементов, триггеров, комбинационных устройств и устройств последовательностного типа.

1. Математический аппарат цифровых систем

1.1 Основы булевой алгебры

1.1.1 Основные положения и законы булевой алгебры

Основным математическим аппаратом, используемым при анализе и синтезе дискретных элементов и устройств, является булева алгебра (алгебра логики, алгебра Буля). В булевой алгебре широко используется понятие “высказывание”. Высказыванием будем называть простое повествовательное положение, о котором можно сказать, что оно ложно или истинно, но не то и другое одновременно. Любое высказывание можно обозначить символом X и считать, что X=1, если высказывание истинно, а X=0, если высказывание ложно. Логическая (булева) переменная – такая переменная X, которая может принимать только два значения: X={0,1}. Из двух простых высказываний X1 и X2 можно образовать более сложные высказывания, используя операции “И”, “ИЛИ”, “НЕ”. Сложные высказывания также принимают значения “истинно” или “ложно”, т.е. 1 или 0. Смысл логических операций над простыми высказываниями X1 и X2 и значениями сложных высказываний можно представить в виде таблиц истинности: “ИЛИ”, “И”, “НЕ” соответственно

Таким образом, простые высказывания являются переменными, а более сложные высказывания – функциями. Причем как переменные, так и функции могут принимать только значения 0 или 1. Булева алгебра может быть определена как алгебра, содержащая 3 операции “И” (конъюнкция), “ИЛИ” (дизъюнкция), “НЕ” (отрицание) над множеством элементов, каждый из которых принимает два значения 0 или 1. Результаты выполнения операций над множеством элементов также принимают два значения 0 или 1.

Таблица 1.1

Определение логических операций

Таблица 1.2

Основные аксиомы и теоремы булевой алгебры

Теоремы (законы)

№

Название

Тождества

Сочетательный

а+в+с=а+(в+с)

авс=а(вс)

Переместительный

а+в=в+а

ав=ва

Распределительный

а(в+с)=ав+ас

а+вс=(а+в)(а+с)

Теорема

де-Моргана

Поглощения

a+ав=а

a(а+в)=а

Склеивания

Аксиомы

№

Тождества

а+0=а

а0=а

а+1=а

а1=а

а+ а=а

а а=а

studfiles.net

Курс лекций по электронике. Курс лекций Курс лекций 1 Введение 4 Полупроводниковые диоды 7. Лекции по электронике

Введение - Курс лекций по электронике

Введение

1. Полупроводниковые диоды

1.1. Принцип работы диода

Основы электротехники и электроники: Курс лекций

Лекции по электронике5 - Курс лекций 1 семестр Под редакцией Савостина П. И. Москва 2002 Оглавление Оглавление 2 Основы электроники 5

Конспект лекций по курсу "компьютерная электроника"

Конспект лекций по курсу " компьютерная электроника"

теоретические основы электротехники, промышленная электроника

Курс лекций по электронике II часть

Курс лекций по дисциплине: «цифровая электроника »

Минск бгуир 2010 Введение

1. Математический аппарат цифровых систем

1.1 Основы булевой алгебры

1.1.1 Основные положения и законы булевой алгебры

Видеоматериалы

Опыт пилотных регионов, где соцнормы на электроэнергию уже введены, показывает: граждане платить стали меньше

Соответствует ли вода и воздух установленным нормативам?

С начала года из ветхого и аварийного жилья в республике были переселены десятки семей

Столичный Водоканал готовится к зиме

Более 10-ти миллионов рублей направлено на капитальный ремонт многоквартирных домов в Лескенском районе

Актуальные темы

Формирование энергосберегающего поведения граждан

Предложения организаций, осуществляющих регулируемую деятельность о размере подлежащих государственному регулированию цен (тарифов) на 2013 год

НАУЧИМСЯ ЭКОНОМИТЬ В БЫТУ

Рубрикатор

Пользователю

Доп.информация

<<	<	Ноябрь 2013			>	>>
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
				1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30