Электроника

Электроникой называется область технической науки, изучающая принципы действия и применение электронных приборов, которые выполняют в электрических цепях различной сложности преобразования сигнала. Работа электронных приборов основана на электрических процессах происходящих в вакууме, газах, и полупроводниковых материалах. Управление этими процессами происходит с помощью электрических и магнитных полей, температуры и освещенности. В соответствии с этим электронные приборы подразделяются на электровакуумные, полупроводниковые, фотоэлектронные, квантовые, газоразрядные приборы и т.д.

Электронные приборы

Наиболее распространенным электровакуумным прибором является электронно-лучевая трубка, она остается основным узлом осциллографов, телевизионных экранов, дисплеев, мониторов и т.д.

Конструкция любого электровакуумного прибора представляет собой помещенные внутри баллона (газонепроницаемой оболочки) электроды. Электродом называется проводник, эмитирующий (испускающий) - катод; или собирающий электроны (ионы) - анод; либо управляющий их движением от электрода к электроду с помощью электрического поля.

Основные электровакуумные приборы

Электронно- управляемая лампа	Количество электродов	Область применения
Электровакуумный диод	2 - анод и катод	выпрямление переменного тока промышленной частоты в цепях высокого напряжения
Триод	3 – анод, катод, сетка	усилители высокой частоты, генераторы, мощные усилители и стабилизаторы напряжения
Тетрод	4	усилители и генераторы
Пентод	5– анод, катод, управляющий электрод, экранирующая и защитная сетки	Низкочастотные и высокочастотные усилители, усилители с переменной крутизной (переменным коэффициентом усиления) и генераторы.

Лампы с большим количеством электродов выполняют специальные функции и часто имеют двойное управление электронным потоком. К таким приборам можно отнести гептод - пятисеточную лампу, предназначенную для преобразования частоты.

Аналогичные функции преобразования сигнала выполняют полупроводниковые приборы. Их преимущества по сравнению с лампами это – технологичность, миниатюрность, дешевизна. К недостаткам следует отнести – меньшие рабочие мощности, зависимость характеристик от внешних параметров.

Работа электронных полупроводниковых приборов основана на явлении электропроводности, свойственной полупроводниковым материалам. При сплавлении двух полупроводников с различным типом проводимости, создается область раздела называемая электроно-дырочным или p-n-переходом, обладающая вентильным свойством. В отсутствии внешнего поля соблюдается равновесное состояние между диффузионным током (ток основных носителей зарядов) и током дрейфа (ток неосновных носителей заряда).

Если к диоду подключить источник постоянного напряжения, плюсом к p-области, а минусом к n-области (подать прямое смещение), то равновесное состояние p-n-перехода нарушается, внешнее поле совпадает с направлением диффузионного тока, сопротивление p-n-перехода уменьшается – переход открыт. Если к p-n-переходу приложить напряжение другой полярности (обратно сместить p-n-переход), то преобладать начинает ток дрейфа, сопротивление p-n-перехода возрастает, переход закрыт. Зависимость тока от напряжения на переходе (ВАХ) имеет нелинейный, несимметричный характер рис.7.12.

Р-n-переходы, а также переходы между металлом и полупроводником являются основными элементами полупроводниковых приборов, количество их определяет основные функции и особенности применения прибора.

Прибор с одним p-n-переходом получил название диода. ВАХ диода совпадает с ВАХ p-n-перехода (рис.7.12).

К основным параметрам диода относятся статическое и динамическое сопротивления:

Рис.7.12. ВАХ диода.

Биполярный транзистор это полупроводниковый прибор с двумя p-n-переходами, образованными тремя областями проводимостей p-n-p или n-p-n рис.7.13.

Рис.7.13. Структура биполярного транзистора

Средняя, тонкая область транзистора называется базой (б), одна крайняя область – эмиттером (э), другая крайняя область – коллектором (к).

Для транзистора выполняется первый закон Кирхгофа:

В этом соотношении ток базы много меньше тока эмиттера и тока коллектора, поэтому .

Соотношения между токами в транзисторе характеризуется двумя параметрами:

коэффициентом передачи тока эмиттера: и

коэффициентом передачи тока базы:

Связь между коэффициентами передачи транзистора:

Полупроводниковый прибор с четырехслойной структурой n-p-n-pтипа и тремя переходами называется тиристором. Тиристор имеет три вывода – два от крайних областей и третий от слоя с дырочной проводимостью. Тиристоры малой мощности используются в схемах быстродействующих электронных выключателей, мощные – в схемах управляемых выпрямителей и устройствах управления электроприводом.