Сибирский федеральный университет ГРУППОВОЕ ЗАНЯТИЕ (6 часов) по дисциплине «ВОЕННО -ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА» . Тема№ 2. Элементная база аппаратуры РЛС Занятие № 1. Электровакуумные и полупроводниковые приборы РЛК(РЛС)
Цели занятия : 1. Рассмотреть принцип работы основных элементов, применяемых в радиолокационных станциях. 2. Рассмотреть принцип построения основных узлов (блоков) РЛС
Учебные вопросы : 1. Электровакуумные приборы 2. Полупроводниковые приборы 3. Типовые элементы электрических схем РЛС
Литература: 1. Ю. А. Мельник; Г. В. Стогов. Основы радиотехники и радиотехни ческие устройства. Москва «Советское радио» , 1973. 2. Е. А. Москатов. Электронная ехника. Издание 2. Таганрог, 2005.
Сибирский федеральный университет Вопрос № 1. Электровакуумные приборы. Электронным прибором называется устройство, предназначенное для управления движением заряженных частиц в вакууме , в газовой среде или в твердом теле с целью различного рода преобразований электрических величин из одного вида в другой. Существует большое число признаков , по которым можно классифицировать электронные приборы: рабочее пространство прибора , вид преобразования энергии , назначение , мощность , диапазон частот , число электродов и др. По первому из перечисленных признаков электронные приборы подразделяются на два больших класса: электровакуумные и полупроводниковые , при этом выделяются подклассы электронных и ионных электровакуумных приборов.
Сибирский федеральный университет Электровакуумные приборы. Электровакуумными приборами (ЭВП) называются приборы, в котором рабочее пространство , изолированное газонепроницаемой оболочкой , имеет высокую степень разряжения или заполнено специальной средой (парами или газом) и действие которого основано на использовании электрических явлений в вакууме или газе.
Электронным электровакуумным прибором называется электровакуумный прибор , в котором прохождение электрического тока осуществляется только свободными электронами. Принцип действия всех электровакуумных приборов основан на явлении электронной эмиссии. Термоэлектронная эмиссия. Автоэлектронная (или «холодная» ) эмиссия – это эмиссия под воздействием сильных электрических полей. Фотоэлектронная эмиссия. Вторичная эмиссия Типичными представителями таких приборов являются электронные лампы и электронно-лучевые трубки.
Сибирский федеральный университет Электронной лампой называют электровакуумный прибор , предназначенный для различного рода преобразований электрических величин. Основными частями электронной лампы являются: баллон, система вводов , система электродов. Электровакуумный диод, устройство. .
Сибирский федеральный университет Электровакуумный диод АНОД КАТОД Нить накала ВАХ-ДИОДА
Сибирский федеральный университет ВАХ и основные параметры электровакуумного диода.
Сибирский федеральный университет Устройство триода Триодом называется электровакуумный прибор, у которого помимо анода и катода имеется третий электрод, который называется сеткой. Сетка в триоде имеет вид спирали и располагается между анодом и катодом, ближе к катоду.
Сибирский федеральный университет Принцип действия триода Рассмотрим влияние сетки на работу триода. 1) Uc = 0; Ia 1 > 0. 2) Uc > 0; Ia 2 > Ia 1; Ic > 0. 3) Uc < 0; Ia 3 < Ia 1. 4) Uc << 0; Ia 4 = 0.
Сибирский федеральный университет ВАХ и основные параметры триода Анодносеточная характеристика. Ia = f (Uc) при Ua = Const.
Сибирский федеральный университет Анодная характеристика. Это зависимость тока анода от напряжения анода при постоянном напряжении на сетке.
Сибирский федеральный университет К основным параметрам триода относятся:
Сибирский федеральный университет Электровакуумный прибор, состоящий из катода, анода и двух сеток, называется тетродом. УГО тетрода изображено на рис. 135 На экранную сетку подаётся строго постоянное положительное напряжение, равное 0, 6 ÷ 0, 8 напряжения анода. Uc 2 = (0, 6 ÷ 0, 8) Ea Схема включения тетрода показана на рис. 136.
Сибирский федеральный университет Электронно-лучевой трубкой называется электровакуумный прибор, в котором применяется электронный поток, сфокусированный в узкий луч. Осциллографическая ЭЛТ состоит из трёх основных частей: 1 – электронной пушки; 2 – отклоняющей системы; 3 – экрана. ЭЛТ с электростатическим управлением луча
Сибирский федеральный университет Первый и второй аноды выполняют две функции. Первая – разгоняют электроны до необходимой скорости. Вторая – осуществляют фокусировку электронного луча Принцип работы отклоняющей системы
Сибирский федеральный университет ЭЛТ с электромагнитным управлением
Сибирский федеральный университет Рис. Устройство вычитающего потенциалоскопа
Для записи всех отраженных сигналов в данном периоде повторения производится развертывание электронного луча по мишени. Обычно для этого используется спиральная развертка с ударным возбуждением. Изменение тока в нагрузке пропорционально изменению потенциала мишени ΔUм. Поэтому выходное напряжение пропорционально разности входных сигналов в смежных периодах повторения, т. е. Uвых(t) = Uвх(t) - Uвх(t-Tп).
Сибирский федеральный университет Лампа бегущей волны (а); группирование электронов (б). . Схема движения электронов и поля в лампе обратной волны.
