[1,2,3,4]
РАЗДЕЛ 2. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
Тема 2.1 Электровакуумные лампы, газоразрядные и полупроводниковые приборы
Студент должен иметь представление:
· об устройстве, назначении, принципе действия электровакуумных ламп, газоразрядных приборов;
Знать:
· устройство, назначение, принцип действия, области применения полупроводниковых приборов;
Уметь:
· составлять простейшие электронные схемы
Устройство, принцип действия и применение электровакуумных ламп; электровакуумный диод, его вольт-амперная характеристика, параметры, область применения; электровакуумный триод, его устройство.
Газоразрядные приборы: с несамостоятельным дуговым разрядом, с тлеющим разрядом. Условные обозначения, маркировка.
Электрофизические свойства полупроводников; собственная и примесная проводимости. Электронно-дырочный переход и его свойства, вольт-амперная характеристика. Устройство диодов. Выпрямительные диоды; зависимость характеристик диода от изменения температуры. Обозначение и маркировка диодов. Использование диодов.
Биполярные транзисторы, их устройство, три способа включения. Условные обозначения и маркировка транзисторов.
Тиристоры: устройство, анализ процессов в четырехслойной полупроводниковой структуре; динисторы, тринисторы.
Области применения полупроводниковых приборов.
Методические указания
Электроникой называется область науки и техники, в которой рассматриваются:
· электронные и ионные процессы, происходящие в вакууме, газах, жидкостях, твердых телах и плазме, а также на их границах;
· устройство и свойства электровакуумных, ионных и полупроводниковых приборов;
· применение этих приборов, электронных цепей и установок в различных областях науки, промышленности и т.д.
Электронными называются приборы, в которых явление тока связано с движением только электронов при наличии в приборах высокого вакуума, исключающего возможность столкновения электронов с атомами газа. К этой группе приборов относятся, например, двух- и трехэлектродные электронные лампы, электронно-лучевые трубки и др.
Электронные приборы применяются в выпрямителях, усилителях, генераторах, приемных устройствах высокой частоты, а также в автоматике, телемеханике, измерительной и вычислительной технике.
Ионными называются приборы, в которых явление тока обусловлено движением электронов и ионов, полученных при ионизации газа или паров ртути электронами. К ним относятся газотроны, тиратроны, ртутные вентили и др. Ионные приборы отличаются от электронных значительной инерционностью процессов, обусловленных большой массой иона. Поэтому ионные приборы могут применяться в установках с частотой, не превышающей нескольких килогерц.
Полупроводниковыми называются приборы, в которых ток создается в твердом теле движением свободных электронов и «дырок». Преимущества полупроводниковых приборов: малые размеры, масса, расход энергии, значительная механическая прочность, большой срок службы и простота эксплуатации.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что называют собственной и примесной проводимостью полупроводников?
2. Почему полупроводниковый диод используют как выпрямитель переменного тока?
3. Для чего нужно знать параметры диода?
4. Объяснить устройство транзистора, какие возможны схемы его включения.
5. Как устроен тиристор и для чего он применяется?
[1,2,3,5]
Лабораторная работа 8
Снятие входных и выходных характеристик транзистора.
Тема 2. 2 Фотоэлектронные приборы
Студент должен знать:
· устройство, назначение, принцип действия, основные характеристики фотоэлектронных приборов; области применения фотоэлементов
Фотоэлектронные явления (фотоэлектронная эмиссия, фотопроводимость полупроводников, фотогальванический эффект). Законы фотоэффекта. Работы А.Г.Столетова. Фотоэлементы с внешним и внутренним фотоэффектом. Устройство, принцип действия, основные характеристики и параметры ламповых фотоэлементов и фотоэлектронных умножителей.
Фоторезисторы. Солнечные фотоэлементы и фотодиоды.Фототранзисторы. Условные обозначения фотоэлектронных приборов. Фотоэлементы в преобразовательных устройствах промышленных роботов (для обнаружения и определения величины изделия, обнаружения препятствия и т.п.).
Методические указания
Фотоэлементом называется электронно-вакуумный, полупроводниковый или иной электроприбор, электрические свойства которого (сила тока, внутреннее сопротивление или э.д.с.) изменяются под действием падающего на него светового излучения.
В зависимости от среды, в которой происходит движение электронов, фотоэлементы делятся на три класса:
· вакуумные,
· газонаполненные,
· полупроводниковые.
В этих приборах используется внешний фотоэффект или внутренний.
Внешний фотоэффект заключается в том, что источник излучения сообщает части электронов вещества дополнительную энергию, достаточную для выхода их из данного вещества в окружающую среду.
