Билет № 19. 1)Тиристор является силовым электронным не полностью управляемым ключом

Билет

1) 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.

Тиристор имеет четырехслойную p-n-p-n-структуру с тремя выводами: анод (A), катод (C) и управляющий электрод (G), что отражено на рис. 1

Рис. 1. Обычный тиристор: a) – условно-графическое обозначение; б) – вольтамперная характеристика.

На рис. 1, b представлено семейство выходных статических ВАХ при различных значениях тока управления iG. Предельное прямое напряжение, которое выдерживается тиристором без его включения, имеет максимальные значения при iG = 0. При увеличении тока iG прямое напряжение, выдерживаемое тиристором, снижается. Включенному состоянию тиристора соответствует ветвь II, выключенному – ветвь I, процессу включения – ветвь III. Удерживающий ток или ток удержания равен минимально допустимому значению прямого тока iA, при котором тиристор остается в проводящем состоянии. Этому значению также соответствует минимально возможное значение прямого падения напряжения на включенном тиристоре.

Ветвь IV представляет собой зависимость тока утечки от обратного напряжения. При превышении обратным напряжением значения UBO начинается резкое возрастание обратного тока, связанное с пробоем тиристора. Характер пробоя может соответствовать необратимому процессу или процессу лавинного пробоя, свойственного работе полупроводникового стабилитрона.

2) В настоящее время широко применяются усилители, выполненные на полевых транзисторах. На рис. 9 приведена схема усилителя, выполненного по схеме с ОИ и одним источником питания.

Рисунок 9

Режим работы полевого транзистора в режиме покоя обеспечивается постоянным током стока Iсп и соответствующим ему напряжением сток-исток Uсип. Этот режим обеспечивается напряжением смещения на затворе полевого транзистора Uзип. Это напряжение возникает на резисторе Rи при прохождении тока Iсп (URи = Iсп Rи) и прикладывается к затвору благодаря гальванической связи через резистор R3. Резистор Rи, кроме обеспечения напряжения смещения затвора, используется также для температурной стабилизации режима работы усилителя по постоянному току, стабилизируя Iсп. Чтобы на резисторе Rи не выделялась переменная составляющая напряжения, его шунтируют конденсатором Си и таким образом обеспечивают неизменность коэффициента усиления каскада. Сопротивление конденсатора Си на наименьшей частоте сигнала должно быть намного большим сопротивления резистора Rи, которое определяют по выражению:

(1)

где Uзип, Iсп – напряжение затвор-исток и ток стока при отсутствии входного сигнала.

Емкость конденсатора выбирается из условия:

(2)

где fmin – наинизшая частота входного сигнала.

Конденсатор Ср называется разделительным. Он используется для развязки усилителя по постоянному току от источника входного сигнала.

Емкость конденсатора:

(3)

Резистор Rс выполняет функцию создания изменяющегося напряжения в выходной цепи за счет протекания в ней тока, управляемого напряжением между затвором и истоком.

При подаче на вход усилительного каскада переменного напряжения uвх напряжение между затвором и истоком будет изменяться во времени D Uзи(t) = uвх; ток стока также будет изменяться во времени, т.е. появится переменная составляющая D Ic(t) = ic. Изменение это тока приводит к изменению напряжения между стоком и истоком; его переменная составляющая uс равная по величине и противоположная по фазе падению напряжения на резисторе Rс, является входным напряжением усилительного каскада D Uси(t) = uc = uвых = −Rcic.

В усилителях на МДП - транзисторах с индуцированным каналом необходимое напряжение Uзип обеспечивается включением в цепь затвора делителя R1R2 (рис. 10).

Рисунок 10

При этом

(4)

3)Асинхронные счетчики

Асинхронные счетчики строятся из простой цепочки JK-триггеров, каждый из которых работает в счетном режиме. Выходной сигнал каждого триггера служит входным сигналом для следующего триггера. Поэтому все разряды (выходы) асинхронного счетчика переключаются последовательно (отсюда название – последовательные счетчики), один за другим, начиная с младшего и кончая старшим. Каждый следующий разряд переключается с задержкой относительно предыдущего (рис. 9.2), то есть, вообще говоря, асинхронно, не одновременно с входным сигналом и с другими разрядами.