Основной способ повысить усиление сигналов сантиметрового диапазона в электронных приборах состоит в том, чтобы увеличить время взаимодействия усиливаемого поля с пролетающими через него электронами. Этот способ используется в усилителе, называемом лампой бегущей волны (ЛБВ). ЛБВ содержит электронный прожектор(1), выполняющий те же функции, что и в ЭЛТ и клистроне, подводящий (2) и отводящий(3) волноводы и замедляющую систему(4), Усиливаемое электромагнитное поле и электронный поток движутся вместе вдоль лампы и взаимодействуют в течение длительного времени. В результате этого происходит глубокая группировка электронов даже при слабом входном сигнале
Для того, чтобы усиливаемое поле и электронный поток двигались вместе, необходимо приблизительно уравнять их скорости. С этой целью скорость распространения радиоволн вдоль лампы замедляют с помощью спирали, расположенной внутри баллона. Электромагнитные колебания распространяются вдоль проводников этой спирали. Шаг спирали и длина витка подбираются так, чтобы получить нужное значение скорости перемещения поля вдоль оси спирали. Характер взаимодействия между полем и потоком электронов зависит от соотношения между скоростью волны v. B и скоростью электронов Vэ. Если электрон ускоряется полем, значит он получает от него энергию
Наоборот, условием передачи энергии электрона полю является торможение его этим полем. Первоначально усиливаемое поле, воздействуя на электроны, ускоряет одни из них и замедляет другие. Далее, вследствие различия скоростей, формируются сгустки электронов.
Сибирский федеральный университет Пролетный клистрон
Пролетный клистрон содержит вакуумный баллон, электроннолучевую систему и два объемных резонатора. Электроны, вылетающие из катода (1), сжимаются в пучок управляющей сеткой 2) в виде кольца с небольшим отрицательным потенциалом. Далее электроны ускоряются положительным напряжением на ускоряющем электроде (3), также имеющем вид кольца, пролетают внутри него и попадают в первый объемный резонатор 4). В этот резона- тор вводятся усиливаемые колебания.
Пролетая мимо сеток объемного резонатора, электроны тормозятся или ускоряются действующим в нем электромагнитным полем. Поэтому электроны, вылетевшие из первого резонатора в разное время, имеют разную скорость. Информация о характере поля в первом резонаторе оказывается зафиксированной в виде распределения скоростей электронов вдоль потока. В пространстве между резонаторами, где на электроны не действуют никакие силы, происходит их группировка по плотности. Получив различные скорости, электроны, в среднем равномерно распределенные в сплошном электронном потоке, начинают расходиться в разные стороны вдоль направления движения — одни отстают, другие уходят вперед.
В результате этого образуются сгустки электронов, соответствующие закону изменения электромагнитного поля в первом резонаторе. Как говорят, модуляция электронов по скорости переходит в модуляцию по их положению плотности. Движущийся сгусток электронов, пролетая мимо сетки второго резонатора (5), образует с ней конденсатор переменной емкости. По мере того, как его «пластины» (заряд и сетка) сближаются, а затем расходятся, напряжение на сетке меняется. В результате этого во втором резонаторе наводятся электромагнитные колебания, изменяющиеся в соответствии с полем первого резонатора. Электроны как бы переносят электромагнитные колебания из первого резонатора во второй. Однако вторичное поле значительно больше по интенсивности, так как оно наводится движущимися сгустками за счет энергии ускоряющего поля, создаваемого источником постоянного напряжения. В этом состоит усиление
Сибирский федеральный университет
Сибирский федеральный университет
Сибирский федеральный университет отражательный клистрон
МНОГОРЕЗОНАТОРНЫЙ МАГНЕТРОН Многорезонаторный магнетрон – электронный прибор типа М, предназначенный для генерации СВЧ-колебаний. Генерация происходит в результате взаимодействия электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях с СВЧ-полем замкнутой (кольцевой) замедляющей системы, образованной цепочкой резонаторов. В многорезонаторном магнетроне используется внутренний цилиндрический катод, который создает эмиссию электронов по всей длине кольцевого пространства взаимодействия и обеспечивает получение замкнутого электронного потока. Упрощенная схема многорезонаторного магнетрона показана на рис. 7. 1
Рис. 1. Схематическое изображение многорезонаторного магнетрона: а - общий вид; б - сечение плоскостью, перпендикулярной H 0.
Рис. 25. 6. Устройство магнетрона
Рис. 25. 8. Магнитная связь между соседними резонаторами
В работе магнетрона используется процесс движения электронов при наличии двух полей — магнитного и электрического, перпендикулярных другу. Магнетрон представляет собой двухэлектродную лампу или диод, содержащий накаливаемый катод, испускающий электроны, и холодный анод. Магнетрон помещается во внешнее магнитное поле. Анод (анодный блок) магнетрона имеет довольно сложную монолитную конструкцию с системой резонаторов, необходимых для усложнения структуры электрического поля внутри магнетрона. Магнитное поле создается либо катушками с током (электромагнит), либо постоянным магнитом, между полюсами которого помещается магнетрон. Если бы магнитного поля не было, то электроны, вылетающие из катода практически без начальной скорости, двигались бы в электрическом поле вдоль прямых линий, перпендикулярных к катоду, и все попадали бы на анод. При наличии перпендикулярного магнитного поля траектории электронов искривляются силой Лоренца. .
