Лабораторная работа 1 изучение элементной базы электронной техники

Цель работы: Ознакомиться с внешним видом, маркировкой, конструкцией и характеристиками основных типов элементов электроники.

1. Основные положения

В качестве активных элементов в электронных устройствах применяются полупроводниковые диоды, транзисторы, тиристоры, электровакуумные приборы. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы и дроссели, изделия коммутации образуют большую группу пассивных элементов, основным свойством которых является выполнение простейших операций (увеличение сопротивления протекающему току, накопление заряда, концентрация электромагнитной энергии и т.п.). Пассивные элементы наряду с активными и интегральными схемами являются комплектующими изделиями производства электронной промышленности.

1.1. Полупроводниковыми называются приборы, действие которых основано на использовании свойств полупроводников.

Классификация полупроводниковых приборов приведена на рис. 1. Полупроводниковые резисторы и диоды являются двухэлектродными приборами, биполярные и полевые транзисторы – трехэлектродными приборами. Тиристоры могут быть как двухэлектродными, так и трехэлектродными.

Рис.1 Классификация полупроводниковых приборов

1.1.1. Полупроводниковым резистором называют полупроводниковый прибор с двумя выводами, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от напряжения, температуры, освещенности и других управляющих параметров.

Классификация полупроводниковых резисторов приведена на рис. 2.

Рис.2 Классификация полупроводниковых резисторов

1.1.2. Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним р-n-переходом и двумя выводами, в котором используются свойства перехода.

Классификация полупроводниковых диодов приведена на рис. 3.

Рис. 3 Классификация полупроводниковых диодов

1.1.3. Биполярным транзистором называют электропреобразовательный прибор, состоящий из трех областей с чередующимися типами электропроводности, пригодный для усиления мощности.

Классификация биполярных транзисторов приведена на рис. 4.

Рис. 4 Классификация биполярных транзисторов

1.1.4. Полевым транзистором называют электропреобразовательный прибор, в котором ток канала управляется электрическим полем, возникающим с приложением напряжения между затвором и истоком, и который предназначен для усиления мощности электромагнитных колебаний.

Классификация биполярных транзисторов приведена на рис. 5.

Рис. 5 Классификация полевых транзисторов

Наиболее перспективными в настоящее время являются IGBT транзисторы. Которые сочетают в себе положительные свойства биполярных транзисторов (малое сопротивление эмиттерно-коллекторного перехода) и полевых (практически нулевая мощность управления). Эти транзисторы могут коммутировать токи до тысяч ампер и напряжение до тысяч волы при малых габаритах.

1.1.5. Тиристором называют полупроводниковый прибор с тремя (или более) p-n-переходами, вольтамперная характеристика которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением и который используется для переключения.

Классификация биполярных транзисторов приведена на рис. 6.

Рис. 6 Классификация тиристоров.

1.1.6. Интегральная микросхема - микроэлектронное изделие, содержащее не менее пяти активных элементов (транзисторов, диодов) и пассивных элементов (резисторов, конденсаторов, дросселей), которые изготовляются в едином технологическом процессе, электрически соединены между собой, заключены в общий корпус и представляют неразделимое целое.

1.2. Пассивные элементы

1.2.1. Конденсаторы

По роду работы конденсаторы разделяются на постоянные, переменные и подстроечные (полупеременные).

Конденсаторы классифицируются по нескольким признакам.

По виду используемого диэлектрика - конденсаторы с газообразным (воздушные), жидким (масляные), твердым неорганическим (слюдяные, керамические, стеклокерамические и др.), твердым органическим (бумажные, пленочные и др.), оксидным (оксидно-полупроводниковые жидкостные, сухие и твердые) диэлектриками.

По назначению - конденсаторы общего применения и специальные;

По номинальному рабочему напряжению - низковольтные () и высоковольтные () конденсаторы.

Конденсаторы могут применяться: П - для работы в цепях постоянного тока, У - для работы в цепях постоянного, переменного токов и в импульсном режиме; И - для работы в импульсном режиме; Ч - для работы в цепях переменного тока.

1.2.2. Резисторы

Резистором называется пассивный элемент РЭА, предназначенный для создания в электрической цепи требуемой величины сопротивления, обеспечивающей перераспределение и регулирование электрической энергии между элементами схемы.

