Электроника_Книга (Электроника)

Федеральное агентство железнодорожного транспортаУральский государственный университет путей сообщенияКафедра «Электроснабжение транспорта»А. С. НизовА. Н. ШтинК. Г. ШумаковЭЛЕКТРОНИКАКурс лекций по дисциплине «Электроника»для студентов специальностей190901 «Системы обеспечения движения поездов»и 140400 «Электроэнергетика и электротехника»всех форм обученияЕкатеринбургИздательство УрГУПС2013УДК 621.382.2/.3Н61Н61Низов, А. С.Электроника: курс лекций / А. С. Низов, А. Н.

Штин, К. Г. Шумаков. – Екатеринбург : Изд-во УрГУПС, 2013. – 136 с.Курс лекций содержит необходимый материал для успешного освоения дисциплины «Электроника». Перечень лекций соответствует рабочей учебной программе по данной дисциплине и отвечает требованиям ФГОС.Пособие предназначено для студентов дневного и заочного обучения поспециальностям 190901 – «Системы обеспечения движения поездов» по специализации «Электроснабжение железных дорог» и 140400 – «Электроэнергетика и электротехника» по профилю «Электроснабжение»Текстовая часть оформлена в соответствии с ГОСТ 2.105–95 «ЕСКД.

Общие требования к текстовым документам».УДК 621.382.2/.3Печатается по решениюредакционно-издательского совета университетаАвторы:А. С. Низов – профессор кафедры «Электроснабжениетранспорта», канд. техн. наук, УрГУПС;А. Н. Штин –доцент кафедры «Электроснабжение транспорта», канд. техн. наук, УрГУПС;К. Г. Шумаков – доцент кафедры «Электроснабжениетранспорта», канд. техн. наук, УрГУПСРецензенты: Пятецкий И.

А. – начальник ДЭЛ управления электрификации и электроснабжения Свердловской ж. д. – филиала ОАО «РЖД»;Л. А. Фролов – старший преподаватель кафедры «Электроснабжение транспорта»© Уральский государственный университетпутей сообщения (УрГУПС), 2013СОДЕРЖАНИЕ1 Физические основы электропроводности полупроводников.Силовые диоды .............................................................................................51.1 Зонная теория проводимости твердых тел..........................................51.2 Собственная, электронная и дырочная проводимостьполупроводников ................................................................................

61.3 Электронно-дырочный p–n переход.Выпрямительные свойства p–n перехода .........................................121.4 Виды диодов ....................................................................................... 151.5 Вольт-амперная характеристика диода.............................................

181.6 Виды пробоев диодов......................................................................... 201.7 Параметры силовых диодов .............................................................. 211.8 Система обозначений силовых диодов ............................................. 251.9 Вопросы для самоконтроля ............................................................... 252 Лавинные диоды и стабилитроны .............................................................

272.1 Лавинные диоды ................................................................................ 272.2 Стабилитроны .................................................................................... 302.3 Симметричные ограничители напряжения (ОНС) .......................... 382.4 Вопросы для самоконтроля ...............................................................

393 Биполярные транзисторы. Работа, схемы, параметры ............................. 413.1 Общие сведения о транзисторах ....................................................... 413.2 Структура и токи биполярных транзисторов (БТ) ........................... 423.3 Принцип работы биполярных транзисторов .................................... 433.4 Схемы включения транзисторов ....................................................... 463.5 Статические входные и выходные характеристики (СХ) ................. 473.6 Схема замещения транзистора активным четырехполюсником.h-параметры и их определение..........................................................

503.7 Предельные значения биполярных транзисторов ............................ 543.8 Вопросы для самоконтроля ............................................................... 564 Динамический режим работы транзисторов. Работа транзисторав активной области ..................................................................................... 584.1 Динамический режим работы транзисторов ....................................

584.2 Работа транзистора в активной области в режиме усиления ........... 634.3 Вопросы для самоконтроля .............................................................. 7135 Ключевой режим работы транзистора ....................................................... 735.1 Понятие ключевого режима (КР) ..................................................... 735.2 Схемы включения транзистора в ключевом режиме ........................ 745.3 Рабочие точки транзистора в ключевом режиме ..............................