Движение электрона представим как перемещение точки диска, катящегося без скольжения по цилиндрической поверхности катода (рис. 7. 2). При данном Uа и В=0 электрон, движется к аноду по радиусу (прямая 1 на рис. 7. 2). При увеличении индукции траектория искривляется, но электрон еще попадает на анод (кривая 2). Существует некоторая критическая индукция Вкр, при которой радиус r катящегося диска равен половине расстояния между анодом и катодом, т. е. r=d/2, и траектория касается анода (кривая 3). Если В>Вкр, то электрон не доходит до анода кривая 4) и анодный ток прекращается. Режим работы магнетрона, соответствующий критической индукции (В=Вкр), называется критическим. Естественно, что с повышением анодного напряжения растет Bкр, так как увеличивается переносная скорость vп (5. 9) и радиус диска (5. 11). Для сохранения прежнего значения радиуса (r=d/2) необходимо увеличивать Вкр.
Как работает магнетрон
Рис. 25. 11. Вращающееся электронное «облачко» в магнетроне при отсутствии колебаний
Обычно для нормальной работы магнетрона требуется, чтобы фазы соседних резонаторов были смещены на 180°, т. е. на π радиан. Поэтому такой вид колебаний называется π — видом. Чтобы способствовать возбуждению этого вида и препятствовать возбуждению остальных, в магнетроне используются металлические связки, которые электрически соединяют между собой четные и нечетные резонаторы. Предположим, что в какой-то момент времени в резонаторах случайным образом возникли колебания нужного нам вида (рис. 8). Попытаемся доказать, что при правильно заданных режимах магнетрона эти колебания будут усиливаться за счет автоматической группировки электронов. Электроны, находящиеся под положительным сегментом, догоняют электроны, находящиеся в плоскости. Электроны, находящиеся под отрицательным полюсом, тормозятся радиальной составляющей СВЧ поля, поэтому их скорость в направлении движения электронного облака снижается. В результате образуются области электронных скоплений, по форме напоминающие спицы колеса, как это показано на Рис. 25. 13. Эти спицы вращаются с такой скоростью, чтобы за половину периода проходить расстояние от одной резонаторной щели до другой. В этом случае электроны, находящиеся в спицах, пролетая над щелями резонаторов, могут постоянно попадать в тормозящее поле касательной составляющей и отдавать ему энергию, накопленную во время движения по радиальной составляющей. Таким образом, основная роль касательной составляющей СВЧ поля заключается в преобразовании кинетической энергии электронов в энергию колебаний, а основная роль радиальной составляющей заключается в преобразовании равномерного электронного облака в колесо от телеги.
Рис. 25. 13. Вращающееся электронное «облачко» в магнетроне при колебаниях в резонаторах
Рис. 25. 12. Путь «вредного» (А) и «полезного» (Б) электрона в магнетроне при колебаниях в резонаторах
При наличии СВЧ поля возможны два случая: 1. Допустим, электрон находится в области спицы. Тогда, вылетев с катода, он будет разгоняться анодным напряжением и за счет магнитного поля постепенно изменять направление движения. Влетев в тормозящее СВЧ поле, он отдаст ему часть своей кинетической энергии, и его скорость снизится. В результате ему не хватит оставшейся энергии, чтобы долететь обратно до катода. В какой-то момент он остановится, а затем вновь начнет движение к аноду под воздействием анодного напряжения. Все предыдущие процессы повторятся, за исключением того, что точкой начала движения будет не катод. В этом же духе будут происходить и последующие циклы, пока в конце концов электрон не доберется до анода. Таким образом, электрон на пути к аноду проходит по сложной траектории (рис. 10) несколько раз, отдавая свою энергию СВЧ полю. 2. Возможен, однако, и другой случай. Если прочих равных условиях электрон вылетел с катода в момент, когда он находился между спицами, то он попадет в ускоряющее СВЧ поле, и поэтому ему после правого разворота в магнитном поле вполне хватит энергии врезаться в катод. Избыток кинетической энергии выделится в виде тепла, приводя к дополнительному разогреву катода.
Рис. 10 Траектория электрона, находящегося в «спице» , при движении от катода к аноду
Сибирский федеральный университет Вопрс№ 2. Полупроводниковые приборы Полупроводниковыми называется прибор действие которого основано на использовании свойств полупроводника. 1. Диоды 2. Транзисторы 3. Тиристоры и симисторы 4. Оптрон 5. Фоторезистор 6. Фотодиод 7. Фототранзистор 8. Стабилитроны 9. Термоэлементы и термоэлектрические генераторы 10. Полупроводниковые интегральные микросхемы и микропроцессоры 11. Светодиоды, жидкокристаллические и плазменные матрицы 12. Полупроводниковые СВЧ-элементы 13. Варикапы
Сибирский федеральный университет Движение электронов в ускоряющем электрическом поле Электрическое поле однородное с напряжённостью Е=U/d. При этом скорость электрона в электрическом поле определяется только величиной напряжения между двумя точками поля, и поэтому скорость электрона иногда характеризуют этим напряжением.
