Основы электронной техники (стр. 30 )

Рис. 27.8. Тиристорный выпрямитель с фазосдвигающей цепью R1C

Варикап

Обнаружено, что диод с обратносмещенным рп-переходом имеет неболь­шую емкость, которая изменяется при изменении обратного напряжения, прикладываемого к переходу. Этот факт используется в технологии ин­тегральных схем для формирования конденсаторов внутри кремниевой пластины.

Обратносмещенные диоды, применяемые как конденсаторы перемен­ной емкости, называются варикапами или варакторами (рис. 27.9). По­мимо многих других применений варикапы используются в системах ав­томатической подстройки частоты и в программируемых измерительных Приборах. Хорошо известный метод электронной настройки также связан с применением варикапов в качестве подстроенных конденсаторов.

По сравнению с обычными конденсаторами переменной емкости вари­капы имеют меньшие размеры, большую чувствительность и очень высокую стабильность и надежность.

Рис. 27.9. Варикап.

Рис. 27.10. Однопереходный транзистор р-типа. (а) Условное обозна­чение. (б) Вольтамперная характе­ристика.

Однопереходный транзистор

Однопереходный транзистор — это прибор с отрицательным сопротивле­нием (в определенных условиях уменьшение напряжения сопровожда­ется увеличением тока). На рис. 27.10 показаны условное обозначение и вольт-амперная характеристика однопереходного транзистора р-типа. Как только напряжение на эмиттере достигнет величины, достаточной для прямого смещения рта-перехода между эмиттером и базой b1, от эмит­тера начинает течь ток. При этом падение напряжения на переходе па­дает до малой величины (приблизительно 0,6 В). Такие однопереходные транзисторы часто используются в качестве генераторов (см. схему на рис. 33.8) и для целей коммутации.

Симметричный диодный тиристор

Симметричный диодный тиристор — это еще один переключательный прибор с двумя выводами T1 и T2, как показано на рис. 27.11. При увеличении разности потенциалов между этими выводами независимо от полярности происходит пробой — включение. Симметричный диодный тиристор может проводить в обоих направлениях, и поэтому его также на­зывают двунаправленным диодом. Когда происходит включение, напря­жение на этом приборе падает до нескольких вольт. Напряжение вклю­чения находится в диапазоне 30-50 В. Симметричные диодные тиристоры используются как переключающие элементы, например для управления однооперационными триодными тиристорами.

Рис. 27.11. Симметричный диодный тиристор. (а) Условное обозначение. (б) Внешний вид.

Рис. 27.12. Симметричный триодный тиристор.

(а) Условное обозна­чение. (б) Внешний вид.

Симметричный триодный тиристор

Симметричный триодный тиристор, или симистор, (рис. 27.12) — еще один двунаправленный диод с дополнительным выводом управляющего элек­трода. Пробой происходит, когда напряжение между выводами T1 и T2 (любой полярности) достигает определенного уровня.

Симистор можно переключить в проводящее состояние путем подачи на управляющий электрод сигнала, который может быть или положи­тельным, или отрицательным по отношению к выводам T1 или T2. Симисторы также используются как переключающие элементы, например, для управления однооперационными триодными тиристорами.

Интегральные схемы

Прогресс технологии привел к улучшению надежности электронных устройств, а также к снижению их стоимости и размеров. Микроэлек­тронные схемы представляют собой миниатюрный ансамбль большого чи­сла электронных компонентов, как пассивных, так и активных.

Существует два типа микросхем: пленочные схемы и монолитные ин­тегральные схемы. Пленочные микросхемы подразделяются в свою оче­редь на тонкопленочные и толстопленочные схемы. Оба типа пленочных схем изготавливаются путем нанесения пленок специальной резистивной пасты на изолирующую подложку. Они применяются главным образом как резисторные схемы, но могут использоваться также для формирова­ния малогабаритных конденсаторов и катушек индуктивности.

Монолитные интегральные схемы, обычно называемые просто инте­гральными схемами (ИС), формируются в диске из кремния р-типа, или чипе. Кремниевый чип представляет собой очень тонкую пластину (толщиной 0.02 см) с площадью поверхности, эквивалентной площади поперечного сечения очень тонкого карандаша (приблизительно 26 мм2). Чип выполняет функцию подложки, в которой формируются различные электронные компоненты с помощью процесса, называемого диффузией. Интегральные схемы могут содержать большое число активных элементов: транзисторов, диодов и т. п., а также резисторов и конденсаторов. Тех­нология ИС большой степени интеграции (больших ИС, или БИС) по­зволяет создать на одном чипе целую электронную систему, например дешифратор или микропроцессор.

Хотя интегральные схемы являются твердотельными, т. е. механиче­ски прочными приборами, но как электронные схемы это весьма «дели­катные» устройства, требующие аккуратного обращения. Ниже перечи­слены меры предосторожности, которые нужно соблюдать при замене ИС.