Чем больше разрядов имеет счетчик, тем большее время ему требуется на полное переключение всех разрядов. Задержка переключения каждого разряда примерно равна задержке триггера, а полная задержка установления кода на выходе счетчика равна задержке одного разряда, умноженной на число разрядов счетчика. Легко заметить, что при периоде входного сигнала, меньшем полной задержки установления кода счетчика, правильный код на выходе счетчика просто не успеет установиться, поэтому такая ситуация не имеет смысла. Это накладывает жесткие ограничения на период (частоту) входного сигнала, причем увеличение, к примеру, вдвое количества разрядов счетчика автоматически уменьшает вдвое предельно допустимую частоту входного сигнала.

Рис. 9.2. Временная диаграмма работы 4-разрядного асинхронного счетчика

Таким образом, если нам нужен выходной код асинхронного счетчика, то есть все его выходные сигналы (разряды) одновременно, то должно выполняться следующее неравенство: T> Nt_з, где T – период входного сигнала, N – число разрядов счетчика, t_з – время задержки одного разряда.

Надо еще учесть, что за период входного сигнала должно успеть сработать устройство (узел), на которое поступает выходной код счетчика, иначе счетчик просто не нужен; поэтому ограничение на частоту входного сигнала обычно бывает еще жестче.

В составе стандартных серий цифровых микросхем асинхронных счетчиков немного. Для примера на рис. 9.3 приведены три из них: 4-х разрядный двоично-десятичный счетчик ИЕ2, 4-х разрядный двоичный счетчик ИЕ5 и 8-и разрядный двоичный счетчик ИЕ19 (он же сдвоенный четырехразрядный счетчик).

Рис. 9.3. Асинхронные счетчики стандартных серий

У всех этих счетчиков управление работой очень простое, есть всего лишь входы сброса в нуль или входы установки в 9

Фоторезисторы. Принцип действия,основные параметры и характеристики.

Фоторези́стор — полупроводниковый прибор, изменяющий величину своего сопротивления при облучении светом.

Для изготовления фоторезисторов используют полупроводниковые материалы с шириной запрещенной зоны, оптимальной для решаемой задачи. Так, для регистрации видимого света используются фоторезисторы из селенида и сульфида кадмия, Se..Важнейшие параметры фоторезисторов:

интегральная чувствительность — отношение изменения напряжения на единицу мощности падающего излучения (при номинальном значении напряжения питания);

порог чувствительности — величина минимального сигнала, регистрируемого фоторезистором, отнесённая к единице полосы рабочих частот.

На чём же основан принцип работы фоторезистора? Дело в том, что рассматривая свет как поток фотонов, которые попадают на светочувствительную поверхность – в следствии чего изменяется его сопротивление. (Чем меньше света, тем меньше сопротивление фоторезистора и наоборот). Каждый фоторезистор имеет свою маркировку, которая сообщает о его сопротивлении.

Усилитель с общим эмиттером и отрицательной обратной связью по току.

При схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу, а снимается с коллектора. При этом выходной сигнал инвертируется относительно входного (для гармонического сигнала фаза выходного сигнала отличается от входного на 180°). Каскад усиливает и ток, и напряжение. Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, поэтому наиболее распространено. Однако, при такой схеме нелинейные искажения сигнала больше, чем в схемах с общей базой или с общим коллектором. Кроме того, при данной схеме включения на характеристики усилителя значительное влияние оказывают внешние факторы, такие как напряжение питания, или температура окружающей среды. Обычно для компенсации этих факторов применяют отрицательную обратную связь, но она снижает коэффициент усиления.

Усилительный каскад по схеме с общим эмиттером на основе npn-транзистора (Схема с заземленным эмиттером)

Биполярные транзисторы управляются током. В схеме с ОЭ — током базы. Напряжение на переходе база-эмиттер при этом остаётся почти постоянным и зависит от материала полупроводника, для германия около 0,2 В, для кремния около 0,7 В, но на сам каскад подаётся управляющее напряжение. Ток базы, коллектора и эмиттера и другие токи и напряжения в каскаде можно вычислить по закону Ома и правилам Кирхгофа для разветвлённой многоконтурной цепи.

Токи в транзисторе связаны нижеследующими соотношениями:

по правилу Кирхгофа для узлов алгебраическая сумма всех трёх токов () равна нулю

, где

— коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером,
— коэффициент передачи тока эмиттера.

