62362 (Електроніка та мікропроцесорна техніка), страница 4

Число коливань за секунду називають частотою і знаходять за формулою

У радіотехнічних розрахунках зручніше користуватися круговою частотою, яка визначається як

Вимушені коливання в коливальному контурі

Коли коливальний контур піддати зовнішнім діям, наприклад, як це часто робиться на практиці, підімкнути до нього джерело змінної е. р. с. — генератор, то коливання її такому контурі вже не будуть вільними. Генератор як би нав'язує контуру спою частоту електричних коливань, і тому такі коливання називають вимушеними.

На рис. І-29,а зображено так званий послідовний коливальний контур, елементи якого з'єднані між собою послідовно.

Рис. 1-29. Послідовний коливальний контур (а) і графік залежності реактивних опорів від частоти (б).

Частоту генератора або значення L і С, можна зробити однаковими індуктивний і ємнісний опори. Тоді загальний опір контура виявиться найменшим z = r, а струм у контурі, природно, досягне максимального значення. Напруги на котушці і на конденсаторі дорівнюють одна одній, напрямлені протилежно і, отже, компенсують одна одну. Отже, струм визначається тільки активним опором і внутрішнім опором генератора. Цей режим дістав назву резонансу напруг.

Опір котушки і конденсатора при резонансі напруг називають хвильовим, тобто

У послідовному контурі струм через індуктивність і ємність загальний, напруга. на індуктивності випереджає його по фазі па 90°, а на ємності відстає так само на 90° (таким чином, зсув між ними 180°). Ця напруга в режимі резонансу визначається за формулою

Відношення ρ/r називають добротністю (якістю) контура і позначають буквою Q. Тоді можна записати, що при резонансі

Отже, резонанс напруги настає тоді, коли частота вимушених коливань (частота генератора) стає однаковою з частотою вільних коливань контура. Тому частоту вільних коливань контура називають резонансною частотою. Кожний коливальний контур має свою резонансну частоту, яка залежить від його параметрів L і С.

У паралельному коливальному контурі (рис. 1-30) так само утворюються вимушені електричні коливання, але реактивний опір контура змінюється інакше, ніж у розглянутому раніше випадку. На низьких частотах індуктивний опір менший від ємнісного і більша частина струму проходить по індуктивній гілці. Загальний реактивний опір контура в цьому випадку має індуктивний характер. При дуже високих частотах ємнісний опір менше від індуктивного, основна частина струму проходить через ємність, загальний реактивний опір контура носить ємнісний характер.

Рис. 1-30. Паралельний коливальний контур.

Як і в послідовному контурі, тут можна, змінюючи значення L, С або частоту генератора, підібрати їх так, щоб ємнісний опір дорівнював індуктивному. В ньому випадку в паралельному контурі настає режим, який дістав назву резонансу струмів.

Контрольні запитання:

1. Що являє собою коливальний контур?

2. Область застосування коливального контуру?

3. Основні параметри коливального контуру?

Інструкційна картка №4 для самостійного опрацювання навчального матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»

І. Тема: 2 Електронні прилади

2.2 Напівпровідникові діоди

Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань; розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.

ІІ. Студент повинен знати:

• Призначення стабілітрона;

• Будову та принцип дії;

• Основні параметри стабілітрона;

ІІІ. Студент повинен уміти:

• Викреслювати схеми стабілізації напруги;

• Розшифровувати умовні позначення стабілітронів.

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [4, с. 45-49], [6, с. 31-39].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

1. Кремнієві стабілітрони. Будова, принцип дії, галузі використання. Високочастотні діоди.

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

1. Що називається стабілітроном?

2. Основними параметрами стабілітрона?

3. Як графічно позначається стабілітрон на принципіальних електричних схемах?

4. Привести схему стабілізації напруги.

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І. В.

Теоретична частина: Напівпровідникові діоди

План:

1. Кремнієві стабілітрони. Будова, принцип дії, галузі використання. Високочастотні діоди.

Література

1. Кремнієві стабілітрони. Будова, принцип дії, галузі використання. Високочастотні діоди

Стабілітронами називаються площинні кремнієві діоди, у яких в зворотній гілці їх вольт-амперної характеристики (мал. 2.13,6) є ділянка з великою крутизною, в межах цієї ділянки напруга трохи змінює свою величину при зміні протікаючого струму.

Робота стабілітрона в межах даної ділянки вольт-амперної характеристики, що називаэться робочою ділянкою дозволяє використовувати його не тільки в стабілізаторах напруги, але також і в різних електронних схемах, як, наприклад в схемах амплітудного обмеження і для створення опорної (еталонної) напруги.

Умовне позначення стабілітрона приведене на мал. 2.13, а.

