Электронные приборы

14. Электронные  приборы

14.1  Полупроводниковые диоды, основные характеристики                диодов

          Основные стандарты: ГОСТ 19613-80.- Диоды полупроводниковые. Столбы и блоки выпрямительные. Корпуса. Габаритные и присоединительные размеры. ГОСТ 25529-82.- Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

          Общая характеристика: Полупроводниковый диод – двухэлектродный прибор, принцип действия которого основан на использовании явлений, возникающих между частями монокристалла полупроводника с проводимостями р- и n- типа. Полупроводнмковые диоды широко применяются в схемах, работающих в непрерывных и импульсных режимах, и деляться по назначению па выпрямительные (в том числе универсальные диоды, работающие в широком диапозоне частот), импульсные, варикапы, стабилитроны (опорные диоды), туннельные.

          Основными параметрами полупроводниковых диодов являются: постоянный прямой ток Iп – ток через диод в прямом направлении; постоянный обратный ток Iобр – ток через диод в обратном направлении  рис 14.1

Максимально допустимый средний выпрямленный ток Iвп.ср.max.(средний за период, постоянная составляющая), которой может длительно проходить через диод, не вызывая изменения его параметров; максимально допустимое обратное постоянное прямое напряжение  Uобр.max, которое может быть в течение длительного времени приложено к диоду в обратном направлении, не вызывая изменения его параметров; емкость CД – между выводами диода; габариты; диапазон рабочих температур.          

Рекомендуемые материалы

  На рис.14 .2, .3 показаны габаритные чертежи и цоколевка диодов. В таблицах 14.1, 14.2, 14.3, 14.4 приведены основные параметры диодов. На рисунке 14.4 показаны габаритные чертежи и цоколевка стабилизаторов. В таблицах 14.5, 14.6 приведены основные параметры стабилизаторов.

Рис.14. 1.  Вольт-амперная характеристика для диода.

Рис.14.2 Габаритные чертежи и цоколевка диодов

Рис.14.3 Габаритные чертежи и цоколевка диодов

Таблица 14.1

Таблица 14.2

                                                    Таблица 14.3

Рис .14.4.Габаритные чертежи и цоколевка стабилитронов

                   Таблица 14.4

            

 

 

         

 

                         

                           

                                14.2 Светодиоды

Светодиоды – полупроповодниковые приборы, преобразующие электрические сигналы в световые.

               Основными характеристиками светодиодов являются его яркостная (или ватт-амперная) характеристика, прямой ток, прямое и обратное напряжение.

               Для изготовления светодиодов используются такие полупроводниковые материалы, как, например, арсенид и фосфид галлия. Спектральный состав излучения завмсит от материала полупроводника и введенных примесей.Так, длина волны излучения приборов из фосфида галлия соответствует зеленому цвету. Светодиоды нуждаутся в источнике питания в большим внутренним сопротивлением. Для этого последовательно с источником питания включают резистор Р, что уменьшает наклон яркостных характеристик, и проходящий через светодиод ток меньше зависит от напряжения питания.

               В группу светодиодов помимо светоизлучающих диодов входят также инфракрасные излучающие диоды ИК и линейные шкалы.

               Основные параметры ИК-диодов – прямое и обратное наряжения и прямой ток.

               ИК-диоды широко применяются в схемах автоматизации и автоматического регулирования.

               Линейные шкалы (светящиеся столбики) изготавливают в виде пластин на основе светоизлучающих диодов и представляют собой интегральную схему, в которой размещены электрически соединенные светодиоды. Их электрические и эксплуатационные характеристики такие же, как у светодиодов. Линейные шкалы используются для быстрого наглядного изображения изменяющейся информации многоканальных систем.

               Светодиоды обладают низким кпд, а некоторые из них могут также с течением времени изменять отдельные параметры.

               На рис.14.5 показаны габаритные чертежи и цоколевка светодиодов.

               Рис. 14.5

   

Таблица 14.5

  Цифро-буквенные индикаторы: на основе светодиодов представляютсобой интегральную микросхему, состоящую из электрически соединенныхдиодных сегментов, которые, высвечивая создают изображение: цифры или буквы.