Каскад состоит из

биполярного транзистора VT1;

резистора RБ, который задаёт точку покоя каскада по постоянному току;

резистора RК, который преобразует меняющийся ток коллектора в синхронно изменяющееся напряжение на коллекторе, а также участвует в задании напряжения покоя на коллекторе.

Простейший каскад с общим эмиттером и его подключение к источнику сигнала и нагрузке.

Одновибратор на ОУ.

Одновибратор является формирователем одиночного импульса прямоугольной формы и фиксированной длительности, возникающего на выходе при поступлении на вход запускающего короткого импульса. Одновибратор применяется либо в качестве формирователя прямоугольных импульсов, либо в качестве узла задержки импульсов на заданное время. Одновибратор содержит конденсатор связанный с выходом компаратора на ОУ через резистор R. В качестве компаратора использована хорошо нам знакомая схема с ПОС через цепочку (сравните с рис. 3.10, а). Микросхема ОУ выполняет в одновибраторе несколько функций: компаратора, источника напряжения для заряда конденсатора и ключа, так как коммутация цепей заряда и разряда конденсатора осуществляется при переключении компаратора. Диод V1 служит для фиксации начального напряжения на конденсаторе. Элементы, V2 составляют цепь запуска, через них на схему поступает короткий запускающий импульс, Цепочка является дифференцирующей.

Билет №20

1.Фотодиоды.Принцип действие,основные параметры и характеристики.

Фотодио́д — приёмник оптического излучения[1], который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет вэлектрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе. Фотодиод, работа которого основана на фотовольтаическом эффекте (разделение электронов и дырок в p- и n- области, за счёт чего образуется заряд и ЭДС), называется солнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов, существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p- и n- находится слой нелегированного полупроводника i. p-n и p-i-n фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов и фототранзисторов.

Простейший фотодиод представляет собой обычный полупроводниковый диод, в котором обеспечивается возможность воздействия оптического излучения на р–n-переход.

В равновесном состоянии, когда поток излучения полностью отсутствует, концентрация носителей, распределение потенциала и энергетическая зонная диаграмма фотодиода полностью соответствуют обычной p-n-структуре.

При воздействии излучения в направлении, перпендикулярном плоскости p-n-перехода, в результате поглощения фотонов с энергией, большей, чем ширина запрещенной зоны, в n-области возникают электронно-дырочные пары. Эти электроны и дырки называют фотоносителями.

При диффузии фотоносителей в глубь n-области основная доля электронов и дырок не успевает рекомбинировать и доходит до границы p–n-перехода. Здесь фотоносители разделяются электрическим полем p–n-перехода, причем дырки переходят в p-область, а электроны не могут преодолеть поле перехода и скапливаются у границы p–n-перехода и n-области.

Таким образом, ток через p–n-переход обусловлен дрейфом неосновных носителей – дырок. Дрейфовый ток фотоносителей называется фототоком.

2.Усилительный каскад на биполярном транзисторе с ОК.

Каскад с ОК называют еще "повторителем напряжения" или "эмиттерным повторителем", т.к. коэффициент передачи по напряжению этого каскада меньше единицы, что вытекает из его дальнейшего анализа.

При подаче на базу положительной полуволны входного синусоидального сигнала будет увеличиваться ток коллектора и, следовательно, ток эмиттера. В результате падение напряжения на Rэ увеличится, т.е. произойдет формирование положительной полуволны выходного напряжения. Таким образом, каскад с ОК не инвертирует входной сигнал.

Напряжение сигнала, приложенное к эмиттерному переходу, является разностью между Uвх и Uвых. Чем больше иUвых (при заданном Uвх), тем меньше окажется напряжение, приложенное к эмиттерному переходу, что будет приводить к уменьшению тока эмиттера и, соответственно, к уменьшению Uвых, т.е. в каскаде с ОК проявляется действие ООС, причем 100%-ной.

Анализ работы усилительного каскада с ОК по входным и выходным динамическим характеристикам проводится как для ОЭ

3.Мультивибратор на ОУ.