На единичный положительный заряд, помещённый в электрическое поле, действует сила, равная по величине напряжённости этого поля F = E – для единичного положительного заряда. F = - e ∙ E – для электрона. Знак «-» показывает, что сила действующая на электрон, направлена против линии напряжённости электрического поля. Под действием данной силы электрон будет двигаться равноускоренно и приобретёт максимальную скорость в конце пути. Поле, линии напряжённости которого направлены навстречу вектору начальной скорости электрона, называется ускоряющим электрическим полем. Определим максимальную скорость электрона. Работа по перемещению электрона из одной точки поля в другую равна произведению заряда электрона на разность потенциалов между этими точками. A = e ∙ U Данная работа затрачивается на сообщение электрону кинетической энергии.
так как e и m - константы, то из последней формулы видно, что скорость электрона в электрическом поле определяется только величиной напряжения между двумя точками поля, и поэтому скорость электрона иногда характеризуют этим напряжением.
Для того, чтобы электрон смог разорвать ковалентную связь и стать свободным, он должен получить энергию, большую ширины запрещённой зоны.
Сибирский федеральный университет Зонная энергетическая диаграмма
2. 2. Электропроводность полупроводников 1) Собственная проводимость полупроводников 2) Примесная проводимость полупроводников 3) Дрейфовый и диффузионный токи в полупроводниках 2. 3. 1). Собственная проводимость полупроводников. Собственным полупроводником или же полупроводником i-типа называется идеально химически чистый полупроводник с однородной кристаллической решёткой. Кристаллическая структура полупроводника на плоскости может быть определена следующим образом.
Если электрон получил энергию, большую ширины запрещённой зоны, он разрывает ковалентную связь и становится свободным. На его месте образуется вакансия, которая имеет положительный заряд, равный по величине заряду электрона и называется дыркой. В полупроводнике i-типа концентрация электронов ni равна концентрации дырок pi. То есть ni= pi. Процесс образования пары зарядов электрон и дырка называется генерацией заряда. Свободный электрон может занимать место дырки, восстанавливая ковалентную связь и при этом излучая избыток энергии. Такой процесс называется рекомбинацией зарядов. В процессе рекомбинации и генерации зарядов дырка как бы движется в обратную сторону от направления движения электронов, поэтому дырку принято считать подвижным положительным носителем заряда. Дырки и свободные электроны, образующиеся в результате генерации носителей заряда, называются собственными носителями заряда, а проводимость полупроводника за счёт собственных носителей заряда называется собственной проводимостью проводника.
2. 3). Примесная проводимость проводников. Так как у полупроводников i-типа проводимость существенно зависит от внешних условий, в полупроводниковых приборах применяются примесные полупроводники. Если в полупроводник ввести пятивалентную примесь, то 4 валентных электрона восстанавливают ковалентные связи с атомами полупроводника, а пятый электрон остаётся свободным за счёт этого концентрация свободных электронов будет превышать концентрацию дырок. Примесь, за счёт которой ni>pi, называется дорной примесью. Полупроводник, у которого ni>pi, называется полупроводником с электронным типом проводимости, или полупроводником n- типа. В полупроводнике n-типа электроны называются основными носителями заряда, а дырки – неосновными носителями заряда.
При введении трёхвалентной примеси три её валентных электрона восстанавливают ковалентную связь с атомами полупроводника, а четвёртая ковалентная связь оказывается не восстановленной, т. е. имеет место дырка. В результате этого концентрация дырок будет больше концентрации электронов. 2. 4). Дрейфовый и диффузионный токи в полупроводниках. Дрейфовый ток в полупроводнике – это ток, возникающий за счёт приложенного электрического поля. При этом электроны движутся навстречу линиям напряжённости поля, а дырки по направлению линий напряжённости поля. Диффузионный ток – это ток, возникающий из-за неравномерной концентрации носителей заряда.
Сибирский федеральный университет Кристаллическая структура полупроводника на плоскости
Сибирский федеральный университет
Сибирский федеральный университет Дрейфовый и диффузионный токи в полупроводниках Дрейфовый ток в полупроводнике – это ток, возникающий за счёт приложенного электрического поля.
2. 5). Образование электронно-дырочного перехода. Ввиду неравномерной концентрации на границе раздела p и n полупроводника возникает диффузионный ток, за счёт которого электроны из nобласти переходят в p-область, а на их месте остаются некомпенсированные заряды положительных ионов донорной примеси. Электроны, приходящие в p область, рекомбинируют с дырками, и возникают некомпенсированные заряды отрицательных ионов акцепторной примеси. Ширина p-n перехода – десятые доли микрона.
На границе раздела возникает внутреннее электрическое поле p-n перехода, которое будет тормозящим для основных носителей заряда и будет их отбрасывать от границы раздела. Для неосновных носителей заряда поле будет ускоряющим и будет переносить их в область, где они будут основными. Максимум напряжённости электрического поля – на границе раздела.
Распределение потенциала по ширине полупроводника называется потенциальной диаграммой. Разность потенциалов на p-n переходе называется контактной разностью потенциалов или потенциальным барьером. Для того, чтобы основной носитель заряда смог преодолеть p-n переход, его энергия должна быть достаточной для преодоления потенциального барьера.
