- •Лекция 1 Задачи курса
- •Элементы физики полупроводников
- •P-n переход, структура, работа.
- •Лекция 2 Статические характеристики диодов
- •Лекция 3 Динамические параметры p-n перехода
- •Полупроводниковые диоды.
- •Выпрямительные диоды.
- •Стабилитроны и стабисторы.
- •Светодиоды.
- •Фотодиоды.
- •Туннельные диоды.
- •Варикапы.
- •Лекция 4 Транзисторы.
- •Биполярные транзисторы.
- •Основные схемы включения транзистора.
- •Работа биполярного транзистора.
- •Лекция 5 Характеристики биполярных транзисторов.
- •Статические характеристики.
- •Модель биполярного транзистора Эберса - Молла.
- •Частотные свойства биполярных транзисторов.
- •Составные транзисторы.
- •Лекция 6 Униполярные (полевые) транзисторы.
- •Основные структуры полевых транзисторов.
- •Транзистор с изоляцией канала от затвора обратносмещенным p-n переходом.
- •Транзисторы структуры металл - диэлектрик - полупроводник (мдп).
- •Статические характеристики полевых транзисторов.
- •Лекция 7 Частотные свойства полевых транзисторов.
- •Некоторые особенности использования полевых транзисторов.
- •Тиристоры.
- •Лекция 8
- •2. Полупроводниковые устройства.
- •2.1. Усилительные устройства.
- •2.1.1. Усилительный каскад на биполярном транзисторе с заземленным эмиттером.
- •Лекция 9
- •2.1.2. Усилительный каскад на биполярном транзисторе с отрицательной обратной связью по току.
- •2.1. 3. Эмиттерный повторитель.
- •2.1.4. Дифференциальный усилитель.
- •2.2. Полупроводниковые источники стабильного тока.
- •Лекция 10
- •2.3. Обратная связь в усилителях сигналов.
- •2.3.1. Влияние обратной связи на свойства усилителя.
- •2.3.2. Разновидности обратной связи.
- •2 Рис. 74. Параллельная обратная связь..4. Частотные свойства усилителей.
- •Лекция 11
- •2.5. Операционный усилитель (оу).
- •2.5.1. Принципиальная схема, состав, функциональное назначение.
- •2.5.2. Основные параметры операционного усилителя.
- •2.5.3. Основные включения операционного усилителя.
- •Решающие элементы аналоговых вычислительных машин (авм).
- •Сумматор.
- •2.5.4.2.Интегратор.
- •Дифференциатор.
- •Решение дифференциальных уравнений.
- •Триггер Шмитта.
- •Лекция 12
- •3. Источники питания электронной аппаратуры.
- •3.1. Структурные схемы источников питания.
- •3.2. Выпрямители.
- •3.2.1. Однополупериодный выпрямитель.
- •3.2.2. Двухполупериодный выпрямитель.
- •3.2.3. Мостовой выпрямитель.
- •3.2.4. Выпрямители с умножением напряжения.
- •3.3. Фильтры.
- •Лекция 13
- •3.4. Стабилизаторы напряжения.
- •3.4.1. Компенсационные стабилизаторы.
- •3.4.2. Импульсный стабилизатор.
- •3.4.3. Источник питания с преобразованием частоты.
- •Лекция 14
- •4 Импульсная техника.
- •4.1 Импульсный сигнал, его характеристики.
- •4.2 Формирователи импульсных сигналов.
- •Лекция 15
- •4.3 Ключ на биполярном транзисторе.
- •Лекция 16
- •4.4 Процессы переключения ключа на биполярном транзисторе.
- •Лекция 17
- •4.5 Транзисторные ключи на полевых транзисторах.
- •4.6 Генератор импульсной последовательности (мультивибратор).
- •4.7 Триггер на биполярных транзисторах.
3.2. Выпрямители.
Выпрямитель ─ функциональное электронное устройство, предназначенное для преобразования напряжения переменного тока в напряжение импульсного или пульсирующего тока. В соответствии с функциональным назначением основным полупроводниковым компонентом, используемым при построении выпрямителей является диод. Рассмотрим основные разновидности выпрямителей и их работу.
3.2.1. Однополупериодный выпрямитель.