Мультивибратором называется генератор периодически повторяющихся импульсов прямоугольной формы. Мультивибратор является автогенератором и работает без подачи входного сигнала. Мультивибратор является одним из самых распространённых генераторов импульсов прямоугольной формы, представляющий собой двухкаскадный резистивный усилитель с глубокой положительной обратной связью. В электронной технике используются самые различные варианты схем мультивибраторов, которые различаются между собой по типу используемых элементов (ламповые, транзисторные, тиристорные, микроэлектронные и так далее), режиму работы (автоколебательный, ждущие синхронизации), видам связи между усилительными элементами, способам регулировки длительности и частоты генерируемых импульсов и так далее.

Приведенная схема мультивибратора на двух транзисторах сейчас почти не применяется, так как имеет плохие частотные свойства и не очень крутые фронты, что ограничивает частоту его генерации до единиц МГц. На более высоких частотах оба транзистора запираются и для восстановления работы устройство надо перезапускать, что во многих случаях неприемлемо.

Билет №21

1.Светодиоды. Принцип действия, основные параметры и характеристики.

Светодио́д или светоизлучающий диод (СД, СИД; англ. light-emitting diode, LED) — полупроводниковый прибор сэлектронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Излучаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра. Иными словами, его кристалл изначально излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона) — в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, где нужный цвет можно получить лишь применением внешнего светофильтра. Диапазон излучения светодиода во многом зависит от химического состава использованных полупроводников.

2.Усилительный каскад на биполярном транзисторе с ОБ.

Усилительный каскад с общей базой (ОБ) — одна из трёх типовых схем построения электронных усилителей на основе биполярного транзистора. Характеризуется отсутствием усиления по току (коэффициент передачи близок к единице, но меньше единицы), высоким коэффициентом усиления по напряжению и умеренным (по сравнению со схемой с общим эмиттером) коэффициентом усиления по мощности. Входной сигнал подаётся на эмиттер, а выходной снимается с коллектора. При этом входное сопротивление очень мало, а выходное — велико. Фазы входного и выходного сигнала совпадают.

Особенностью схемы с общей базой является минимальная среди трёх типовых схем усилителей «паразитная» обратная связь с выхода на вход через конструктивные элементы транзистора. Поэтому схема с общей базой наиболее часто используется для построения высокочастотных усилителей, особенно вблизи верхней границы рабочего диапазона частот транзистора.

Достоинствами схемы являются стабильные температурные и частотные свойства, то есть параметры схемы(коэффициент усиления напряжения, тока и входное сопротивление) остаются неизменными при изменении температуры окружающей среды.

Недостатками схемы являются малое входное сопротивление и отсутствие усиления по току.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1]

Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов (для мощных - ещё меньше), так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства:

Хорошие температурные и частотные свойства.

Высокое допустимое напряжение

Недостатки схемы с общей базой:

Малое усиление по току, так как α < 1

Малое входное сопротивление

Два разных источника напряжения для питания.

3.Импульсные устройства на ОУ,компоратор.

Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и несимметричным

выходом, имеющий весьма высокие коэффициент усиления и входное сопротивление, а также малое выходное сопротивление.

Питание ОУ осуществляется от разнополярного источника напряжения ±Uпит. В схемах, построенных на ОУ, для простоты цепи

питания обычно не показывают.При построении импульсных устройств часто применяют специализированные микросхемы – компараторы, которые предназначены для сравнения аналоговых сигналов, имеют высокие коэффициент усиления и скорость переключения. На рис. 1 показано условное обозначение компаратора LM311 и используемая в данной

лабораторной работе схема его включения.

Билет №22

Фототранзи́стор — оптоэлектронный полупроводниковый прибор, вариант биполярного транзистора. Отличается от классического варианта тем, что область базы доступна для светового облучения, за счёт чего появляется возможность управлять усилением электрического тока с помощью оптического излучения.

Фототранзистор имеет структуру n-p-n или p-n-p транзистора и может усиливать ток. Дырки электронно-дырочных пар, рождённых излучением, находятся в базе, а электроны переходят в эмиттер или коллектор. При увеличении положительного потенциала базы происходит усиление фототока за счёт инжекции электронов из эмиттера в базу.