Сибирский федеральный университет Образование электронно-дырочного перехода
2. 6). Прямое и обратное включение p-n перехода. Приложим внешнее напряжение плюсом к p-области. Внешнее электрическое поле направлено навстречу внутреннему полю p -n перехода, что приводит к уменьшению потенциального барьера. Основные носители зарядов легко смогут преодолеть потенциальный барьер, и поэтому через p-n переход будет протекать сравнительно большой ток, вызванный основными носителями заряда. Такое включение p-n перехода называется прямым, и ток через p-n переход, вызванный основными носителями заряда, также называется прямым током. Считается, что при прямом включении p-n переход открыт. Если подключить внешнее напряжение минусом на p-область, а плюсом на n-область, то возникает внешнее электрическое поле, линии напряжённости которого совпадают с внутренним полем p-n перехода. В результате это приведёт к увеличению потенциального барьера и ширины p-n перехода.
Сибирский федеральный университет Прямое и обратное включение p-n перехода Такое включение p-n перехода называется прямым(большой ток) Такое включение p-n перехода называется обратным(малый ток)
Основные носители заряда не смогут преодолеть p-n переход, и считается, что p-n переход закрыт. Оба поля – и внутреннее и внешнее - являются ускоряющими для неосновных носителей заряда, поэтому неосновные носители заряда будут проходить через p-n переход, образуя очень маленький ток, который называется обратным током. Такое включение p-n перехода также называется обратным. Так как величина обратного тока во много раз меньше, чем прямого, то обратным током можно пренебречь и считать, что p-n переход проводит ток только в одну сторону.
Сибирский федеральный университет Свойства p-n перехода. К основным свойствам p-n перехода относятся: -свойство односторонней проводимости; -температурные свойства p-n перехода; -частотные свойства p-n перехода; -пробой p-n перехода.
![Сибирский федеральный университет Классификация диодов производится по следующим признакам: 1] По конструкции: плоскостные диоды;](https://present5.com/presentation/55683562_134442062/image-68.jpg "Сибирский федеральный университет Классификация диодов производится по следующим признакам: 1] По конструкции: плоскостные диоды;")
Сибирский федеральный университет Классификация диодов производится по следующим признакам: 1] По конструкции: плоскостные диоды; точечные диоды; микросплавные диоды. 2] По мощности: маломощные; средней мощности; мощные. 3] По частоте: низкочастотные; высокочастотные; СВЧ. 4] По функциональному назначению: выпрямительные диоды; импульсные диоды; стабилитроны; варикапы; светодиоды; тоннельные диоды и так далее.
Сибирский федеральный университет Условное обозначение диодов подразделяется на два вида: - маркировка диодов; - условное графическое обозначение (УГО) – обозначение на принципиальных электрических схемах. По старому ГОСТу все диоды обозначались буквой Д и цифрой, которая указывала на электрические параметры, находящиеся в справочнике. Новый ГОСТ на маркировку диодов состоит из 4 обозначений: К С -156 А Г Д -507 Б I II IV Рис. 26
Сибирский федеральный университет Вывод от p-области называется анодом, а вывод от n-области – катодом
Сибирский федеральный университет Вольтамперная характеристика полупроводниковых диодов
Сибирский федеральный университет Вольтамперная характеристика и основные параметры полупроводниковых диодов
Сибирский федеральный университет основные параметры полупроводниковых диодов
Сибирский федеральный университет Стабилитроном называется полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации уровня постоянного напряжения. Стабилизация – поддержание какого-то уровня неизменным. По конструкции стабилитроны всегда плоскостные и кремниевые. Принцип действия стабилитрона основан на том, что на его вольтамперной характеристике имеется участок, на котором напряжение практически не зависит от величины протекающего тока.
Вольтамперная характеристика стабилитрона Сибирский федеральный университет Схема включения стабилитрона
Сибирский федеральный университет Основные параметры стабилитронов:
Сибирский федеральный университет Транзистором называется полупроводниковый преобразовательный прибор, имеющий не менее трёх выводов и способный усиливать мощность
Сибирский федеральный университет Классификация транзисторов - По материалу полупроводника – обычно германиевые или кремниевые; -По типу проводимости областей (только биполярные транзисторы): с прямой проводимостью (p-n-p - структура) или с обратной проводимостью (n-p-n - структура); -По принципу действия транзисторы подразделяются на -биполярные и полевые (униполярные); - По частотным свойствам; НЧ (<3 МГц); Ср. Ч (3 -. 30 МГц); ВЧ и СВЧ (>30 МГц); -По мощности. Маломощные транзисторы ММ (<0, 3 Вт), средней мощности Ср. М (0, 3. -3 Вт), мощные (>3 Вт).