               В таблице 14.8 приведены основные параметры цифро-буквенныхиндикаторов.

 

Таблица 14.8

 Таблица 14.6

                  

                                  Примеры расчетов диодов

Пример1  Для питания постоянным током потребителя мощностью  Po= 300 вт при напряжении Uo=20в необходимо собрать схему однополупериодного вып-

рямителя, использовав имеющиеся стандартные диоды КД 202Л.

Решение

1. Выписываем из таблицы 14.1 параметры диода  Iдоп=10 А

                                                                              Uобр=200В

2. Определяем ток потребителя

Io=Po/Uo=300/20=15А

3. Определяем напряжение, действующее на диод в нероводящий период

Uo=3,14 Uo=3,14  20=63А.

4. Проверяем  диод по параметрам  Iдоп  и  Uобр. Для данной схемы диод должен удовлетворять условиям  Uобр >Uо, Iдоп>Io. В данном случае первое условие выполняется (200>63В), второе условие не соблюдается (10<15 А)

5. Составляем схему выпрямителя. Чтобы выполнялось условие  Iдоп>Io надо двадиода соединить  параллельно, тогда Iдоп=2 10 =20А; 20>15А

                                      

                

Рис 14.6

Пример 2  Для питания постоянным током  потребителя мощностью Po=250вт при напряжении Uo=100В необходимо собрать схему двухполупериодного выпрямителя со средней точкой трансформатора использовав диоды КД204Б.

Решение  1.Выписываем параметры диода из таблицы 14.1  Iдоп=2.5А,Uобр=200В.

                   2.Определяем ток потребителя Io=Po/Uo=250/100=2.5А

                   3.Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период: Un=3.14 Uo=3.14 100=314В.

                    

                   4. Проверяем диод по параметрам Iдоп и Uобр. Для данной схемы диод должен удовлетворять условиям  Uобр >Un  и   Iдоп>0.5Io. В данном случае первое условие  не соблюдается  (200<314), т.е.Uобр< Un,  второе условие выполняется  (0.5Io=0.5 2.5=1.25<2.5А)

                    5. Составляем схему выпрямителя.  Чтобы выполнялось условие Uобр>Un,необходимо два диода соеденить последовательно, тогда           Uобр=200 2=400>314В.

                                                                                               

Рис 14.7

Пример 3  Составить схему мостового выпрямителя, использовав один из четырех диодов Д218, Д222, КД202Н, Д215Б. Мощность потребителя Ро=300 вт,

Напряжение Uo=200 В.

Решение  1.Выбираем параметры указанных диодов и записыва ем их в таблицу

                   2.Определяем ток потребителя

                                  Io=Po/Uo=300/200=1.5A

                    3. Находим напряжение,действующее на диод в непроводящий период для момстовой схемы выпрямителя.

                                    Uв =1.57Uo=1.57  200=314В

               4.Выбираем диод из условия  Iдоп>0.5Io>0.5 1.5>0.75 А. Uобр>Uв>314В. Этим условиям удовлетворяет диод КД 202Н.

            

          

Пример 4    Расчитать схему трехфазного выпрямителя со средней точкой трансформатора использовав диоды КД 212А. Выпрямитель должен питать потребитель с  Uo=150 В. Определить допустимую мощность потребителя.

Решение  1. Выписываем параметры диода из таблицы  14.1  Iдоп=1А, Uобр= 200А

                  2. Определяем допустимую мощность потребителя. Для трехфазного выпрямителя Iдоп>(1/3) Io, т.е.Ро= 3UoIдоп=3 150 1=450вт.

Следовательно, для данного выпрямителя  Ро >450 вт.

                  3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период: Un=2.1Uo=2.1 150 315В.

                  4. При составлении схемы выпрямителя, чтобы условие Un>Uобр выполнялось необходимо, чтобы в плече каждого  было по два последовательно соединенных диода, тогда  Uобр= 200 2 =400В.   (400>315).