Фототранзистор можно включать по схемам со свободным коллектором, со свободной базой и со свободным эмиттером. На фототранзистор можно подавать оптические и электрические сигналы. Без входного электрического сигнала, который обычно необходим для смещения, компенсирующего наводки, фототранзистор работает как фотодиод с высокой интегральной чувствительностью, небольшой граничной частотой и большим темновым током. Фототранзисторы целесообразно использовать для регистрации больших световых сигналов; при регистрации малых световых сигналов следует подать положительное смещение на базу. Применяют два варианта включения фототранзисторов: диодное — с использованием только двух выводов (эмиттера и коллектора) и транзисторное — с использованием трех выводов, когда на вход подают не только световой, но и электрический сигналы. Фототранзисторы используются в качестве фотоприемников и транзисторных оптопарах.

Недостатком фототранзисторов является большая инерционность, что ограничивает их применение в качестве быстродействующих выключателей.

Биполярный фототранзистор — полупроводниковый прибор с двумя p-n переходами — предназначен для преобразования светового потока в электрический ток. При освещении фототранзистора в его базе генерируется электронно-дырочные пары. Неосновные носители зарядов переходят в область коллектора и частично в область эмиттера. При этом потенциалы эмиттера и коллектора относительно базы изменяются. Эмиттерный переход смещается в прямом направлении, и даже небольшое изменение его потенциала вызывает большое изменение тока коллектора, то есть фототранзистор является усилителем. Ток коллектора освещенного фототранзистора оказывается достаточно большим — отношение светового потока к темновому велико (несколько сотен). Фототранзисторы обладают значительной большей, чем фотодиоды, чувствительностью — порядка сотни миллиампер на люмен. Биполярный фототранзистор подобен обычному биполярному транзистору, между выводами коллектора и базы которого включен фотодиод. Таким образом, ток фотодиода оказывается током фототранзистора и создает усиленный в n раз ток в цепи коллектора. Если на фототранзистор подается только электрический сигнал, его параметры почти не отличаются от параметров обычного транзистора.

Усилительный каскад с общей базой (ОБ) — одна из трёх типовых схем построения электронныхусилителей на основе биполярного транзистора. Характеризуется отсутствием усиления по току(коэффициент передачи близок к единице, но меньше единицы), высоким коэффициентом усиления понапряжению и умеренным (по сравнению со схемой с общим эмиттером) коэффициентом усиления помощности. Входной сигнал подаётся на эмиттер, а выходной снимается с коллектора. При этом входноесопротивление очень мало, а выходное — велико. Фазы входного и выходного сигнала совпадают.

Особенностью схемы с общей базой является минимальная среди трёх типовых схем усилителей«паразитная» обратная связь с выхода на вход через конструктивные элементы транзистора. Поэтому схемас общей базой наиболее часто используется для построения высокочастотных усилителей, особенно вблизиверхней границы рабочего диапазона частот транзистора. Достоинствами схемы являются стабильныетемпературные и частотные свойства, то есть параметры схемы(коэффициент усиления напряжения, тока ивходное сопротивление) остаются неизменными при изменении температуры окружающей среды.Недостатками схемы являются малое входное сопротивление и отсутствие усиления по току.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1]

Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощныхтранзисторов (для мощных - ещё меньше), так как входная цепь транзистора при этом представляет собойоткрытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства:

Хорошие температурные и частотные свойства.

Высокое допустимое напряжение

Недостатки схемы с общей базой:

Малое усиление по току, так как α < 1

Малое входное сопротивление

Два разных источника напряжения для питания.

Синхронные (или параллельные) счетчики представляют собой наиболее быстродействующую разновидность счетчиков. Наращивание их разрядности при соблюдении определенных условий не приводит к увеличению полной задержки срабатывания. То есть можно считать, что именно синхронные счетчики работают как идеальные счетчики, все разряды которых срабатывают одновременно, параллельно. Задержка срабатывания счетчика в этом случае примерно равна задержке срабатывания одного триггера. Достигается такое быстродействие существенным усложнением внутренней структуры микросхемы. Вместе с тем недостатком синхронных счетчиков является более сложное управление их работой по сравнению с асинхронными счетчиками и с синхронными счетчиками с асинхронным переносом. Поэтому синхронные счетчики целесообразно применять только в тех случаях, когда действительно требуется очень высокое быстродействие, очень высокая скорость переключения разрядов. Иначе усложнение схемы управления может быть не оправдано.