Сибирский федеральный университет Маркировка транзисторов Г Т - 313 А К П - 103 Л I II - III IV I – материал полупроводника: Г – германий, К – кремний. II – тип транзистора по принципу действия: Т – биполярные, П – полевые. III – три или четыре цифры – группа транзисторов по электрическим параметрам. Первая цифра показывает частотные свойства и мощность транзистора в соответствии с ниже приведённой таблицей. IV – модификация транзистора в 3 -й группе. Таблица 1
Сибирский федеральный университет Устройство биполярных транзисторов Основой биполярного транзистора является кристалл полупроводника p-типа или n-типа проводимости, который также как и вывод от него называется базой Область, имеющая бóльшую площадь p-n перехода, и вывод от неё называют коллектором. Область, имеющая меньшую площадь p-n перехода, и вывод от неё называют эмиттером
Сибирский федеральный университет Концентрация основных носителей зарядов в эмиттере, базе и коллекторе
2. 10. 1. 2) Принцип действия биполярных транзисторов. При работе транзистора в усилительном режиме эмиттерный переход открыт, а коллекторный – закрыт. Это достигается соответствующим включением источников питания. Так как эмиттерный переход открыт, то через него будет протекать ток эмиттера, вызванный переходом электронов из эмиттера в базу и переходом дырок из базы в эмиттер. Следовательно, ток эмиттера будет иметь две составляющие – электронную и дырочную. Эффективность эмиттера оценивается коэффициентом инжекции: 2. Степень рекомбинации носителей зарядов в базе оценивается коэффициентом перехода носителей зарядов δ:
Сибирский федеральный университет Основное соотношение токов в транзисторе: Iэ = Iк + Iб α – коэффициент передачи тока транзистора или коэффициент усиления по току: Iк = α ∙ Iэ + Iкбо, где обратный ток коллектора Iкбо -Схема с общей базой
Сибирский федеральный университет Uвх = Uбэ Uвых = Uбк Напряжение в транзисторных схемах обозначается двумя индексами в зависимости от того, между какими выводами транзистора эти напряжения измеряются. где Iк, Iэ – переменные составляющие коллекторного и эмиттерного тока, ΔIк, ΔIэ – постоянные составляющие.
Сибирский федеральный университет Усилительные свойства биполярного транзистора Независимо от схемы включения, транзистор характеризуется тремя коэффициентами усиления: 1. KI = Iвых / Iвх – по току; 2. KU = Uвых / Uвх = (Iвых ∙ Rн) / (Iвх ∙ Rвх) = KI ∙ Rн / Rвх – по напряжению; 3. KP = Pвых / Pвх = (Uвых ∙ Iвых) / (Uвх ∙ Iвх) = KI∙KU – по мощности. Для схемы с общей базой: KI = Iк / Iэ = α (α<1) KU = α ∙ (Rн / Rвх) Rн ≈ n ∙ 1 к. Ом Rвх ≈ n ∙ 10 Ω KU ≈ n ∙ 100 KP = KU / KI = n ∙ 100 Для схемы с общим коллектором: KI = Iэ / Iб = β + 1 = n KU = β ∙ (Rн / Rвх) ≈ n KU < 1 Для схемы с общим эмиттером: KI = Iк / Iб = β = n (10÷ 100) KU = β ∙ (Rн / Rвх) KP = KI ∙ KU = n ∙ (1000÷ 10000)
Сибирский федеральный университет Полевой транзистор Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, в котором ток создаётся только основными носителями зарядов под действием продольного электрического поля, а управление этим током осуществляется поперечным электрическим полем, которое создаётся напряжением, приложенным к управляющему электроду
Сибирский федеральный университет Несколько определений: Вывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, называется истоком. Вывод полевого транзистора, к которому стекают основные носители зарядов, называется стоком. Вывод полевого транзистора, к которому прикладывается управляющее напряжение, создающее поперечное электрическое поле называется затвором. Участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов, между p-n переходом, называется каналом полевого транзистора.
Сибирский федеральный университет Поэтому полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналом p-типа или n-типа. Условное графическое изображение (УГО) полевого транзистора с каналом n-типа изображено на рисунке 96, а с каналом p-типа на рисунке 97
Сибирский федеральный университет Принцип действия полевого транзистора На затвор всегда подаётся такое напряжение, чтобы переходы закрывались. Напряжение между стоком и истоком создаёт продольное электрическое поле, за счёт которого через канал движутся основные носители зарядов, создавая ток стока. 1) При отсутствии напряжения на затворе p-n переходы закрыты собственным внутренним полем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна и ток стока будет максимальным. 2) При увеличении запирающего напряжения на затворе ширина p-n переходов увеличивается, а ширина канала и ток стока уменьшаются. 3) При достаточно больших напряжениях на затворе ширина p-n переходов может увеличиться настолько, что они сольются, ток стока станет равным нулю.
Вопросы для письменного опроса. 1. ВАХ полупроводникового диода и элекровакуумного диода. 2. В чем приемущества и недостатки элекровакуумного и полупроводникового диодов 3. В чем основные различия полупроводникового транзистора от элекровакуумного триода. 4. Что такое потенциальный барьер потенциалоскопа. Как он формируется. 5. Какое количество резонаторов у магнетрона. Четное или нечетное. Почему?
Сибирский федеральный университет Вопрос№ 3. типовые элементы электрических схем РЛС Амплитудный детектор предназначен для формирования напряжения, пропорционального огибающей амплитудно модулированных колебаний. В качестве нелинейного элемента в детекторах обычноиспользуют ламповый или полупроводниковый диод Д
Включение выпрямительных диодов в схемах университет Сибирский федеральный выпрямителей. Диоды в схемах выпрямителей включаются по одно- и двухполупериодной схемам. Если взять один диод, то ток в нагрузке будет протекать за одну половину периода, поэтому такой выпрямитель называется однополупериодным. Его недостаток – малый КПД.
Двухполупериодные выпрямители
Сибирский федеральный университет Частотный детектор Рис. Векторные диаграммы напряжений частотного детектора.