В зависимости от характера изменения сопротивления резисторы разделяются на постоянные - значение сопротивления фиксировано, и переменные - с изменяющимся значением сопротивления.

В зависимости от назначения резисторы делятся на: резисторы общего назначения и специальные прецизионные, сверхпрецизионные, высокочастотные, высоковольтные, высокомегаомные.

В зависимости от способа защиты от внешних факторов резисторы делятся на неизолированные, изолированные, герметизированные и вакуумные.

По способу монтажа: резисторы для навесного и печатного монтажа, для микромодулей и интегральных микросхем.

По материалу резистивного элемента резисторы делятся на проволочные, не проволочные, металлофольговые.

1.2.3. Дроссели и трансформаторы

Трансформатором называется элемент РЭА, предназначенный для получения различных по амплитуде и мощности переменных напряжений.

В бытовой и радиолюбительской РЭА наибольшее распространение получили малогабаритные трансформаторы (МТ) малой мощности с выходной мощностью до 4 кВА.

По функциональному назначению МТ подразделяются на трансформаторы питания (силовые), согласующие и импульсные трансформаторы.

По рабочей частоте: пониженной частоты (ниже 50 Гц); промышленной частоты (50 Гц); повышенной промышленной частоты (400 Гц – 1000Гц); повышенной часты (до 10000 Гц); высокой частоты (свыше 10000 Гц).

По электрическому напряжению: низковольтные у которых напряжение любой обмотки не превышает 1000 В, и высоковольтные, у которых напряжение любой обмотки превышает 1000 В.

По количеству обмоток МТ делят на однообмоточные (автотрансформатор, гальванической развязки между входной и выходной цепью у него нет), двухообмогочные (имеет одну первичную и одну вторичную обмотки), и многообмоточные (несколько вторичных обмоток).

По виду используемого магнитного сердечника: трансформаторы с пластинчатым, ленточным и прессованным сердечником.

По конструктивному исполнению трансформаторы подразделяются на броневые, стержневые и тороидальные (кольцевые).

Унифицированные низкочастотные дроссели используются в основном в фильтрах выпрямители.

Конструктивно дроссель состоит из магнитопровода, катушки обоймы и устройства крепления.

1.2.4. Коммутационные устройства

Коммутационные устройства (КУ) представляют собой изделия РЭА; обладающие свойством замыкать (размыкать) электрические цепи за счет изменения электрического сопротивления контактов. В замкнутом состоянии контакты имеют очень малое сопротивление (близкое к нулю), в разомкнутом - очень большое (десятки- сотни МОм).

КУ можно разделить на два больших класса: с магнитным и механическим управлением.

К КУ с магнитным управлением относятся электромагнитные реле и магнитоуправляемые герметические контакты (герконы).

К КУ с механическим управлением отнесены микропереключатели и коммутационные изделия с ручным управлением.

К КУ с ручным управлением относятся кнопки и переключатели

1.3. Радиаторы для полупроводниковых приборов

Несмотря на сравнительно небольшую рассеиваемую мощность, которая присуща подавляющему числу современных полупроводниковых приборов, из-за малых габаритов последних удельная рассеиваемая мощность может быть достаточно велика. Если не принять специальных мер по отводу тепла от прибора, то перегрев p-n-перехода приводит либо к отказу прибора, либо к резкому снижению его долговечности. Наиболее распространенным типом индивидуальною теплоотводящего устройства для полупроводниковых приборов (диодов и транзисторов) является радиатор, представляющий собой металлическую теплопроводную пластину с гладкой или развитой поверхностью (рис.7).

а)

б) в)

Рис. 7. Примеры конструкций теплоотводящих радиаторов: а – внутренняя и наружная части радиатора для диода плоского диода ;

б, в – радиаторы с продольным расположением ребер для мощных диодов стержневого типа (ВЛ-200 и пр.).

Металлическая пластина толщиной 2—5 мм является наиболее простой формой радиатора. Такой радиатор применим для приборов с небольшой мощностью рассеивания, так как с ростом мощности рассеивания резко возрастают размеры пластины. Штыревые радиаторы при сравнении с ребристыми по мощности рассеивания, отнесенной к единице веся радиатора на 1 градус перегрева (P/GM), дают выигрыш в 20—60%.