Временная диаграмма работы синхронного счетчика (рис. 10.1) отличается от временной диаграммы синхронного счетчика с асинхронным переносом способом формирования сигнала переноса, используемого при каскадировании счетчиков для увеличения разрядности. Сигнал переноса CR (от английского "Carry") вырабатывается в данном случае тогда, когда все выходы счетчика устанавливаются в единицу (при прямом счете) или в нуль (при обратном, инверсном счете). Входной тактовый сигнал в образовании сигнала переноса при этом не участвует.

При каскадировании (совместном включении для увеличения разрядности), например, двух счетчиков тактовые входы С обоих счетчиков объединяются, а сигнал переноса первого счетчика подается на вход разрешения счета (ECT) второго счетчика. В результате второй счетчик будет считать каждый шестнадцатый входной тактовый импульс (так как он будет срабатывать только при переносе от первого счетчика). Выходные сигналы второго счетчика будут переключаться по фронту общего тактового сигналаодновременно с выходными сигналами первого счетчика. Условием правильной работы будет в данном случае следующее: за период тактового сигнала должен успеть выработаться сигнал переноса первого счетчика.

Билет №23

1. Фототири́стор -Тиристор, включение которого осуществляется воздействием светового потока. При освещенииФототиристора в ПП генерируются носители заряда обоих знаков (электроны и дырки), что приводит к увеличению тока через тиристорную структуру на величину фототока. Фототиристор, как и обычный тиристор, может быть представлен в виде комбинации двух транзисторов, между которыми имеется положительная обратная связь по току. Переход Фототиристора под действием светового управляющего сигнала из закрытого состояния (с низкой проводимостью) в открытое состояние (с высокой проводимостью) происходит скачком при увеличении суммарного коэффициента передачи тока составляющих транзисторов до 1. Конструктивно Фототиристор представляет собой полупроводниковый (обычно кремниевый) монокристалл с р—п—р—п или п—р—п—р структурой, расположенный на металлическом основании и закрытый герметичной крышкой с прозрачным для света окном. Наибольшее распространение получили теристоры с освещаемым п эмиттером и с освещаемой р базой.

Для управления Фототиристором используются различные источники света: лампы накаливания, импульсные газоразрядные лампы, светоизлучающие диоды, квантовые генераторы и другое. Величина светового потока, необходимого для включения Фототиристора, характеризует чувствительность прибора; она определяется спектральным составом излучения, коэффициентом отражения и поглощения монокристалла, а также значениями электрических параметров теристора (напряжением переключения, скоростью нарастания прямого напряжения и т. д.).

Современные Фототиристоры изготовляют на токи от нескольких мА до 500 А и напряжения от нескольких десятков В до нескольких кВ. Мощность управляющего светового излучения (при длине волны 0,9 мкм) составляет 1—10 мВт. Фототиристоры широко применяются в различных устройствах автоматического управления и защиты, вычислительной техники (фотореле, системах обработки данных и т. п.), а также в мощных высоковольтных преобразователях.

2. Классификация усилителей

Признаки классификации:

Характер входного сигнала.

Назначение.

Режим работы нелинейного активного элемента.

Тип активного элемента.

Полоса усиливаемых частот.

По характеру усиливаемых сигналов различают:

Усилители непрерывных сигналов. Здесь пренебрегают процессами установления. Основная характеристика – частотная передаточная.

Усилители импульсных сигналов. Входной сигнал изменяется настолько быстро, что переходные процессы в усилителе являются определяющими при нахождении формы сигнала на выходе. Основной характеристикой является импульсная передаточная характеристика усилителя.

По назначению усилителя делятся на:

усилители напряжения,

усилители тока,

усилители мощности.

Все они усиливают мощность входного сигнала. Однако собственно усилители мощности должны и способны отдать в нагрузку заданную мощность при высоком коэффициенте полезного действия.

С точки зрения выбора режима работы активного элемента различают:

Режим слабого сигнала. Нелинейный активный элемент работает в квазилинейном режиме. Применяется в усилителях напряжения или тока.

Режим большого сигнала. Применяется в усилителях мощности.

По типу используемых активных элементов усилители делятся на ламповые; транзисторные; диодные; параметрические; СВЧ-усилители, работающие с помощью специальных СВЧ-приборов и др.