Сибирский федеральный университет Фазовый детектор создает на выходе напряжение, пропорциональное разности фаз между напряжением входного сигнала Ис и некоторым опорным напряжением Ио. Он состоит из двух амплитудных детекторов,
Сибирский федеральный университет Каждый из детекторов включается в работу поочередно, когда на нем прекращает действовать отрицательная полуволна опорного напряжения. Детекторы соединены навстречу другу: один из них (например, верхний) дает на выходе только положительное напряжение, другой —только отрицательное. Результирующее напряжение, снимаемое с обоих нагрузочных со- противлений, может быть либо положительным, либо отрицательным. Знак напряжения и его величина зависят от соотношения фаз между сигналом и опорным напряжением. В качестве оконечного усилителя часто применяют катодный повторитель.
Сибирский федеральный университет Рис. Катодный (а) и эмиттерный (б) повторители. Катодный повторитель представляет собой усилитель с большой отрицательной обратной связью, имеющий коэффициент усиления по напряжению порядка единицы. Под действием входного напряжения (UBx), составляющего обычно десятки вольт, через лампу протекает ток, который создает на нагрузочном сопротивлении выходное напряжеие Между потенциалами Uвх и Uвых . и напряжением сетка катод еск, определяющим ток лампы, устанавливается баланс: Uск=Uвх — Uвых-
Сибирский федеральный университет Рис. 3. 1. Ламповые усилители о общим катодом (а) и транзисторные усилители с общим эмиттером (в)
Сибирский федеральный университет Сельсин — это индукционная машина системы индукционной связи. Сельсинами (от англ. self-synchronizing) называются электрические микромашины переменного тока, обладающие свойством самосинхронизации. Сельсин передачи работают по принципу обычной механической передачи, только крутящий момент между валами передаётся не зубьями шестерён, а магнитным потоком без непосредственного контакта. В различных отраслях промышленности, в системах автоматики и контроля часто возникает необходимость синхронного и синфазного вращения или поворота двух и более осей, механически не связанных друг с другом (например, на РЛС — радиолокационных системах с вращающейся антенной). Такие задачи решаются с помощью систем синхронной связи.
Сибирский федеральный университет
Сибирский федеральный университет Простейший сельсин состоит из статора с трёхфазной обмоткой (схема включения — треугольник или звезда) и ротора с однофазной обмоткой. Два таких устройства электрически соединяются друг с другом одноимёнными выводами — статор со статором и ротор с ротором. На роторы подаётся одинаковое переменное напряжение. При таких условиях вращение ротора одного сельсина вызывает поворот ротора другого сельсина. Режимы работы. Различают два основных режима работы сельсинов — индикаторный и трансформаторный.
Сибирский федеральный университет Индикаторный режим применяют в том случае, когда к ведомой оси (приемника) приложен весьма малый момент сопротивления - ось нагружена легкой стрелкой или шкалой. При работе системы поворот ротора сельсина-датчика на некоторый угол Uд приводит к появлению в обмотках синхронизации обоих сельсинов электрического тока и к возникновению в сельсине-приёмнике синхронизирующего момента, под действием которого его ротор стремится повернуться на такой же угол Un. Синхронизирующий момент создается при наличии между роторами обоих сельсинов некоторого пространственного угла U = Uд – Un, называемого углом рассогласования. В идеальном случае синхронизирующий момент стремится повернуть ротор приёмника в точно такое же (синхронное) положение, какое занимает ротор датчика, т. е. точно отработать заданный угол Uд. Но практически из-за наличия трения и механической нагрузки на валу приёмника между осями датчика и приёмника всегда имеет место некоторый угол рассогласования, характеризующий степень точности синхронной передачи угла.
Сибирский федеральный университет Рис. 5. 4. Индикаторная схема «передачи угла»
Сибирский федеральный университет Рис. 5. 5. Зависимость токов в обмотках синхронизации в функции угла рассогласования
Трансформаторный режим применяют тогда, когда к ведомой оси приложен значительный момент сопротивления, т. е. когда приходится поворачивать какой-либо механизм. В этом случае сельсин-приёмник отрабатывает заданный угол не самостоятельно, а с помощью электрически и механически связанного с ним исполнительного двигателя. При работе системы синхронной передачи угла рассогласование положений роторов датчика и приёмника приводит к появлению на зажимах обмотки возбуждения приёмника выходного напряжения, которое подается на обмотку управления исполнительного двигателя
. В результате двигатель поворачивает ведомую ось; в идеальном случае он поворачивает её до ликвидации рассогласования. Сельсины могут работать в режиме поворота и в режиме вращения. В первом случае угол рассогласования между осями датчика и приёмника после обработки заданного угла поворота характеризует статистическую ошибку системы синхронной связи. Во втором случае ротор приёмника вращается с той же скоростью, что и ротор датчика, а возникающий между ними в процессе вращения угол рассогласования характеризует динамическую точность системы.
Сибирский федеральный университет Рис. 5. 11. Трансформаторная схема "передачи угла". УПУ – усилительно-преобразовательной устройство; СД – силовой двигатель; О – объект управления
Сибирский федеральный университет Рис. 5. 12. К вопросу о повороте НС сельсина приемника в трансформаторной схеме "передачи угла"
Сибирский федеральный университет Дифференциальный сельсин используется в тех случаях, когда требуется поворачивать ведомую ось на угол, равный сумме или разности углов поворота двух ведущих осей. В этом случае с ведущими осями механически связаны два сельсина - датчика, а с ведомой осью – дифференциальный сельсин. Сельсины-датчики выполнены обычным образом, т. е. имеют однофазную обмотку возбуждения и трехфазную обмотку синхронизации. Конструкция же дифференциального сельсина подобна трехфазному асинхронному двигателю: он имеет на статоре и роторе по три распределенных обмотки, оси которых сдвинуты между собой на 120. обмотка статора присоединена к обмотке синхронизации одного сельсина, а обмотка ротора – к обмотке синхронизации другого сельсина.