Внутренний фотоэффект заключается в том, что источник излучения вызывает увеличение энергии у части электронов вещества, ионизацию части атомов и образование новых носителей зарядов – свободных электронов и «дырок» , вследствие чего электрическое сопротивление уменьшается (фоторезисторы).
Вопросы для самоконтроля:
1. В чем отличие внешнего фотоэффекта от внутреннего?
2. Почему полупроводники обладают фотоэлектронной эмиссией.
3. Назовите технические устройства, в которых применяются фотоэлектронные приборы.
[1,2,3,5]
Тема 2.3 Электронные выпрямители и стабилизаторы
Студент должен знать:
· виды выпрямителей (одно-, двухполупериодные), особенности схем.
Уметь:
· производить простейший расчет и выбор выпрямителя.
Основные сведения о выпрямителях. Структурная схема выпрямителя. Однофазные и трехфазные схемы выпрямления,принцип их работы. Постоянная и переменная составляющие выпрямленного напряжения. Соотношения между переменными и выпрямленными токами и напряжениями для различных схем выпрямления. Сглаживающие фильтры. Управляемые выпрямители.
Стабилизаторы напряжения и тока, их назначение, коэффициент стабилизации. Схемы электронных стабилизаторов напряжения и тока, их принцип работы.
Методические указания:
Выпрямление переменного тока, т.е. преобразование его в постоянный ток ,производится при помощи устройств, которые обладают весьма малым сопротивлением в прямом направлениии и очень большим сопротивлением в обратном направлении.
Устройства , обладающие таким свойством , называются электрическими вентилями.
Схемы выпрямления могут быть однополупериодными ,двухполупериодными ,трехфазные. Выпрямленное напряжение состоит из постоянной и переменной составляющих.
В большинстве случаев используется только постоянная составляющая напряжения (тока ) .Переменные составляющие обычно не только не используются , но приводят к потерям энергии ,вызывая уменьшение к.п.д. механизмов и устройств. Поэтому стремятся к уменьшению переменной составляющей, представляющей собой пульсации напряжения. Уменьшение пульсаций достигается применением сглаживающих фильтров.
Вопросы для самопроверки:
1. Какие электронные элементы можно использовать как выпрямители переменного тока?
2. Объяснить с помощью графиков работу одно-,двухполупериодных выпрямителей.
3. Для чего в схемах выпрямителей применяют сглаживающие фильтры
[1,3,5]
Лабораторная работа 9
Исследование одно-, двухполупериодного выпрямителя
Студент должен иметь представление:
· об основных схемах усилителей
Знать:
· принцип работы усилителей напряжения, тока мощности;
Уметь:
· читать электрические схемы усилителей.
Принцип усиления напряжения, тока, мощности. Назначение и классификация усилителей. Основные технические показатели и характеристики усилителей. Усилительный каскад. Динамические характеристики усилительного элемента; определение рабочей точки на нагрузочной линии, построение графиков напряжений и токов в цепи нагрузки. Каскады предварительного усиления, основные варианты оконечных каскадов. Варианты междукаскадных связей. Обратные связи и стабилизация режима работы каскада усилителя. Электронные реле.
Усилители постоянного тока. Импульсные усилители.
Методические указания :
Ламповые и полупроводниковые усилители ,называемые электронными усилителями , нашли самое широкое применение. Благодаря им появилась возможность создания высокочувствительных радиоприемников быстродействующих систем автоматического управления и регулирования и т.д.
Усилению подвергается электрическое напряжение , ток и мощность ; в зависимости от этого различают усилители напряжения тока и мощности .Следует оговорить , что во всех трех случаях происходит усиление мощности . Именно это отличает усилитель от других устройств , например , от трансформатора. Известно, что трансформатор тоже может усилить переменное напряжение или ток, но при этом соответственно ток или напряжение понижаются , так что мощность на выходе трансформатора никогда не может оказаться больше, чем мощность на входе ; наоборот , она всегда несколько меньше из-за потерь в трансформаторе
Мощность на входе усилителя создает источник входного напряжения (микрофон, антенна, различного типа датчики, предыдущий каскад усилителя и т.д.) – источник сигнала. Этот сигнал необходимо усилить , не изменяя по возможности его форму . Но мощность на выходе усилителя должна , как правило , превышать мощность источника сигнала. Для этого к усилителю необходимо подводить дополнительную энергию от другого источника ,называемого источником питания. Следовательно, в усилителе на самом деле используется энергия источника питания ,причем мощность на выходе усилителя ,конечно , меньше мощности ,затрачиваемой источником питания. Энергия же источника сигнала необходима лишь для того , чтобы изменить по своему подобию форму напряжения или тока источника питания.