В зависимости от вида частотной передаточной характеристики усилителя и абсолютным значениям полосы частот различают:

Усилители постоянного тока (УПТ). Такое название обусловлено тем, что они способны усиливать очень медленные изменения сигналов (в том числе постоянные), т.е. рабочая полоса частот начинается от нулевой частоты до некоторой верхней граничной частоты. Величина верхней граничной частоты fв зависит от вида усиливаемых сигналов. Так, если УПТ используется в канале изображения телевизионной системы, то fвсоставляет 6 - 6,5 МГц, т.е. УПТ это, как правило, широкополосный усилитель.

Усилители низкой частоты (усилители звуковой частоты). Название условное, оно подчеркивает, что нижняя граничная частота лежит в области низких частот, несоизмеримо ниже верхней граничной частоты. Само значение верхней граничной частоты может быть разным: от единиц-десятков КГц до сотен МГц. АЧХ таких усилителей имеет вид:

Усилители радиочастоты (полосовые усилители, усилители высокой частоты, избирательные усилители). АЧХ таких усилителей имеет вид:

Полоса частот усилителя значительно меньше средней частоты:

3.

Вычитающие счетчики предназначены для получения разности между числом N, записанным в счетчике, и числом n импульсов, поступающих на его вход Т (рис.6.3). При этом, в отличие от суммирующих счетчиков, в вычитающих счетчиках управляющими сигналами для старших разрядов являются сигналы, снимаемые с инверсных информационных выходов младших разрядов.

Реверсивные счетчики (рис.6.4) позволяют выполнять операции суммирования и вычитания импульсов. В зависимости от сигнала управления ±V счетные входы последующих триггеров соединяются или с прямыми, или с инверсными информационными выходами предыдущих. В режиме сложения (+V=I, – V=0) открываются вентили ВI, B4, и с поступлением каждого счетного импульса показание счетчика будет увеличиваться на единицу. В режиме вычитания (+V=0, – V=1) открываются вентили В2, B5, и при поступлении каждого счетного импульса число в счетчике будет уменьшаться на единицу.

Билет №24

1. Интегральные микросхемы. Основные понятия и определения

В настоящее время цифровая электроника базируется на достижениях микроэлектроники, для которой характерно органическое единство физических, конструкторско-технических и схемотехнических аспектов. Микроэлектроника охватывает вопросы исследования, разработки и принципов применения интегральных микросхем.

Интегральная микросхема - (ИС) - это совокупность электрически связанных компонентов (транзисторов, диодов, резисторов и др.), изготовленных в едином технологическом цикле на единой полупроводниковой основе (подложке).

Интегральная микросхема выполняет определенные функции обработки (преобразования) информации, заданной в виде электрических сигналов: напряжений или токов. Электрические сигналы могут представлять информацию в непрерывной (аналоговой), дискретной и цифровой форме.

Аналоговые и дискретные сигналы обрабатываются аналоговыми или линейными микросхемами, цифровые сигналы – цифровыми микросхемами. Существует целый класс устройств и соответственно микросхем называемых аналого-цифровыми или цифро-аналоговыми и, служащих для преобразования сигналов из одной формы в другую.

Аналоговый сигнал - описывается непрерывной или кусочно-непрерывной функцией, причем и аргумент и сама функция могут принимать любые значения из некоторых интервалов.

На рис. 1, а приведено графическое изображение гармонического сигнала

Дискретный сигнал - это форма представления непрерывного сигнала в виде решетчатой функции (временного ряда) (рис. 1, б), которая может принимать любые значения на некотором интервале а независимая переменная n принимает лишь дискретные значения (n = 0,1), где T - интервал дискретизации.

Как видно из приведенных диаграмм значения дискретного и аналогового сигналов в однозначных временных точках абсолютно совпадают.

Цифровой сигнал - это квантованный временной ряд:

,

графически представленный на рис. 1, в, принимающий лишь ряд дискретных значений – уровней квантования, а независимая переменная n принимает значения 0, 1, Нелинейная функция Qк – задает значения уровней квантования в двоичном коде. Число K уровней квантования и число S разрядов соответствующих кодов связаны зависимостью

.

Функциональная сложность интегральных схем

Компоненты, входящие в состав ИС, не могут быть выделены из нее в качестве самостоятельных изделий, кроме того, они характеризуются некоторыми особенностями по сравнению с дискретными транзисторами, диодами и т. д.

