Программа курса
Электротехника, электроника и схемотехника ЭВМ
Ч.2 Электроника
ФКНИТ
2015-2016 уч. Год
Введение. Классификация электронных приборов
1.Физические основы полупроводниковых устройств.
1.1 Классификация материалов по свойствам электропроводности. Металлы, диэлектрики, полупроводники. Электронная теория проводимости. Энергетические диаграммы. Зоны проводимости, валентные и запрещенные.
1.2 Полупроводники с собственным типом проводимости. Генерация и рекомбинация электронно-дырочных пар. Температурные зависимости свойств проводимости полупроводников, металлов и диэлектриков. Концентрация носителей зарядов в зависимости от температуры. Свойства уровня Ферми.
1.3 Примесные полупроводники. Доноры и акцепторы, n - и p-типы проводимости полупроводников. Концентрация носителей и положение уровней Ферми.
1.4 Электрические токи в полупроводниках. Дрейфовый ток: подвижность носителей. удельная проводимость. Диффузионный ток: коэффициент диффузии, диффузионная длина. Генерация и рекомбинация носителей заряда. Время жизни носителей.
2. Полупроводниковый диод.
2.1 Энергетическая диаграмма pn-перехода в отсутствие напряжения смещения. Контактная разность потенциалов. Обратно-смещенный pn-переход. Энергетическая диаграмма, Ток насыщения, экстракция носителей. Прямо-смещенный pn-переход. Энергетическая диаграмма, инжекция носителей формула Шокли для тока. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода и свойства проводимости диода при различной полярности включения. Объемный заряд, барьерная емкость и ширина области объемного заряда несимметричного pn-перехода. Вольт-фарадная характеристика. Явления пробоя pn-перехода. Классификация: электрический, тепловой, лавинный, тунельный. ВАХ диода в режиме пробоя.
2.2 Классификация, применение и обозначение полупроводниковых диодов. Сопротивление переходи и рабочие режимы диода по постоянному току. Статическое и дифференциальное сопротивление. Нагрузочная характеристика диода. Однополупериодный выпрямитель. Сглаживающие фильтры. Двухполупериодный выпрямитель. Стабилитроны. Назначение, схема включения и основные параметры. Варикапы. Назначение, схема включения и основные параметры. Фото - и светодиоды. Оптроны. Назначение и схемы включения.
3. Транзисторы.
Классификация.
3.1 Биполярные транзисторы. Устройство и обозначения. Ширина базы. Режимы работы и схемы включения. npn-транзисторы в активном линейном режиме работы в схеме с общей базой. Энергетические диаграммы. Коэффициенты передачи эмиттерного и базового тока. Вольт-амперные характеристики транзистора. Модель Эберса-Молла. Входные и выходные характеристики транзистора при включении с общей базой. Входные и выходные характеристики транзистора при включении с общим эмиттером. Эквивалентные схемы замещения транзисторов. Физическая Т-образная схема с ОБ. Физическая Т-образная схема с ОЭ. Транзистор как линейный четырехполюсник. Формальная модель. Смысл и значения h-параметров транзистора. Эквивалентные схемы для h-параметров при включении с ОЭ. Получение h-параметров из входных и выходных характеристик. Сравнение h-параметров при различных схемах включения транзистора.
3.2 Транзисторный усилитель. Общая структурная схема и основные параметры усилителя коэффициенты усиления. Входное и выходное сопротивление, частотный коэффициент усиления. Усилитель с транзистором при включении ОЭ. Расчет параметров усилителя по постоянному току (статический режим). Расчет параметров усилителя по переменному току (динамический режим). Оценка параметров усилителя. Методы стабилизации положения рабочей точки усилителя. Дифференциальный усилитель. Мостовая схема. Синфазные и противофазные напряжения. Коэффициенты усиления. Транзистор при включении по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Коэффициенты усиления, входное и выходное сопротивления. Назначение эмиттерного повторителя.
3.3 Полевые транзисторы. Основная идея и особенности реализации. Классификация ПТ. Транзисторы с управляемым pn-переходом. Реализация, обозначения, принцип работы, вольта-амперные входные и выходные характеристики. Схемы включения. МДП-транзисторы. Особенности МДП-транзисторов. МДП транзистор со встроенным каналом. Реализация, обозначения, принцип работы, вольт-амперные входные и выходные характеристики. Схемы включения. МДП транзистор с индуцированным каналом. Реализация, обозначения, принцип работы, вольт-амперные входные и выходные характеристики. Схемы включения.
3.4 Флэш-память на основе МДП транзистора. Принцип работы. Модели полевого транзистора. Усилитель на полевом транзисторе. Расчет статического и динамического режимов. Ключевые элементы на полевых транзисторах. Сравнение биполярных и полевых транзисторов.
4. Операционные усилители. Характеристики, структурная схема, обозначения. ОУ с отрицательной обратной связью. Функциональные элементы на ОУ: масштабный усилитель, интегратор, дифференциатор, сумматор.
5. Компараторы. Однопороговый двухвходовый и одновходовый компаратор. Двухпороговый компаратор (триггер Шмитта). Положительная обратная связь. Мультивибраторы. Генератор прямоугольных импульсов (меандра).
6. Основы цифровой электроники.
6.1 Элементы алгебры логики. Основные логические операции их графическое обозначение и схемная реализация: cложение, умножение, инверсия. Базовые логические элементы ИЛИ-НЕ, И-НЕ (таблицы истинности, графическое обозначение и схемная реализация).6.2 Реализация микросхем логики. Положительная и отрицательная логики. ТТЛ-логика. ЭСЛ-логика. КМОП-логика. Основные характеристики микросхем логики. Схемная реализация логических функций.
6.3 Дешифраторы. Таблицы истинности. Унитарный двоичный код. Реализация и графическое изображение. Шифраторы. Графическое изображение. Применение шифраторов и дешифраторов.
6.4 Мультиплексоры и демультиплексоры. Назначение. Графическое обозначение. Пример реализаций. Логические функции.
6.5 Цифровые компараторы. Назначения. Логическая функция. Пример реализации.
6.6 Триггеры. Назначение. Классификация. Асинхронный и синхронный RS-триггеры. Таблица истинности, пример реализации, временная диаграмма. T-триггер. Таблица истинности, пример реализации, временная диаграмма. D-триггер. Таблица истинности, пример реализации, временная диаграмма. JK-триггер. Таблица истинности, пример реализации, временная диаграмма.
6.7 Регистры. Назначение, классификация. n-разрядный параллельный регистр. Реализация. Запись и чтение. Последовательный 4-разрядный регистр. Реализация. Запись и чтение. Временные последовательности.
6.8 Счетчики. Назначение, характеристики, классификация. Асинхронный суммирующий счетчик с непосредственными связями. Временная диаграмма. Асинхронный вычитающий счетчик с непосредственными связями. Таблица переходов. Суммирующий синхронный счетчик. Пример реализации.
Литература
1. Виртуальная электротехника. - РадиоСофт, 2003 г. – 112 с.
2. Теоретические основы электротехники. – КОРОНА-принт, 2007 г. – 366 с.
3. , , Электротехника и электроника Феникс, Неоглори, 2008 г. – 464 с.
5. , , Карманный справочник по электронике и электротехнике.- Феникс, 2009 г. – 288 с.
6. , Кузин и электроника.- Академия, 2008 г. – 400 с.
7. , Освальд практикум по электротехнике и электронике в среде Multisim.-М.:ДМК Пресс, 2010.-488 с.