В системе синхронной передачи, состоящей из двух сельсинов и электрического дифференциала, включенного между ними, всегда два элемента выполняют роль датчика (их оси поворачиваются принудительно), а третий – роль приемника (его ось поворачивается сама на угол, равный по величине алгебраической сумме углов поворота датчиков). В этой системе могут иметь место следующие режимы работы: а) оба сельсина работают в качестве датчиков, а электрический дифференциал – в качестве приёмника; б) один из сельсинов и электрический дифференциал работают в качестве датчиков, а второй сельсин – в качестве приёмника. В первом случае электрический дифференциал называют дифференциальным приёмником, а во втором – дифференциальным датчиком.
Сибирский федеральный университет Рис. 5. 15. Система синхронной связи с дифференциальным сельсином
Сибирский федеральный университет Рис. 5. 16. К вопросу о работе дифференциального сельсин
Сибирский федеральный университет Электромашинные усилители мощности серии ЭМУ Предназначены для работы в автоматизированных приводах постоянного тока. При создании приводов электромашинным усилителям отдается все большее предпочтение. Прогресс в конструировании электромашинных усилителей выявляет их новые и новые потенциальные возможности, заложенные в самом физическом принципе работы ЭМУ.
Сибирский федеральный университет Преимущества ЭМУ: малые габариты, высокая устойчивость к внешним воздействиям, в первую очередь климатическим и механическим; мягкая передача нагрузок в сеть, отсутствие искажений формы тока и излучения помех в питающую сеть; неограниченные возможности регулирования. В корпусе усилителя на одном валу расположены приводной двигатель и специальный генератор постоянного тока (амплидин), использующий усилительный эффект поперечного магнитного поля. Коэффициент усиления амплидина весьма высок - 1000 и более, поэтому для создания приводов мощностью до 10 к. Вт необходимая мощность сигналов управления составляет единицы ватт. При этом токи управления исчисляются миллиамперами. Таким образом, электромашинные усилители мощности серии ЭМУ управляются без согласующих устройств непосредственно от компьютеров или от маломощных электронных схем. Максимальное удовлетворение требований потребителя - такова концепция конструирования электромашинных усилителей серии ЭМУ.
Сибирский федеральный университет Рисунок 4. 3 – Схемы электромашинных усилителей
Сибирский федеральный университет Простейшим электромашинным усилителем является генератор постоянного тока Г, что оборачивается с постоянной скоростью с помощью вспомогательного двигателя Д 1 (рис. 4. 3, А). Исходное напряжение Uвых пропорциональная поточному возбуждению. Подавая входное напряжение Uвх на обмотку возбуждения, можно руководить исходным напряжением генератора, меняя его величину и знак. Коэффициент усиления определяется отношением исходной мощности генератора к мощности, которая рассеивается на обмотке возбуждения, и может равняться 20… 100. Нагрузкам генератора, как уже указывалось, есть цепь якорю исполнительного двигателя Д 2. Зависимость исходного напряжения генератора от управляющего напряжения линейная в начальной части характеристики, которая достигает насыщения при большом значении тока управления.
Сибирский федеральный университет Простыми электромашинными усилителями применяются также более совершенные усилители с поперечным полем (рис. 4. 3, б). Якорь такого усилителя содержит две пары щеток, расположенных перпендикулярно одна к другой. На статоре располагаются обмотка управления Wу, компенсационная обмотка Wк, обмотка подмагничивания Wп и обмотка дополнительных полюсов. Если представить на обмотку управления ток Iу, создаваемый напряжение Uвх, то по продольной оси усилителя образуется поток Фу. В поперечной цепи якоря под действием этого потока приводится эдс поперечной цепи Е 1
. Поперечная пара щеток Щ 1 и Щ 2 заперта на малое сопротивление обмотки подмагничивания: поэтому даже небольшая Е 1 вызывает в поперечной цепи значительный ток I 1. Этот ток, протекая по якорю, создает поперечный магнитный поток Ф 1, благодаря которому в продольной цепи якоря приводится E 2, что снимается из щеток продольной цепи Щ 3 и Щ 4 на нагрузке Rн. Эффект усиления связан с тем, что поперечный поток Ф 1 оказывается значительно большим, а чем его исходный продольный поток ФУ. Если к щеткам последовательной цепи подключена нагрузки, то по проводникам якоря проходит ток нагрузки IН.
Сибирский федеральный университет Задание на самоподготовку 1. Изучить принцип работы магнетрона, амплитрона. 2. Изучить принцип работы потенциалоскопа. 3. Изучить причины применения в различных ЭВП в фокусирующей системе постоянных или переменных магнитов.
Обозначение напряжений, токов и сопротивлений во входной и выходной цепях усилителя
Скачать презентацию Сибирский федеральный университет ГРУППОВОЕ ЗАНЯТИЕ 6 часов по
Т2.зан1элем-база (2).pptx