Мал. 2.13

Робоча ділянка вольт-амперної характеристики стабілітрона обумовлюється пробоєм його p-n-переходу. Механізм пробою в стабілітронах залежно від їх призначення може бути тунельним, лавинним або змішаним. У стабілітронів з робочою напругою до 3-4 В відбувається тунельний пробій, а з робочою напругою більше 7 В виникає лавинний пробій. У області від 3 до 7 В пробій обумовлюється сумісною дією тунельного і лавинного механізмів.

Для отримання лавинного пробою ширина р-п-переходу повинна бути більше довжини вільного пробігу неосновних носіїв заряду. Ця умова виконується в діодах, виконаних на кремнієвій основі, оскільки рухливість носіїв в кремнії менша, ніж в германії.

Напруга, при якій відбувається лавинний пробій, залежить від питомого опору кремнію. Із зростанням питомого опору напруга лавинного пробою збільшується. Підбором питомого опору можна створити стабілітрони на потрібну величину напруги стабілізації.

Вибір кремнію для виробництва стабілітронів обумовлений тим, що у нього на відміну від германію малий зворотний струм в передпробійній області, крім того, вольт-амперна характеристика має різкий злам в області пробою. Кремнієві діоди витримують більші зворотні напруги, чим германієві.

Основними параметрами стабілітрона є:

1. Напруга стабілізації U_CT - падіння напруги на стабілітроні при протіканні заданого струму стабілізації - визначається значенням номінального струму стабілізації. Оскільки робочу ділянку вольт-амперної характеристики має деякий нахил, напруга стабілізації відрізняється від напруги, при якій відбувається пробій p-n-переходу. Тому напруга стабілізації визначається значенням номінального струму стабілізації Iст (точка А на мал. 2.13,6).

2. Номінальний струм стабілізації Iст - значення струму, що протікає через стабілітрон, що визначає напругу стабілізації.

3 Мінімально допустимий струм стабілізації I_CTmin - струм, при якому забезпечується надійне виникнення пробою p-n-переходу. Мінімально допустимий струм коливається в межах 1-3 мА.

4. Максимально допустимий струм стабілізації I_стmах - струм, при якому потужність розсіяння на стабілітроні не перевищує максимально допустиму потужність стабілітрона. Максимально допустимий струм залежно від типу стабілітрона лежить в межах від 20 мА до 1,5 А.

5. Диференціальний, або динамічний, опір Rст - величина, що визначається відношенням приросту напруги стабілізації на стабілітроні до того, що викликав його малому приросту струму:

R_CT=ΔUcт/ΔIcт.

Динамічний опір визначає нахил вольт-амперної характеристики стабілітрона. Величина коливається від одиниці до десятків омів.

6. Температурний коефіцієнт напруги стабілізації - величина, що визначається відношенням відносної зміни напруги стабілізації до абсолютної зміни температури навколишнього середовища при постійному струмі стабілізації напруги.

Мал. 2.24

Температурний коефіцієнт напруги стабілізації виражається в %/град і визначається залежністю

Температурний коефіцієнт напруги стабілізації при тунельному пробої негативний. Це пояснюється тим, що напруга тунельного пробою визначається шириною забороненої зони напівпровідника. Чим менше ширина забороненої зони, тим менше напруга тунельного пробою. Із зростанням температури ширина зони зменшується а, отже, зменшується напруга пробою.

При лавинному пробої температурний коефіцієнт напруги стабілізації позитивний, оскільки з підвищенням температури зменшується довжина вільного пробігу носіїв і напруга пробою збільшується.

Температурний коефіцієнт напруги стабілізації коливається в межах 0,05-0,15 %/град. Для зниження TKU створюють температурно-компенсаційні стабілітрони, в яких послідовно з р-n-переходом стабілітрона підключають один або декілька р-n -переходов з протилежним по знаку TKU.

Таким шляхом вдається отримати стабілітрони з TKU, що не перевищують 0,001 %/град.

7. Максимально допустима розсіювана потужність стабілітрона Рстmax – це потужність, при якій забезпечується задана надійність роботи стабілітрона. Максимально допустима потужність стабілітронів, що випускаються промисловістю, коливається від 250 мВт до 50 Вт.

На мал. 2.14 представлена проста схема стабілізації напруги постійного струму. Така схема здійснює стабілізацію напруги як при зміні вхідної напруги, так і при зміні опору навантаження.

Наприклад, якщо вхідна напруга зросте, то збільшується і струм стабілітрона, а звідси зросте струм I₀ і падіння напруги на обмежувальному опорі R_orp. Прирости напруги ΔU_ВХ і ΔI_OR_orp взаємно компенсуються, а U_BX зберігається на заданому рівні.

Величину обмежувального резистора можна обчислити за формулою

На мал. 2.15 приведена і пояснена робота схеми стабілізації напруги змінного струму.