Рис. 14.9

14.3 Транзисторы, сновные характеристики транзисторов

               Основные стандарты на транзисторы: ГОСТ 20003-74 – Транзисторы биполярные. Электрические параметры. Термины, определения буквенные обозначения. ГОСТ 19095-73. – Транзисторы полевые. Электрические параметры. Термины, определения и буквенные обозначения. ОСТ 11336.907.8-81. – Транзисторы биполярные. Руководство по применению. ОСТ 11336.935-82. – Тразисторы полевые. Руководство по применению.

               Транзистор – полупроводниковый трехэлектродный прибор, предназначенный для усиления, генерирования или преобразования электрических сигналов и переключения электрических импульсов в схемах. Он представляет собой кристалл со структурой p-n-p или п-р-п – типа с тремя выводами, связанными с тремя слоями (областями). Средний слой называется базой Б. Один наружный слой, который является источником носителей зарядов – электронов или дырок, называют эмиттером Э, а другой, принимающие от эмиттера заряды,  - коллектором .  Физические процессы, протекающие в р-п-р и п-р-п – транзисторах, аналогичны. Разница сотоит лишь в том, что при одинаковых рабочих режимах напряжения на одноименных электродах имеют противоположную полярность (отрицательное на коллекторах транзисторов р-п-р – типов и положительное п-р-п – типов) и ток в базах преносится носителями зарядов противоположного знака. Существуют также униполярные (однополярные) транзисторы, в которых ток переносится только одним типом носителей – основных для данного полупроводника. Такие транзисторы называют полевыми.  На рис.14.10 представлена выходная характеристика транзистора.

              Основными параметрами транзисторов являются: коэффициент передачи тока; постоянное напряжение коллектор-эмиттер при заданном сопротивлении в цепи база-эмиттер Uкэr; постоянное напряжение эмиттер-база Uэб; постоянное напряжение коллектор-база Uкб; постоянный ток коллектора Iк, эмиттера Iэ, базы Iб; импульсные токи коллектора IКи; эмиттера IЭи, базы IБи; постоянные мощности рассеяния транзистора Р и

Рис. 14.10

коллектора Рк; температура окружающей среды Т.

               Максимально допустимые электрические и тепловые режимы, в которых могут использоваться транзисторы, в основном, характеризубтся предельными эксплуатационными данными параметров UкэR,  Uкб, Uэб, Iк, Iб, IКи, Р, Рк, Т.

               Основными параметрами полевых тразисторов являются: напряжение отсечки UЗИотс – приложенное к затвору напряжение, при котором перекрывается сечение канала; максимально допустимый ток стока I c.max; напряжение между затвором и стоком UЗС; между стоком и истоком UСИ и между затвором и истоком UЗИ, входная С11И, проходная  С12И и выходная С22И емкости; крутизна характеристики коэффициент шума – Кш; электродвижущая сила шума Еш.

Таблица 14.7

               В таблицах 14.8,14.9,14.10 указаны основные параметры транзисторов. На рис. 14.11, показаны габаритные чертежи и цоколевка транзисторов.

Таблица 14.8

Рис.14.11

Таблица

14.10

Рис.14.12

            

Строим нагрузочную характеристику по уравнению

2. Находим на входной характеристике для Uбэ=0,3В ток базы Iб=250мкА

3.Находим на выходных характеристиках точку А при пересечении линии нагрузки с характеристикой, соответствующей Iб=250мкА

5. Определяем для точки А ток коллектора Iк=17мА и напряжение Uкэ=7В.

№3. Мощность на коллекторе транзистора Pк=6Вт, напряжение на коллекторе Uкэ=30Вт; напряжение питания Ек=40В. Используя выходные характеристики  определить ток базы Iб, коэффициент усиления h21Э и сопротивление нагрузки Rк.

1.Определяем ток коллектора

2. Находим на выходных характеристиках точку А,

соответствующую Iк=0,2А и Uкэ=30В

Iб=2мА

3. Соединяем прямой точку А и точку на оси абсцисс, соответствующую Ек=40В

На прямой с осью ординат получаем точку IК1=0,8А

4. Определяем

5. DIк=AB=04-02=02А=200мА

    DIб=AB=4-2=2мА

6.