Особенностью цифровых ИС является высокая сложность выполняемых ими функций, поэтому количество компонентов в одной микросхеме может исчисляться сотнями тысяч и даже миллионами.

Функциональную сложность ИС обычно характеризуют степенью компонентной интеграции, т. е. количеством чаще всего транзисторов на кристалле. Количественно степень интеграции описывается условным коэффициентом K = lg N, где N – число компонентов.

В зависимости от значений K интегральные схемы подразделяются:

K < 2, (N < 100) – малая интегральная схема (МИС или IS);

2 < K < 4, (N < 104) – интегральная схема средней степени интеграции (СИС или MSI);

4 < K < 5, (N < 106) – большая интегральная схема (БИС или LSI);

K > 6, (N > 106) – сверхбольшая интегральная схема (СБИС или VLSI).

Степень интеграции

В СССР были предложены следующие названия микросхем в зависимости от степени интеграции (указаноколичество элементов для цифровых схем):

Малая интегральная схема (МИС) — до 100 элементов в кристалле.

Средняя интегральная схема (СИС) — до 1000 элементов в кристалле.

Большая интегральная схема (БИС) — до 10000 элементов в кристалле.

Сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — до 1 миллиона элементов в кристалле.

Ультрабольшая интегральная схема (УБИС) — до 1 миллиарда элементов в кристалле.

Гигабольшая интегральная схема (ГБИС) — более 1 миллиарда элементов в кристалле.

Cхема усилительного каскада на биполярном транзисторе n-p-n-типа во включении с общей базой (ОБ) показана на рис. 5.21 (для транзистора p-n-p-типа все останется прежним, только полярность источника питания, а соответственно, и направления токов изменятся на противоположные). Полная эквивалентная схема для переменных составляющих токов и напряжений в рабочем диапазоне частот для данного каскада имеет вид, представленный на рис. 5.22. Опираясь на эту эквивалентную схему, мы можем провести подробный анализ работы усилительного каскада с ОБ в режиме малого переменного сигнала и вывести выражения для вычисления его основных характеристик.

3 Счетчиком называется устройство, предназначенное для подсчета числа входных сигналов и хранения в определенном двоичном коде этого числа.

Счетчики - это цифровые автоматы, внутренние состояния которых определяются только количеством сигналов "1", пришедших на вход. Сигналы "0" не изменяют их внутренние состояния.

Триггер Т-типа является простейшим счетчиком, который считает до двух. Счетчик, образованный цепочкой из m триггеров, сможет подсчитывать в двоичном коде 2m входных импульсов. Каждый из триггеров в этой цепочке называют разрядом счетчика.

Основная характеристика счетчика – модуль счета, или емкость счетчика Kсч.. Это количество поступивших входных сигналов, которое возвращает счетчик в исходное состояние.

Количество триггеров, необходимое для реализации счетчика, равно m = log2 Kсч., где m – ближайшее большее целое число.

Классификация счетчиков

Цифровые счетчики классифицируются следующим образом:

по модулю счета: двоичные, двоично-десятичные или с другим основанием счета, недвоичные с постоянным модулем счета, с переменным модулем счета;

по направлению счета: суммирующие, вычитающие, реверсивные;

по способу организации внутренних связей: с последовательным переносом, с параллельным переносом, с комбинированным переносом, кольцевые.

Классификационные признаки независимы и могут встречаться в различных сочетаниях: например, суммирующие счетчики бывают как с последовательным, так и с параллельным переносом и могут иметь двоичный, десятичный и иной модуль счета.

В суммирующем счетчике каждый входной импульс увеличивает число, записанное в счетчик, на единицу (для счетчиков с естественным порядком счета) и на единицу и более для счетчиков с произвольным порядком счета.

Вычитающий счетчик действует обратным образом: двоичное число, хранящееся в счетчике, с каждым поступающим импульсом уменьшается. Переполнение счетчика наступает при поступлении на его вход количества импульсов большего Kсч..

Реверсивный счетчик может работать в качестве суммирующего и вычитающего. Эти счетчики имеют дополнительные входы для задания направления счета.

Счетчики могут быть как асинхронными, так и синхронными.

Дата добавления: 2015-05-06