755.4 Входные и выходные напряжения транзисторав ключевом режиме ............................................................................ 775.5 Примеры схем импульсных усилителей ........................................... 805.6 Вопросы для самоконтроля ............................................................... 836 Полевые транзисторы ................................................................................ 856.1 Общие сведения о полевых транзисторах (ПТ) ................................

856.2 Полевые транзисторы с управляющим р–n переходом ................... 866.3 Полевые транзисторы с изолированным затвором .......................... 936.4 Сравнение полевых и биполярных транзисторовПрименение биполярных транзисторов ........................................... 976.5 Пример схемы на полевом транзисторе ............................................ 996.6 Вопросы для самоконтроля .............................................................

1027 Тиристоры ................................................................................................ 1037.1 Общие сведения о тиристорах (ТС) ................................................ 1037.2 Процессы, происходящие в четырехслойнойполупроводниковой структуре ........................................................ 1057.3 Схема замещения тиристора двумя транзисторами.ВАХ тиристора ................................................................................. 1087.4 Сравнение тиристоров и биполярных транзисторов .....................

1187.5 ВАХ идеального тиристора .............................................................. 1207.6 Конструктивное выполнение тиристоров ...................................... 1217.7 Параметры силовых тиристоров ..................................................... 1227.8 Система обозначений силовых тиристоров .................................... 1267.9 Вопросы для самоконтроля .............................................................

127Библиографический список ...................................................................... 129Приложение АРасшифровка некоторых условных обозначений силовых диодови тиристоров .......................................................................................... 130Приложение БЗадание на изучение работы импульсных усилителей......................... 13241 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИПОЛУПРОВОДНИКОВ. СИЛОВЫЕ ДИОДЫ1.1 Зонная теория проводимости твердых телСогласно современным представлениям о строении материи, всевещества состоят из атомов.

Каждый атом содержит положительноеядро и вращающиеся вокруг него по разным орбитам электроны.Электроны, которые располагаются на внешней орбите, называются валентными. Если электрон вращается только вокруг одного ядра,то такую связь электрона и ядра называют валентной. Если электронвращается по общей орбите между двумя соседними ядрами, то такуюсвязь называют ковалентной (приставка «ко-» обозначает совместность действия, объединение). Электроны, покинувшие свою орбиту и свободно перемещающиеся в веществе, называются свободными.Они участвуют в проведении электрического тока.Все вещества по отношению к электрическому току делятся на:изоляторы, проводники и полупроводники.Для пояснения отличительной особенности проводимости этихвеществ используют зонную теорию, согласно которой электроны,вращаясь вокруг своего ядра на разных орбитах, обладают различной энергией.Уровень энергий, в котором находятся валентные электроны, образуют валентную зону (рисунок 1.1).

Уровень энергий, в которомнаходятся свободные электроны, участвующие в проводимости, образуют зону проводимости. Валентная зона и зона проводимости разделяются запрещенной зоной.В изоляторах все валентные электроны находятся на своих орбитах в валентной зоне, а в зоне проводимости электронов нет (рисунок 1.1, а). Для перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости ему необходимо преодолеть запрещенную зону. А этовозможно только в том случае, когда электрон получает достаточно большую величину энергии ΔЕ.В проводниках валентная зона и зона проводимости перекрывают друг друга, и при нормальных атмосферных условиях все валент5ные электроны являются свободными и могут участвовать в проводимости (рисунок 1.1, б).Полупроводники, как и изоляторы, имеют запрещенную зону (рисунок 1.1, в), но толщина ее значительно меньше, поэтому даже небольшая величина энергетического воздействия на валентный электрон (повышение температуры, световой поток) переводит его в зонупроводимости.

Однако число свободных электронов в полупроводниках на несколько порядков меньше, чем в проводниках (в 1 см3содержится электронов: в металлах — около 1022, а в полупроводниках — около 1010).aбвРисунок 1.1 – Энергетические зоны изолятора (а), проводника (б)и полупроводника (в)Таблица 1.1 – Значения ширины запрещенной зоны различныхматериаловМатериалШирина запрещеннойзоны, эВГерманий (Ge)Кремний (Si)Изоляторы0,85 эВ1,1 эВ>3 эВ1.2 Собственная, электронная и дырочнаяпроводимость полупроводников1.2.1 Собственная проводимостьПочти все неорганические вещества окружающего нас мира – полупроводники.