1. ИС следует держать за корпус, избегая прикасания к выводам. В про­тивном случае на выводах могут появиться грязь и жир, что приводит к ухудшению электрического контакта.

2. При пайке ИС исключительное внимание должно уделяться отводу тепла, чтобы избежать перегрева микросхемы. Перегрев приводит к быстрому разрушению большинства ИС.

3. Напряжение питания должно соответствовать паспортному значению для данной микросхемы. Для питания большинства ИС нужен источ­ник питания с высокой степенью стабильности выходного напряже­ния. Это особенно важно для цифровых применений.

4. Мощность рассеяния для большинства ИС, исключая интегральные усилители мощности, очень мала. Поэтому необходимо исключить любые перегрузки, так как они могут вызвать превышение паспортной мощности рассеяния, перегрев и повреждение ИС.

5. При проведении измерений необходимо соблюдать меры предосторож­ности, чтобы не вызвать короткого замыкания соседних выводов ми­кросхемы. Следует использовать измерительные зонды специальной формы.

6. Если ИС МОП-типа не используется, все ее выводы должны быть закорочены между собой. Это следует делать независимо от того, лежит ли ИС на полке или упаковывается для транспортировки.

28

RC-фильтры, ограничители

и фиксаторы уровня

Фильтры — это схемы, которые пропускают без затухания (ослабления) определенную полосу частот и подавляют все остальные частоты. Частота, на которой начинается подавление, называется частотой среза fс (рис.28.1).

Рис. 28.1. Частотная характеристика фильтра нижних (а) и верхних (б) частот.

Влияние фильтра на прямоугольный сигнал

Как уже говорилось в гл. 3, прямоугольный сигнал представляет собой сложное колебание, состоящее из основной гармоники и бесконечного ко­личества нечетных гармоник. Низкочастотные составляющие формируют основание и плоскую вершину импульса, а высокочастотные — его фронт и срез.

Когда прямоугольный сигнал проходит через фильтр, его форма иска­жается. Фильтр нижних частот (ФНЧ) будет искажать главным образом Фронты и срезы, делая их менее крутыми и скругляя углы, как показано на рис. 28.7(б). ФНЧ оказывает на прямоугольный сигнал такое же Действие, как усилители с недостаточной шириной полосы пропускания. Фильтр верхних частот (ФВЧ), наоборот, искажает плоскую вершину и снование прямоугольного сигнала (рис. 28.5(б)).

RC- фильтры

Простейшим среди фильтров является RC-фильтр. Принцип его работы основан на том, что при изменении частоты реактивное сопротивление конденсатора изменяется обратно пропорционально частоте, а сопроти­вление резистора остается неизменным. На схеме рис. 28.2 конденсатор соединен последовательно с резистором. При подаче на вход такого фильтра низкочастотного сигнала реактивное сопротивление конденсатора С будет гораздо больше, чем сопротивление резистора R. В результате паде­ние напряжения Vc на конденсаторе будет большим, а на резисторе Vr — малым. При подаче на вход этого фильтра высокочастотного сигнала картина будет обратная: Vc будет малым, а Vr — большим. Если теперь представить эту схему, как на рис. 28.3(б), где падение напряжения на конденсаторе является выходным, то в выходном сигнале будут преоб­ладать НЧ-составляющие, а высокочастотные будут сильно ослаблять­ся. Другими словами, мы получили фильтр нижних частот. И наоборот, если выходное напряжение снимать с резистора (рис. 28.3(а)), то получим фильтр верхних частот. Значения R и С определяют частоту среза фильтра.

Рис. 28.2.

Рис. 28.3. RC-фильтр верхних (а) и нижних (б) частот.

Дифференциатор

Дифференциатор — это фильтр верхних частот. Если на вход диф­ференциатора подать последовательность прямоугольных импульсов, то на выходе будут получаться высокочастотные всплески, или «пички». На рис. 28.4 изображен RC-дифференциатор. Конденсатор С беспре­пятственно пропускает ВЧ-составляющие входного сигнала, образующие фронт импульса АВ, а затем начинает заряжаться до 10 В.

Если постоянная времени (произведение RC) мала в сравнении с пе­риодом входных импульсов, конденсатор успеет полностью зарядиться до 10 В, прежде чем придет следующая ВЧ-составляющая импульса — срез CD (рис. 28.5(а)). Когда конденсатор полностью зарядится, ток пре­кращается и падение напряжения на резисторе, т. е. на выходе, равно нулю. Срез CD представляет собой перепад напряжения 10 В и состоит из ВЧ-компонент. Поэтому он свободно пройдет через конденсатор и напряжение на выходе скачком упадет до –10 В. После этого конденсатор начнет перезаряжаться до –10 В, и, если постоянная времени мала, он успеет полностью зарядиться до этого напряжения. При этом выходное напряжение спадет до нуля и будет оставаться таким до прихода следую­щего фронта и т. д. Если постоянная времени больше, чем период входных импульсов, то выходной сигнал будет иметь форму, как на рис. 28.5(б).