14.4 Тиристоры, основные характеристики тиристора.

Основной стандарт: ГОСТ 20332-74.-Тлристоры. Электрические

параметры. Термины. Определения и буквенные обозначения.

Тиристоры - полупроводниковые приборы, имеющие три и бо-лее последовательно образованных Р-П-переходов. Тиристоры под-разделяются на диодные и триодные. Первые тлеют два вывода (электрода), а вторые - три. В настоящее время любой полупро-водниковый прибор, имеющий структуру Р-П-Р-П- типа, называ-ют тиристором. Диодные тиристоры называются такие динисторами, или переключающими четырехслойными неуправляемыми диодами, а триодные - тиристорами, или переключающими четырехсложными управляемыми диодами.

 

Динисторы - тлеют два вывода (анод А и катод К) из внеш-них областей и включаются только при изменении полярности и напряжения питания, т.е. они являются неуправляемыми прибора-ми. Зри подаче на динистор прямого напряжения (плюс на Р и ми-нус на П внешние области) оба эмиттерных перехода ЭП будут открыты, а коллекторный КП закрыт. Следовательно, большая часть приложенного к динистору напряжения будет падать на коллектор-ном переходе.

Динистор характеризуется двумя устойчивыми состояниями, на-личие которых позволяет использовать прибор в качестве мощного переключающего элемента в различных схемах автоматики и вычис-лительной техники.

Тринисторы - переключающие четырехслойные управляемые диоды, имеющие три вывода: анод А и катод К из крайних областей и управляющий электрод УЭ из средней области. При подаче на катод тиристора положительного потенциала, а на анод отрицательного на переходе П2 появляется прямое, а на последовательных переходах Ш и ПЗ - обратное напряжение. При этом через тиристор проходит малый обратный ток и он закрыт. На рис. 14.13  представлена вольт-амперная характеристика тиристора.

На риc 14.14 показаны габаритные чертежи и цоколевка тиристоров.

В таблицах 14.12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 приведены основные параметры тиристоров.

 

Рис14.13. Вольт - амперная  характеристика тиристора.

 

Рис. 14.14 Габаритные чертежи и цоколевка тиристоров (а – м).

Таблица 14.11

                                                          

                                                                                                           

                                                                                                            Таблица 14.12

* - импульсные значения.

                                                                                                            

                                                                                                            Таблица 14.13

                                                                                                          

  Таблица 14.14

                                                                                                                                  

Таблица 14.15

                                                                                                                                 

Таблица 14.16

                                                                                                  Таблица 14.17

14.5 Интегральные микросхемы. Основные параметры микросхем.

Основные, стандарты: ГОСТ 17021-75.- Микросхемы интегральные. Термины и определения. ГОСТ 17467-79.- Микросхемы интегральные. Основные размеры.

Микроэлектроника - одно из основных направлений развития электронной аппаратуры, которая обеспечивает создание схемных элементов различного назначения, характеризуемых высокими надежностью и быстродействием, малыми габаритами и потребляемой мощностью.

Сокращение размеров активных элементов позволяет создать в одном корпусе целую электронную микросхему, называемую ин­тегральной (объединенной). 

Микросхемы сохраняют свои параметры в пределах норм, ко­торые указаны техническими условиями для конкретных типов ИМС.

Состав микросхем в настоящее время достаточно разнообра­зен, включает логические элементы, элементы памяти, индикации и контроля.

На рис. 14.15 представлены условные обозначения и нумерация выводов микросхем.

В таблицах 14.19,20,21 приведены функциональные назначения микросхем.

Рис.14.15 Условные обозначения и нумерация выводов микросхем.

                                                                                                          Таблица  14.19

                                                                                                

 Таблица 14.20

                                                                                                  Таблица 14.21

Отсутствие взаимных симпатий в личных человеческих отношениях - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.