Схема однополупериодного выпрямителя показана на рис.93.
В
Рис.93.
Однополупериодный выпрямитель
Рассмотрим работу схемы в соответствии с временной диаграммой, приведенной на рис. 94. На диаграмме показано изменение напряжения на вторичной обмотке Uаб и на сопротивлении нагрузки U Rнаг.
При положительной полуволне напряжения на аноде диода имеем положительный потенциал относительно катода, что приводит к прямому смещению p-n перехода и диод находится в проводящем состоянии. По контуру протекает ток, который на резисторе нагрузки выделяет напряжение равное Uаб-Uvd = Urнаг, где Uvd -- падение напряжения на диоде.
П
Рис.
94. Временная диаграмма работы
однополупериодного выпрямителя.
Однако если параллельно нагрузке включить конденсатор работа схемы существенно измениться, что показано на рис. 94.
К
Рис.
95. Работа выпрямителя при наличии
накопительного конденсатора.
Работа схемы состоит в следующем. В положительном полупериоде при возрастании напряжения происходит заряд накопительной емкости до максимального напряжения Urmax.. При уменьшении напряжения в положительном полупериоде, как только напряжение на вторичной обмотке становится равным напряжению на нагрузке в момент времени t1 ток через диод становится равным нулю, следовательно, p-n переход получает обратное смещение. С этого момента нагрузка получает ток от накопительного конденсатора за счет его разряда. Разряд проходит экспоненциально, и в момент времени t2 напряжение на нагрузке становится равным возрастающему напряжению на вторичной обмотке, только уже в следующем периоде, при этом p-n переход получает прямое смещение и начинается новый цикл заряда накопительной емкости. Таким образом, напряжение на нагрузке при наличии накопительного конденсатора Сна не становится меньше Urmin. Вводится новое понятие -- напряжение пульсации (пульсации) ∆Urнаг = Urmax - Urmin. Чем меньше будет напряжение пульсаций, тем лучшие условия для работы нагрузки. Следовательно, необходимо стремиться к минимальным пульсациям.
Для определения величины емкости накопительного конденсатора воспользуемся уравнением определяющим изменение напряжения на конденсаторе при протекании через него тока на интервале времени dt Uc = 1/C∫iCdt. В этом выражении С -- величина конденсатора и iC -- ток протекающий через конденсатор. Изменение напряжения это и есть пульсация, а при переходе к конечным изменениям dt = t2 - t1 = ∆t. Для оценки величины конденсатора сделаем допущение, что разряд осуществляется неизменным током. Тогда уравнение преобразуется к виду Uc C = iC*∆t, откуда будем иметь C = iC*∆t/Uc. В этом выражении не определено ∆t. Для определения интервала времени возьмем ближайшее большее определяемое, учитывая, что эта оценка приведет к завышению определяемого С. Для однополупериодного выпрямителя за значение ∆t можно использовать период T. Так при напряжении пульсаций ∆Urнаг = 1В, токе нагрузки iC = 0,5А и Т = 20мсек величина емкости будет равна 10 мФ или 10000 мкФ. Необходимо отметить, что в полупроводниковых источниках питания электронной аппаратуры накопительные конденсаторы используют в качестве функционального блока Ф2, фильтра уменьшающего пульсации напряжения.
При проектировании или ремонте источников питания диоды необходимо выбирать в соответствии с требованиями выдвигаемыми выпрямительными схемами. Поэтому нужно определить какие требования предъявляет схема к диодам. Максимально допустимый ток диода должен быть не меньше тока нагрузки. В отрицательном полупериоде напряжения на вторичной обмотке трансформатора диод находится в непроводящем состоянии и если учесть напряжение заряда конденсатора, то напряжение смещающее p-n переход в обратном направлении будет близким к удвоенному амплитудному значению напряжения на вторичной обмотке. Следовательно, максимально допустимое напряжение диода должно быть не менее удвоенного амплитудного напряжения вторичной обмотки.
Недостаток данной схемы выпрямителя состоит в том, что для уменьшения пульсаций требуется большая величина накопительной емкости. Для уменьшения величины емкости необходимо уменьшать время разряда конденсатора, что возможно, если использовать оба полупериода